一種六硼化鑭增強鋁矽基複合材料及其製備方法
2023-09-23 11:02:50 2
專利名稱：一種六硼化鑭增強鋁矽基複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬金屬材料領域，特別涉及一種利用六硼化鑭增強的鋁矽基複合材料及其製備方法。
背景技術：
鋁矽合金因其具有優良的鑄造性能，如收縮率小、流動性高、氣密性好和熱裂傾向小等，經過變質處理後，還具有良好的力學性能、物理性能和切削加工性能，因而在航空航天、汽車工業等領域有著廣泛的應用。但節能減排的需要推動著該鋁合金材料向高比強度、 高比剛度、耐高溫、抗疲勞等方向發展。顆粒增強金屬基複合材料能夠綜合基體合金和增強相的優點，提高材料的使用性能，從而在很大程度上解決了材料當前面臨的問題。目前國內外針對顆粒增強鋁矽基複合材料的研究已有較多報導，如文獻[Banqiu Wu, Ramana G· Reddy· In—situ formation of SiC—reinforced Al-Si alloy composites using Methane gas mixtures. Metallurgical and Materials Transaction B.2002， 33(4) :543-550]報導了一種碳化矽顆粒增強鋁矽基複合材料及其製備方法，但此工藝極其複雜，反應過程難以控制，不利於大規模生產；專利號為99114272. 1的中國專利報導了一種碳化鈦增強耐磨鋁合金及其製備工藝，但TiC顆粒在含矽鋁熔體中極不穩定，易分解為Al4C3，從而影響了其對基體合金的強化效果；文獻[Yanfeng Han,Xiangfa Liu,Xiufang Bian. In-situ TiB2particulate reinforced near eutectic Al-Si alloy composites. Composites =Part A 2002,33 :439-444]報導了一種顆粒增強鋁矽基複合材料及其製備方法，合金中TW2粒子有較嚴重的聚集傾向，這制約了其在工業生產中的應用。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種組織均勻、性能優良的六硼化鑭增強鋁矽基複合材料，並提供一種工藝簡單、環境友好、成本低、適合工業化生產的製備方法。本發明是通過以下方式實現的一種六硼化鑭增強鋁矽基複合材料，由基體合金和增強相組成，其特徵是增強相為六硼化鑭，複合材料中各組分的質量百分比為矽5. 00-20. 00%，鑭0. 68-6. 82%，硼 0. 32-3. 18%，其餘為鋁。上述六硼化鑭增強鋁矽基複合材料的製備方法，其特徵包括以下步驟(1)按以下質量百分比準備好所需原料5.00% -20.00 %的工業結晶矽， 10. 67 % -63. 60%的鋁-硼合金，0. 68% -6. 82 %的工業純鑭，其餘為工業純鋁；其中， 鋁-硼合金中的硼質量百分含量為0. 50-5. 00% ；(2)將工業純鋁、工業結晶矽及鋁-硼合金置於熔煉爐中熔化並升溫至 800-1200°C，保溫 5-10 分鐘；(3)向該熔體中加入工業純鑭，原位反應10-15分鐘後精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強鋁矽基複合材料。上述六硼化鑭增強鋁矽基複合材料的製備方法，其特徵是步驟(3)中向熔體中加入工業純鑭後，熔體中熔解的硼和鑭原位反應生成六硼化鑭顆粒。六硼化鑭具有高熔點、高強度、耐磨以及良好的熱穩定性和化學穩定性等優點，是鋁矽基複合材料的理想增強相。同時，它與鋁具有相似的晶體結構以及低的晶格錯配度，使得其對α-Al具有一定的細化作用。若將其作為鋁矽合金的增強相，則不僅能強化基體合金，還能對合金中的α-Al起到細化作用。此外，六硼化鑭在鋁熔體中的形貌和尺寸是可調控的，這為其在鋁矽基複合材料中的應用進一步提供了條件。利用本發明方法製備的六硼化鑭顆粒增強鋁矽基複合材料中，六硼化鑭顆粒是經原位反應直接生成，表面潔淨、無汙染，與基體界面結合好，且能夠在基體合金中彌散分布。 粒子尺寸為1-6微米，形貌為規則的立方體。同時，由於六硼化鑭與鋁具有相似的晶體結構以及低的晶格錯配度。因此，生成的六硼化鑭顆粒不僅能夠強化鋁矽合金基體，還對α-Al 有一定的細化作用。本發明在大氣條件下，採用普通的熔煉工藝即可實現，無汙染、成本低、 工藝簡單、生產效率高，因而特別適合規模化生產和應用。另外，通過組織優化、合金化和變質細化等方法，可得到力學性能更加優異的六硼化鑭顆粒增強鋁矽合金基複合材料。
