專利名稱：一種碳化鈦顆粒增強鋁-銅基復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬金屬材料領域，特別涉及ー種低溫原位生成碳化鈦顆粒增強鋁-銅基復合材料的制備方法。
背景技術：
鋁-銅合金由于具有良好的綜合力學性能，如高的強度、很好的延展性和塑性，良好的高溫性能及切削加工性能，因而廣泛應用于航空、航天、汽車及機械等行業(yè)。而碳化鈦顆粒作為ー種優(yōu)良的增強相，則具有高比強度、高耐磨性、高彈性模量、高熔點、低熱膨脹系數(shù)和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。因此若兩者結合得到碳化鈦顆粒增強鋁-銅基復合材料，將同時兼有兩者的優(yōu)點，具有更為廣泛的應用前景。目前國內外針對碳化鈦增強鋁基復合材料的研究已有較多報道，但采用的方法多是外加法，如申請?zhí)枮?9114272.1的中國專利報道了一種碳化鈦增強耐磨鋁合金及其制備エ藝，即先制備出含有碳化鈦粒子的中間合金，再將這種中間合金加入到基體合金中得到耐磨鋁合金。這種エ藝不僅需要兩步完成，因而成本高，而且碳化鈦粒子含量不易控制，且熱力學性能較差，增強效果不佳。文獻[Materials Science and EngineeringA, 2010, 527:7955-7960]報道了一種原位生成碳化鈦增強鋁-銅合金的方法，即將鈦粉、碳粉以及鋁粉混合壓塊以后，壓入到鋁-銅合金熔體中，通過自蔓延高溫反應可得到含有碳化鈦顆粒的鋁-銅合金。但這種エ藝的制備溫度太高，合金氧化嚴重，同時組織不易控制，難以大規(guī)模生產(chǎn)。申請?zhí)枮?2135971. 7的中國專利報道了ー種氧化鋁-碳化鈦粒子增強鋁基復合材料的制備方法，將含有活性炭、鈦粉、氟鈦酸鉀混合粉末通過C02、CH4、Ar和O2混合氣體吹入鋁合金熔體中，通過反應生成增強粒子。但是該方法對設備和エ藝要求較高，并且反應過程中會釋放出 有毒氣體，污染環(huán)境。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供ー種操作簡便、エ藝穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、無污染且適合エ業(yè)化生產(chǎn)的低溫原位生成碳化鈦顆粒增強鋁-銅基復合材料的制備方法。本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的一種碳化鈦顆粒增強鋁-銅基復合材料的制備方法，其特征包括以下步驟I)首先按以下質量百分比準備好所需原料10. 00%-30. 00%的鋁-碳化鋁合金，10. 00%-40. 00% 的鋁-鈦合金，0. 50%-15. 00% 的電解銅，0. 10%-2. 00% 的稀土鈰，余為純鋁；其中，鋁-碳化鋁合金中碳的質量百分含量為1.00-10. 00%，碳化鋁的粒子尺寸為0. 1-3. Oy m，碳化鋁粒子具有較高的活性；鋁-鈦合金中鈦的質量百分含量為5. 00-30. 00% ；2)將純鋁置于中頻感應爐中熔化并加熱至800-1000°C后，依次加入經(jīng)過預熱的電解銅及招_碳化招合金，并保溫5_10min ；
3)向步驟2)所述招熔體中加入招-鈦合金及稀土鋪,原位反應5-30min,然后精煉、澆注，即可得到原位生成碳化鈦顆粒增強的鋁-銅基復合材料。上述低溫原位生成碳化鈦顆粒增強鋁-銅基復合材料的制備方法，其特征是在制備復合材料的過程中，步驟2)中的碳元素是以鋁-碳化鋁合金中碳化鋁的形式加入熔體中，由于對碳化鋁的生長條件的調控及微量元素的活化作用，使得碳化鋁粒子呈現(xiàn)六角板片狀形貌，具有較高的活性，并且控制碳化鋁的粒子尺寸在0. 1-3. 0 u m之間，使其易于參加反應并可反應完全，加入鋁-鈦合金后熔體中發(fā)生以下反應3[Ti]+Al4C3(S) ^ 3TiC(s)+4Al(l) (I)步驟3)中加入的的稀土鈰既能促進碳化鈦顆粒的生成，并提高生成的碳化鈦顆粒的表面活性，改善其在合金中的分布，其本身又能強化合金基體。由于碳化鈦顆粒是在鋁熔體中經(jīng)原位反應直接生成，表面潔凈、無污染，在基體中分布均勻，其粒子尺寸在0. l-3.0i!m之間。所得復合材料產(chǎn)品具有較高的綜合力學性能。本發(fā)明采用具有活性的碳化鋁作為碳源，通過漸進式反應機制，可以較好的控制反應過程的進行，用普通的熔煉エ藝就可實現(xiàn)。制備過程無污染、成本低、エ藝簡單、生產(chǎn)效率高，因而特別適合規(guī)?；a(chǎn)和應用。
