一種tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料及其制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

2.以al、zn、mg、cu為主要元素的7xxx系高強鋁合金具有比強度高、密度低、加工性能好等顯著優(yōu)點，在汽車制造、航空航天領(lǐng)域有很廣闊的發(fā)展空間。國外對該合金的研究及應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，并且已經(jīng)成功應(yīng)用到波音777及空客a380飛機上。但隨著現(xiàn)代化機動車和飛行器功能和技術(shù)的迭代優(yōu)化，對7xxx系鋁合金在強度和導(dǎo)電性能上提出了更高的要求。

3.因此，如何提供一種綜合性能優(yōu)異的鋁基復(fù)合材料及其制備方法，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括合金基體與tib2顆粒增強體，具有強度高、韌性強、耐磨性和耐腐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點。除此之外，本發(fā)明還提供該tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，該方法工藝簡單，能夠有效避免鋁基復(fù)合材料中顆粒團聚和粗大的問題，保證tib2顆粒與基體合金之間良好的潤濕性，提高鋁基復(fù)合材料的強度和導(dǎo)電性能。

5.本發(fā)明提供一種tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料，包括基體合金與增強體，所述基體合金為al-zn-mg-cu合金，所述增強體為tib2顆粒，所述tib2顆粒的平均粒徑為0.01-1μm。

6.優(yōu)選的，所述鋁基復(fù)合材料中，所述增強體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-15％。

7.優(yōu)選的，所述基體合金中各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：zn：7.6-8.5％，mg：1.8-2.7％，cu：2.0-2.6％，余量為al。

8.除此之外，本發(fā)明還提供上述tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

9.s1.增強體的預(yù)處理，將tib2顆粒與al粉進行復(fù)合球磨得到復(fù)合粉末，然后將所述復(fù)合粉末進行預(yù)壓實得到預(yù)壓塊，所述al粉的粒徑為1-30μm，純度不小于99.9％；

10.s2.對鋁單質(zhì)、鋅單質(zhì)、az91鎂合金、銅單質(zhì)、以及所述預(yù)壓塊進行熔煉，得到合金熔液；

11.s3.對所述合金熔液進行澆注，得到合金鑄錠；

12.s4.對所述合金鑄錠進行均勻化處理和塑性變形加工，得到初成品。

13.優(yōu)選的，所述步驟1中，al粉和tib2顆粒的質(zhì)量比為3：1-5：1。

14.優(yōu)選的，所述步驟1中，al粉和tib2顆粒的質(zhì)量比為4：1。

15.優(yōu)選的，所述步驟s1中，球磨轉(zhuǎn)速為250-450r/min，球磨時間為3-6h，球料比為5：1-15：1。

16.優(yōu)選的，所述步驟s1中，球磨轉(zhuǎn)速為370r/min，球磨時間為4h，球料比為10：1。

17.優(yōu)選的，所述步驟s1中，對所述復(fù)合粉末進行預(yù)壓實的壓力為5-15mpa，保壓時間為2-8min。

18.優(yōu)選的，對所述復(fù)合粉末進行預(yù)壓實的壓力為10mpa，保壓時間為3min。

19.優(yōu)選的，所述步驟s2中，熔煉溫度為820-880℃，熔煉過程中通過攪拌裝置對反應(yīng)物進行攪拌。

20.優(yōu)選的，所述攪拌裝置為磁力攪拌裝置。

21.優(yōu)選的，所述步驟s3中，澆注過程在結(jié)晶器中進行，澆鑄溫度為730-760℃，澆注速度為3-6kg/min。

22.優(yōu)選的，所述步驟s4具體為：先對所述合金鑄錠進行雙級均勻化退火處理，再進行擠壓處理。

23.優(yōu)選的，所述擠壓處理過程中，擠壓比為(12-16)：1。

24.優(yōu)選的，所述擠壓處理過程中，擠壓比為14.4：1。

25.優(yōu)選的，所述擠壓處理過程中，擠壓溫度為350-500℃。

26.優(yōu)選的，所述擠壓處理過程中，擠壓溫度為425℃。

27.優(yōu)選的，所述雙極均勻化退火處理為：400±5℃下保溫6h隨即在10min內(nèi)升溫至465±5℃，繼續(xù)保溫26h；。

28.優(yōu)選的，還包括步驟s5.對所述初成品進行熱處理，得到成品。

29.優(yōu)選的，所述熱處理過程為，對所述初成品進行t73熱處理(固溶(50℃/2.5h+465℃/2.5h)+時效(120℃/6h+160℃/22h))。

30.本發(fā)明的有益效果在于：

31.(1)本發(fā)明通過復(fù)合球磨工藝對納米tib2顆粒進行了表面改性，同時促進了增強體與al基體間的界面結(jié)合力和潤濕性。

32.(2)在澆注過程中采用的磁攪拌和結(jié)晶器連續(xù)澆注的方法，解決了顆粒增強鋁基復(fù)合材料制備過程中的顆粒團聚和增強相過度長大的問題。

33.(3)納米級tib2顆粒的添加給基體合金的強度和導(dǎo)電性能帶來了較大的提高，基體合金的強度提高了12.5％，導(dǎo)電率提高了20.7％。

34.(4)本發(fā)明制備的tib2/7xxx系復(fù)合材料中，tib2粒子分布均勻，尺寸較小，強度和導(dǎo)電率相較基體合金都有較大的提高，其物相組成主要為小于1μm的tib2顆粒和mgzn2相。