具體實施例方式下面給出本發明的三個最佳實例。實施例1(1)按以下質量百分比準備好所需原料60. 96%的工業純鋁、5. 00%的工業結晶矽、32. 00%的鋁-硼合金、2. 04%的工業純鑭；其中，鋁-硼合金合金中硼的質量百分含量為 3. 00%。(2)將工業純鋁、工業結晶矽及鋁-硼合金置於熔煉爐中熔化並升溫至800°C，保溫5分鐘。(3)向熔體中加入工業純鑭，原位反應10分鐘後精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強的鋁矽基複合材料。用該方法製備的複合材料成分為Al-5% Si-3% LaB60實施例2(1)按以下質量百分比準備好所需原料14. 58%的工業純鋁、13. 00%的工業結晶矽、65. 60%的鋁-硼合金、6. 82%的工業純鑭；其中，鋁-硼合金合金中硼的質量百分含量為5. 00% ；(2)將工業純鋁、工業結晶矽及鋁-硼合金置於熔煉爐中熔化並升溫至1000°C，保溫10分鐘；(3)向熔體中加入工業純鑭，原位反應15分鐘後精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強的鋁矽基複合材料。用該方法製備的複合材料成分為A1-13% Si-IO% LaB60實施例3(1)按以下質量百分比準備好所需原料36. 84%的工業純鋁、20. 00%的工業結晶矽、39. 75%的鋁-硼合金、3. 41%的工業純鑭；其中，鋁-硼合金合金中硼的質量百分含量為4. 00% ；(2)將工業純鋁、工業結晶矽及鋁-硼合金置於熔煉爐中熔化並升溫至1200°C，保溫5分鐘；(3)向熔體中加入工業純鑭，原位反應10分鐘後精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強的鋁矽基複合材料。用該方法製備的複合材料成分為Α1-20°% Si-5% LaB60
權利要求
1.一種六硼化鑭增強鋁矽基複合材料，由鋁矽基體合金和增強相組成，其特徵是增強相為六硼化鑭，複合材料中各組分的質量百分比為矽5. 00-20. 00%、鑭0. 68-6. 82%、硼 0. 32-3. 18%、其餘為鋁。
2.根據權利要求1所述六硼化鑭增強鋁矽基複合材料的製備方法，其特徵是包括以下步驟(1)按以下質量百分比準備好所需原料5.00 % -20. 00 %的工業結晶矽， 10. 67 % -63. 60%的鋁-硼合金，0. 68% -6. 82 %的工業純鑭，其餘為工業純鋁；其中， 鋁-硼合金中的硼質量百分含量為0. 50-5. 00% ；(2)將工業純鋁、工業結晶矽及鋁-硼合金置於熔煉爐中熔化並升溫至800-1200°C，保溫5-10分鐘；(3)向該熔體中加入工業純鑭，原位反應10-15分鐘後精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強鋁矽基複合材料。
全文摘要
本發明屬金屬材料領域，涉及一種六硼化鑭增強鋁矽基複合材料及其製備方法。該複合材料由基體合金和增強相組成，其特徵是基體合金中含有彌散分布的六硼化鑭增強相；複合材料中各組分的質量百分比為矽5.00-20.00％，鑭0.68-6.82％，硼0.32-3.18％，其餘為鋁。其製備方法如下首先將工業純鋁、工業結晶矽及鋁-硼合金按一定的質量比置於熔煉爐中熔化並升溫至800-1200℃，保溫5-10分鐘後向該熔體中加入適量的工業純鑭，原位反應10-15分鐘後精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強鋁矽基複合材料。本發明在大氣條件下，採用普通的熔煉工藝即可實現，無汙染、成本低、工藝簡單、生產效率高，適合規模化生產和應用。
文檔編號C22C1/06GK102534314SQ20121001641
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者劉相法, 李鵬廷, 王棟 申請人:山東大學