具體實施例方式下面給出本發(fā)明的三個最佳實例。實施例1I)首 先按以下質量百分比準備好原料20. 00%的鋁-碳化鋁合金，16. 00%的鋁-鈦合金，3. 00%的電解銅，0. 20%的稀土鈰，余為純鋁；其中所用的鋁-碳化鋁合金中碳的質量百分含量為1. 00%，碳化鋁的粒子尺寸在0. 1-3. Oym之間，所用鋁-鈦合金中鈦的質量百分含量為5. 00% ；2)將純鋁置于中頻感應爐中熔化并加熱至850°C后，依次加入經(jīng)過預熱的電解銅及鋁-碳化鋁合金，并保溫5min ；3)向步驟2的招合金熔體中加入招-鈦合金及稀土鋪,原位反應IOmin,然后精煉、澆注，即可得到原位生成碳化鈦顆粒增強的鋁-銅基復合材料。復合材料具體成分為Al-3%Cu-l%TiC-0. 2%Ce。實施例2I)首先按以下質量百分比準備好原料20. 00%的鋁-碳化鋁合金，40. 00%的鋁-鈦合金，5. 00%的電解銅，0. 50%的稀土鈰，余為純鋁。其中所用的鋁-碳化鋁合金中碳的質量百分含量為5. 00%，碳化鋁的粒子尺寸在0. 1-3. Oym之間，所用鋁-鈦合金中鈦的質量百分含量為10. 00% ；2)將純鋁置于中頻感應爐中熔化并加熱至950°C后，依次加入經(jīng)過預熱的電解銅及鋁-碳化鋁合金，并保溫5min ；3)向該熔體中加入招-鈦合金及稀土鋪，原位反應15min,然后精煉、燒注，即可得到原位生成碳化鈦顆粒增強的鋁-銅基復合材料。復合材料具體成分為Al-5%Cu-5%TiC-0. 5%Ce。實施例3
I)首先按以下質量百分比準備好原料25. 00%的鋁-碳化鋁合金，32. 00%的鋁-鈦合金，8. 00%的電解銅，1. 00%的稀土鈰，余為純鋁。其中所用的鋁-碳化鋁合金中碳的質量百分含量為8. 00%，碳化鋁的粒子尺寸在0. 1-3. Oym之間，所用鋁-鈦合金中鈦的質量百分含量為25. 00% ；2)將純鋁置于中頻感應爐中熔化并加熱至1000°C后，依次加入經(jīng)過預熱的電解銅及鋁-碳化鋁合金，并保溫IOmin ；3)向該熔體中加入招-鈦合金及稀土鋪，原位反應20min,然后精煉、燒注，即可得到原位生成碳化鈦顆粒增強的鋁-銅基復合材料。復合材料具體成分為A1-8%Cu-10%TiC-1%Ce。`
權利要求
1.一種碳化鈦顆粒增強鋁-銅基復合材料的制備方法，其特征包括以下步驟 1)首先按以下質量百分比準備好所需原料10.00%-30. 00%的鋁-碳化鋁合金，10. 00%-40· 00%的鋁-鈦合金，O. 50%-15· 00%的電解銅，O. 10%_2· 00%的稀土鈰，余為純鋁； 2)將純鋁置于中頻感應爐中熔化并加熱至800-1000°C后，依次加入經(jīng)過預熱的電解銅及鋁-碳化鋁合金，并保溫5-10min ； 3)向步驟2所述鋁合金熔體中加入鋁-鈦合金及稀土鈰，原位反應5-30min，然后精煉、澆注，即可得到原位生成碳化鈦顆粒增強的鋁-銅基復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述一種碳化鈦顆粒增強鋁-銅基復合材料的制備方法，其特征是步驟I)中所用鋁-碳化鋁合金中碳的質量百分含量為1. 00-10. 00%，碳化鋁的粒子尺寸為O.1-3. O μ m,碳化鋁粒子呈現(xiàn)六角板片狀形貌，具有較高的活性；鋁-鈦合金中鈦的質量百分含量為5. 00-30. 00%ο
全文摘要
本發(fā)明屬金屬材料領域，涉及一種碳化鈦顆粒增強鋁-銅基復合材料的制備方法。該方法是將純鋁置于中頻感應爐中熔化并加熱至800-1000℃后，依次加入經(jīng)過預熱的電解銅及鋁-碳化鋁合金，并保溫5-10min，然后向該熔體中加入鋁-鈦合金及稀土鈰，原位反應5-30min，再精煉、澆注，即可得到原位生成碳化鈦顆粒增強的鋁-銅基復合材料。該產(chǎn)品適用于在高溫條件下工作及對力學性能要求高的結構部件。本發(fā)明工藝方法采用常規(guī)熔煉設備，無污染，成本低，操作簡便，適合于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
文檔編號C22C1/10GK103031462SQ20121058335
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權日2012年12月28日
發(fā)明者劉相法, 王濤, 李鵬廷, 聶金鳳 申請人:山東大學