附圖說明

35.圖1為實施例1中成品的顯微組織圖；

36.圖2為實施例2中成品的顯微組織圖；

37.圖3為本發(fā)明實施例2中合金基體與各實施例制備出的復(fù)合材料成品的性能對比圖。

具體實施方式

38.為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合具體實施例對本技術(shù)進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒炯夹g(shù)中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動

前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本技術(shù)保護的范圍。

39.實施例1

40.一種tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

41.s1.增強體的預(yù)處理：

42.將0.2-0.5μm的tib2顆粒和1-30μm的al粉放入球磨罐中，al粉和tib2顆粒的質(zhì)量比為4:1，球料比設(shè)置為10:1，將球磨機的球磨速度設(shè)置為370r/min，球磨時間4h，得到復(fù)合粉末；

43.將復(fù)合粉末取出，稱取130g復(fù)合粉末在油泵液壓機上壓制成直徑約65mm，厚度約為20mm的圓柱形預(yù)壓塊。預(yù)壓實時液壓機的壓力為10mpa，保壓時間為3min。壓制的預(yù)壓塊致密度為80％。

44.s2.對鋁單質(zhì)、鋅單質(zhì)、az91鎂合金、銅單質(zhì)、以及預(yù)壓塊進行熔煉，得到合金熔液；

45.具體的，本實施例中，tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的配置方案為：10％tib2顆粒，90％基體合金，基體合金的成分為：8.0％zn，2.0％mg，2.2％cu，余量為al。

46.按上述設(shè)計的配置方案，用工業(yè)純鋁、純鋅、az91鎂合金、純銅片、al-tib2預(yù)壓塊進行配比。先將預(yù)壓塊在800℃下進行熔化，熔化過程中通過攪拌裝置持續(xù)對反應(yīng)熔體進行磁力攪拌，待預(yù)壓塊完全熔化后，再依次加入工業(yè)純鋁、純鋅、az91鎂合金、純銅片。在合金溶液溫度達到850℃時進行精煉，精煉完畢后在730-760℃下靜置10min，打去熔體表面浮渣。

47.s3.對合金熔液進行澆注，得到合金鑄錠：通過控制熔煉爐爐體傾倒裝置，將熔體傾倒在結(jié)晶器中，傾倒速度為3.5kg/min，待結(jié)晶器內(nèi)熔體完全冷卻后即獲得合金鑄錠。

48.s4.對所述合金鑄錠進行均勻化處理和塑性變形加工，得到初成品：對獲得的合金鑄錠進行雙級均勻化處理：400℃溫度下保溫6h，隨即在10min內(nèi)升溫至465℃，繼續(xù)保溫26h；

49.對經(jīng)過雙級均勻化處理后的合金鑄錠進行擠壓，擠壓溫度為425℃，擠壓比為14.4:1，得到初成品。

50.s5.對所述初成品進行熱處理，得到成品：對初成品進行t73熱處理(固溶(50℃/2.5h+465℃/2.5h)+時效(120℃/6h+160℃/22h))。

51.通過此方法獲得的tib2/7xxx系復(fù)合材料具有高強度、高導(dǎo)電率等優(yōu)點，其抗拉強度達721mpa，屈服強度達683mpa，導(dǎo)電率達35.8％iacs。且從圖1中可以看出，添加的tib2顆粒尺寸為納米級，分布均勻并且與基體潤濕度良好，與在其周圍彌散分布的η相共同成為該合金中主要的強化相。

52.實施例2

53.一種tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

54.s1.增強體的預(yù)處理：

55.將0.2-0.5μm的tib2顆粒和1-30μm的al粉放入球磨罐中，al粉和tib2顆粒的質(zhì)量比為4:1，球料比設(shè)置為10:1，將球磨機的球磨速度設(shè)置為370r/min，球磨時間4h，得到復(fù)合粉末；

56.將復(fù)合粉末取出，稱取130g復(fù)合粉末在油泵液壓機上壓制成直徑約65mm，厚度約為20mm的圓柱形預(yù)壓塊。預(yù)壓實時液壓機的壓力為10mpa，保壓時間為3min。壓制的預(yù)壓塊

致密度為80％。

57.s2.對鋁單質(zhì)、鋅單質(zhì)、az91鎂合金、銅單質(zhì)、以及預(yù)壓塊進行熔煉，得到合金熔液；

58.具體的，本實施例中，tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的配置方案為：12％tib2顆粒，88％基體合金，基體合金的成分為：8.2％zn，2.4％mg，2.0％cu，余量為al。

