本申請(qǐng)涉及一種原位生成混合多元增強(qiáng)顆粒耐磨鋁基復(fù)合材料及其磁場(chǎng)下制備方法，該鋁基復(fù)合材料以7系鋁合金為基體材料，向高溫基體溶液中加入K2TiF6粉末添加劑，并通入適量含氨惰性氣體，在低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中原位生成多元混合增強(qiáng)顆粒從而制得耐磨鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明專利技術(shù)的鋁基復(fù)合材料是通過氣—液合成技術(shù)和磁化學(xué)復(fù)合技術(shù)制備而成的。該復(fù)合材料相比原合金不僅在硬度和韌性方面有很大的提高，更使得7系鋁合金較好的耐磨性能得到進(jìn)一步增強(qiáng)。此耐磨復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于民用生活與工業(yè)生產(chǎn)中，減少材料磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)收益，是一種應(yīng)用前景廣闊的耐磨材料。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種鋁基復(fù)合材料及其制備工藝，特別涉及一種多元混合顆粒原位增強(qiáng)耐磨鋁基復(fù)合材料及其磁場(chǎng)下制備方法。
技術(shù)介紹
7系鋁合金中Zn的含量高達(dá)5. 1-6. 1%，使得其具有較高的強(qiáng)度和耐磨損性能，合金中其他元素如鎂、硅、銅、鈦等含量也較合理，使得7系鋁合金的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度都較高，同時(shí)這些元素和高溫條件下通入的氨氣也可能相互反應(yīng)生成一些其他的能提高復(fù)合材料性能的增強(qiáng)顆粒。7系鋁合金機(jī)械性能與物化性能都較好，在航空航天、機(jī)械設(shè)備、磨具加工、工裝夾具等方面應(yīng)用較廣泛。在這些工作場(chǎng)合中摩擦磨損會(huì)消耗機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的能量，損壞設(shè)備，縮短機(jī)器與零件的使用壽命，因而提高材料的耐磨損性能有著重要的意義。在目前以增強(qiáng)材料的耐磨性為主要目的材料制備中，較少有用到原位復(fù)合技術(shù)尤其是其中的氣一液合成技術(shù)。原位復(fù)合所得材料中增強(qiáng)相與基體有良好的相容性，生成增強(qiáng)顆粒的速度較快，接觸表面潔凈無污染，所生成的增強(qiáng)顆粒尺寸細(xì)小且分布均勻，材料性能較好。由于原位復(fù)合材料的各種優(yōu)異性能，原位復(fù)合技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，廣泛運(yùn)用于材料制備中。原位復(fù)合技術(shù)在改善材料性能，增強(qiáng)材料耐磨性等方面也有著廣闊的前景。近年來人們發(fā)現(xiàn)各種外場(chǎng)在材料的制備中會(huì)影響增強(qiáng)顆粒的形成與分布，如旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有細(xì)化晶粒、改變晶體生長(zhǎng)形態(tài)和影響顆粒分布等作用。在適當(dāng)?shù)牡皖l旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，顆粒將隨熔體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和在離心力與電磁擠壓應(yīng)力的作用下做徑向的遷移運(yùn)動(dòng)，因此適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)磁場(chǎng)下顆粒將分布的更均勻。同時(shí)顆粒在遷移的過程中受到摩擦力作用，顆粒的邊緣將逐漸鈍化，顆粒的形態(tài)更圓潤(rùn)。因而適當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下制備的復(fù)合材料的性能將會(huì)有極大的改善。研究表明，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，金屬熔液還將進(jìn)行對(duì)流運(yùn)動(dòng)，在本實(shí)驗(yàn)中，可以驅(qū)除未參加反應(yīng)的惰性氣體，防止生成的復(fù)合材料中含有氣泡空洞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種原位混合顆粒增強(qiáng)耐磨鋁基復(fù)合材料的制備方法，在7系鋁合金高溫熔液中加入K2TiF6粉末添加劑并通入含氨氣體后通過氣一液合成生成增強(qiáng)顆粒，然后在反應(yīng)體系外加上低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而得到性能較好的混合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。這種制備方法能明顯的提高鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度、韌性以及耐磨性能，而且工藝連續(xù)性好，反應(yīng)所得金屬熔液可直接澆注成型。本專利技術(shù)一種磁場(chǎng)下原位生成的混合顆粒增強(qiáng)耐磨鋁基復(fù)合材料，是通過下述步驟制得(1)將K2TiF6粉劑預(yù)制為粉末添加劑備用；(2)將7系招合金加入樹禍，在聞溫下溶融；(3)將粉末添加劑置于高溫鋁合金熔液中，并向熔液中通入含有氨氣的惰性氣體，進(jìn)行原位反應(yīng)；(4)在坩堝外圍加上低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行處理；(5)將處理后的金屬熔液精煉、扒渣、靜置，然后澆鑄到模具中，得到耐磨鋁基復(fù)合材料。上述步驟(I)中反應(yīng)*K2TiF6粉劑在350°C下烘烤3h，充分去除結(jié)晶水，然后冷卻、研磨和篩選得到粒度< 300 μ m的粉末添加劑。上述方法中原位反應(yīng)溫度為900— 12000C。步驟(3)中按金屬熔體質(zhì)量的5-25%加入K2TiF6粉末添加劑，并通過石英導(dǎo)管向金屬溶液中通入含有氨氣的惰性氣體，進(jìn)行原位反應(yīng)，通入氣體時(shí)間為20-50分鐘。上述方法中所述的含有氨氣的惰性氣體中氨氣體積分?jǐn)?shù)為20-50%，其流量為50-150ml/min (標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。上述方法中所述的低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)頻率為3 Hz，勵(lì)磁電流為200 A，磁場(chǎng)作用時(shí)間為3-7min。上述方法中所述的靜置溫度為650-750°C，靜置的時(shí)間為5_15min。