一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料及其制备方法

• 摘要：

  本发明公开了一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,由纯铝或铝合金基体和钛/碳化钛核壳颗粒增强相组成,增强相以钛为核,以碳化钛陶瓷层为壳,壳内部碳化钛颗粒的尺寸呈现梯度变化,本发明还公开了一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的制备方法.本发明钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料中高韧性的钛核改善复合材料韧性,而高体积分数的碳化钛陶瓷壳层改善复合材料的强度,使该铝基复合材料同时具备较高的强度和较好的韧性.

• 专利类型：

  发明专利

• 申请/专利号：

  CN201910402862.X

• 申请日期：

  2019.05.15

• 公开/公告号：

  CN110205536A

• 公开/公告日：

  2019-09-06

• 发明人：

  许云华 白海强 钟黎声 邓超 商昭 魏俊哲 朱建雷 惠鹏飞

• 申请人：

  西安理工大学

• 主分类号：

  C22C29/10(2006.01),C,C22,C22C,C22C29

• 分类号：

  C22C29/10(2006.01),C22C21/00(2006.01),C22C1/10(2006.01),C22C1/02(2006.01),C,C22,C22C,C22C29,C22C21,C22C1,C22C29/10,C22C21/00,C22C1/10,C22C1/02

• 主权项：

  1.一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,其特征在于,所述复合材料由纯铝或铝合金基体(1)和钛/碳化钛核壳颗粒增强相(2)组成,所述增强相(2)以钛为核(3),以碳化钛陶瓷层为壳(4),壳(4)内部碳化钛颗粒的尺寸呈现梯度变化. 2.根据权利要求1所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,其特征在于,所述复合材料按质量百分比由以下组分组成:30％~70％钛/碳化钛核壳结构粉末,其余为铝或铝合金,以上各组分的重量百分比总和为100％. 3.根据权利要求2所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,其特征在于,所述钛/碳化钛核壳结构粉末按质量百分比由以下组分组成:5.5％~17.2％石墨粉,72.8％~84.5％钛粉,其余为铁粉,以上各组分的重量百分比总和为100％. 4.一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1,制备钛/碳化钛核壳结构粉末; 步骤2,按质量百分比分别称取30％~70％钛/碳化钛核壳结构粉末和30％~70％铝块或铝合金块,以上两组分质量百分比之和为100％; 步骤3,将步骤2称取的铝块或铝合金块放入坩锅内加热熔化,在温度750℃~800℃时,将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝或铝合金熔体中,超声处理后浇入模型中,即制得钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料. 5.根据权利要求4所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,其特征在于,所述步骤1中制备钛/碳化钛核壳结构粉末的具体过程为: 步骤1.1,按质量百分比分别称取以下组分:5.5％~17.2％石墨粉,72.8％~84.5％钛粉,其余为铁粉,以上各组分的重量百分比总和为100％; 步骤1.2,混料,将步骤1.1称取的各组分混合均匀,即得混合粉末; 步骤1.3,压坯预成型,采取普通模压将混合粉末压制成形,即得压坯,模压过程中采用占混合粉末质量2~4wt％的石蜡作为成形剂; 步骤1.4,将步骤1.3的压坯放置于管式炉中进行烧结,烧结温度控制在950~1130℃,在整个烧结过程中使用纯度≥99.9％的氩气作为保护气体,烧结后即得钛/碳化钛核壳结构-铁式样; 步骤1.5,将钛/碳化钛核壳结构-铁式样浸泡在浓盐酸溶液中,加热溶液,对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀后,再从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构,清洗干燥,即得钛/碳化钛核壳结构粉末. 6.根据权利要求5所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,其特征在于,所述步骤1.2中,混料采用V型混料机,混料主要工艺参数:转速60r/min~80r/min,混料时间6h~24h. 7.根据权利要求5所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,其特征在于,所述步骤1.4中,压坯在烧结温度为950~1130℃下保温0.5h~6h. 8.根据权利要求5或7所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,其特征在于,所述步骤1.5中,对钛/碳化钛核壳结构-铁式样进行深度腐蚀过程中,浓盐酸溶液温度为40℃~50℃,腐蚀时间为18h~24h. 9.根据权利要求8所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,其特征在于,所述步骤1.5中,采用离心机从溶液中分离出钛/碳化钛核壳结构;清洗干燥包括用酒精超声波清洗3~4次后,在干燥箱中75~100℃下干燥2h. 10.根据权利要求4所述的一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料,其特征在于,所述步骤3中,在将步骤2称取的钛/碳化钛核壳结构粉末加入到铝或铝合金熔体过程中引入高能超声,超声频率为20KHz,功率为1KW,加入完毕后继续对熔体超声处理5min,再将熔体降温至700℃~750℃,超声处理120s,最后浇入到经400℃预热处理的金属模型中.