59.按上述設(shè)計的配置方案，用工業(yè)純鋁、純鋅、az91鎂合金、純銅片、al-tib2預(yù)壓塊進行配比。先將預(yù)壓塊在800℃下進行熔化，熔化過程中通過攪拌裝置持續(xù)對反應(yīng)熔體進行磁力攪拌，待預(yù)壓塊完全熔化后，再依次加入工業(yè)純鋁、純鋅、az91鎂合金、純銅片。在合金溶液溫度達到850℃時進行精煉，精煉完畢后在730-760℃下靜置10min，打去熔體表面浮渣。

60.s3.對合金熔液進行澆注，得到合金鑄錠：通過控制熔煉爐爐體傾倒裝置，將熔體傾倒在結(jié)晶器中，傾倒速度為5kg/min，待結(jié)晶器內(nèi)熔體完全冷卻后即獲得合金鑄錠。

61.s4.對所述合金鑄錠進行均勻化處理和塑性變形加工，得到初成品：對獲得的合金鑄錠進行雙級均勻化處理：400℃溫度下保溫6h，隨即在10min內(nèi)升溫至465℃，繼續(xù)保溫26h；

62.對經(jīng)過雙級均勻化處理后的合金鑄錠進行擠壓，擠壓溫度為425℃，擠壓比為14.4:1，得到初成品。

63.s5.對所述初成品進行熱處理，得到成品：對初成品進行t73熱處理(固溶(50℃/2.5h+465℃/2.5h)+時效(120℃/6h+160℃/22h))。

64.通過此方法獲得的tib2/7xxx系復(fù)合材料具有高強度、高導(dǎo)電率等優(yōu)點，其組織內(nèi)部主要強化相為納米級的tib2顆粒，在tib2周圍還存在少量tial3相，其出現(xiàn)的原因可能為在tib2/al的混合粉末加入熔體時，較高的溫度引導(dǎo)了其中ti元素向al熔體的擴散，tial3相的存在使得合金具有了更大的硬度，最終測得其抗拉強度達735mpa，屈服強度達694mpa，導(dǎo)電率達36.1％iacs。

65.對實施例1、2制備的樣品進行測試發(fā)現(xiàn)，納米級tib2顆粒的添加給基體合金的強度和導(dǎo)電性能帶來了較大的提高，基體合金的強度提高了12.5％，導(dǎo)電率提高了20.7％。

66.對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。技術(shù)特征：

1.一種tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料，其特征在于，包括基體合金與增強體，所述基體合金為al-zn-mg-cu合金，所述增強體為tib2顆粒，所述tib2顆粒的平均粒徑為0.01-1μm。2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料，其特征在于，所述鋁基復(fù)合材料中，所述增強體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-15％。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料，其特征在于，所述基體合金中各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：zn：7.6-8.5％，mg：1.8-2.7％，cu：2.0-2.6％，余量為al。4.一種根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：s1.增強體的預(yù)處理，將tib2顆粒與al粉進行復(fù)合球磨得到復(fù)合粉末，然后將所述復(fù)合粉末進行預(yù)壓實得到預(yù)壓塊，所述al粉的粒徑為1-30μm，純度不小于99.9％；s2.對鋁單質(zhì)、鋅單質(zhì)、az91鎂合金、銅單質(zhì)、以及所述預(yù)壓塊進行熔煉，得到合金熔液；s3.對所述合金熔液進行澆注，得到合金鑄錠；s4.對所述合金鑄錠進行均勻化處理和塑性變形加工，得到初成品。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，al粉和tib2顆粒的質(zhì)量比為3：1-5：1。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，球磨轉(zhuǎn)速為250-450r/min，球磨時間為3-6h，球料比為5：1-15：1；和/或，所述步驟s1中，對所述復(fù)合粉末進行預(yù)壓實的壓力為5-15mpa，保壓時間為2-8min。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，熔煉溫度為820-880℃，熔煉過程中通過攪拌裝置對反應(yīng)物進行攪拌。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，澆注過程在結(jié)晶器中進行，澆注溫度為730-760℃，澆注速度為3-6kg/min。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s4具體為：先對所述合金鑄錠進行雙級均勻化退火處理，再進行擠壓處理。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的tib2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，還包括步驟s5.對所述初成品進行熱處理，得到成品。

技術(shù)總結(jié)

本申請?zhí)峁┮环NTiB2顆粒增強鋁基復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括合金基體與TiB2顆粒增強體，具有強度高、韌性強、耐磨性和耐腐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點。除此之外，本發(fā)明還提供該TiB2顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法，該方法工藝簡單，能夠有效避免鋁基復(fù)合材料中顆粒團聚和粗大的問題，保證TiB2顆粒與基體合金之間良好的潤濕性，提高鋁基復(fù)合材料的強度和導(dǎo)電性能。提高鋁基復(fù)合材料的強度和導(dǎo)電性能。提高鋁基復(fù)合材料的強度和導(dǎo)電性能。

技術(shù)研發(fā)人員：戴煜 譚興龍 舒忠良 朱晨光

受保護的技術(shù)使用者：湖南頂立科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.21

技術(shù)公布日：2022/3/25