本專利技術(shù)利用K2TiF6粉末添加劑、鋁液和7系鋁合金中各種其它合金元素在高溫中與氨氣相互反應(yīng)生成A13T1、AlN、Mg3N2等多種增強(qiáng)顆粒來制備鋁基復(fù)合材料，并在制備過程中加上低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來改善顆粒的形態(tài)與分布。原位制備的復(fù)合材料中的增強(qiáng)顆粒外表面干凈無污染，形態(tài)圓潤(rùn)，顆粒尺寸細(xì)小，在基體中分布均勻，顆粒與基體的界面結(jié)合優(yōu)良。低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下通過氣一液合成技術(shù)制備的多元混合顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中A13Ti和AlN和其它一些增強(qiáng)顆粒都一定程度上增強(qiáng)了 7系鋁合金材料的耐磨性能，也提高了材料的強(qiáng)度和韌性。且各種增強(qiáng)體顆粒不同性質(zhì)相互補(bǔ)充，能進(jìn)一步提高所制備材料的性能。該鋁基復(fù)合材料可大規(guī)模替代許多合金用于軍事、生產(chǎn)和生活中，如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，汽車驅(qū)動(dòng)軸和剎車盤，各種傳動(dòng)齒輪和結(jié)構(gòu)連接件等，能夠明顯提高機(jī)械設(shè)備利用率和安全性，延長(zhǎng)零件使用壽命，提高資源利用率。綜上所述，本專利技術(shù)制備的鋁基復(fù)合材料界面干凈，顆粒形態(tài)圓潤(rùn)尺寸較小，分布均勻，能明顯提高原鋁合金的強(qiáng)度、模量和耐磨性。且此專利技術(shù)操作步驟簡(jiǎn)單，能夠一次成型，用材也較簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。附圖說明圖1是低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下氣液合成多元混合顆粒增強(qiáng)耐磨鋁基復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)裝置圖。1.電阻爐，2.石墨坩堝，3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器，4熔體，5.石英入氣導(dǎo)管。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1以7075A1合金為基體制備900g混合顆粒增強(qiáng)耐磨鋁基復(fù)合材料，該復(fù)合材料中添加的Ti和N元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都為5%。本專利技術(shù)制備過程如下Ξ將K2TiF6粉劑在350 °C下烘烤3h，去除結(jié)晶水后冷卻、研磨和篩選制得粒度^ 300 μ m的粉末添加劑備用。t稱量900g7075Al合金置于石墨坩堝2中后將電阻爐I中升溫至1000°c使其熔化。f再稱量45g制備好的K2TiF6粉末添加劑加入到合金熔體4中，同時(shí)通過石英導(dǎo)管5向熔液中通入氬氣與氨氣混合惰性氣體，其中氨氣體積分?jǐn)?shù)為20%，其流量為5L/min，持續(xù)同期時(shí)間為32min。 停止通氣后在體系外開通旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器3產(chǎn)生頻率為3 Ηζ，勵(lì)磁電流為200 A的低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)作用時(shí)間為3min。1:然后精煉，扒去浮渣，溫度降至650°C，靜置5min，將熔液澆鑄到模具中。將制備好的鋁基復(fù)合材料在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明本專利技術(shù)制備的鋁基復(fù)合材料比7075A1合金耐磨性能提高了 16. 7%。實(shí)施例2以7A10A1合金為基體制備900g混合顆粒增強(qiáng)耐磨鋁基復(fù)合材料，該復(fù)合材料中Ti和N元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都為25%。本專利技術(shù)制備過程如下 Γ將K2TiF6粉劑在350 °C下烘烤3h，去除結(jié)晶水后冷卻、研磨和篩選制得粒度^ 300 μ m的粉末添加劑。f稱量860g7075Al合金置于石墨坩堝2中后將電阻爐I中升溫至1000°C使其熔化。言.再稱量215g制備好的K2TiF6粉末添加劑加入到合金熔體4中，同時(shí)通過石英導(dǎo)管5向熔液中通入氨氣體積分?jǐn)?shù)為50%的含氨惰性氣體，其流量為5L/min，持續(xù)時(shí)間為44.8min。T停止通氣后在體系外開通旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器3產(chǎn)生頻率為3 Hz，勵(lì)磁電流為200 A的低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)作用時(shí)間為7min。I然后精煉，扒去浮渣，溫度降至700°C，靜置15min，將熔液澆鑄到模具中。將制備好的鋁基復(fù)合材料在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明本專利技術(shù)制備的鋁基復(fù)合材料比7A10A1合金耐磨性提高了 19. 4%。權(quán)利要求1.一種磁場(chǎng)下原位生成的混合顆粒增強(qiáng)耐磨鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將K2TiF6粉劑預(yù)制為粉末添加劑備用；(2)將7系招合金加入樹禍，在聞溫下溶融；(3)將粉末添加劑置于高溫鋁合金熔液中，并向熔液中通入含有氨氣的惰本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種磁場(chǎng)下原位生成的混合顆粒增強(qiáng)耐磨鋁基復(fù)合材料制備方法，其特征在于包括以下步驟：（1）將K2TiF6粉劑預(yù)制為粉末添加劑備用；（2）將7系鋁合金加入坩堝，在高溫下熔融；（3）將粉末添加劑置于高溫鋁合金熔液中，并向熔液中通入含有氨氣的惰性氣體，進(jìn)行原位反應(yīng)；（4）在坩堝外圍加上低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行處理；（5）將處理后的金屬熔液精煉、扒渣、靜置，然后澆鑄到模具中，得到耐磨鋁基復(fù)合材料。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙玉濤，焦雷，李惠，陳龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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