專利名稱：反應(yīng)合成Ti₅Si₃-NiAl顆粒局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料的制備方法，特別是涉及金屬間化合物顆粒局部增強(qiáng)的鋁基 復(fù)合材料的制備方法。
技術(shù)背景目前，顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料多為整體強(qiáng)化。但是整體強(qiáng)化復(fù)合材料存在許多不足， 如顆粒的引入導(dǎo)致基體韌性顯著減低；金屬液的流動(dòng)性隨著增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)的提高而下 降；整體強(qiáng)化成本較高，因?yàn)椴恍枰w粒增強(qiáng)的部位也進(jìn)行了顆粒增強(qiáng)，浪費(fèi)了增強(qiáng)體。因 此，局部增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究和開發(fā)受到越來越多的重視。近年來，局部增強(qiáng)金屬基 復(fù)合材料的研究主要集中在鋼基體之上，增強(qiáng)體多為陶瓷顆粒，其原因是由于鋼液冶煉溫度 高，能夠引發(fā)反應(yīng)物壓坯的化學(xué)反應(yīng)形成所需的增強(qiáng)體。如專利200610016778.7中將Al粉、 Ti-Fe粉和C粉混合制成預(yù)制塊，通過澆鑄高溫鋼液制備TiC顆粒局部增強(qiáng)鋼基復(fù)合材料。 由于鋁液的冶煉溫度相對較低，因此，反應(yīng)物體系的選擇受到了限制，目前的研究工作處在 剛剛起步階段。發(fā)表在"Materials Science and Engineering A 460一61 (2007) 604~610"上的 文章將85(TC的鋁液澆注到鑄型內(nèi)，引發(fā)A1、 Ti和Si粉體系壓坯的反應(yīng)，制備了局部AlTiSi 顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，為局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備奠定了一定的基礎(chǔ)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、可靠，且易于推廣應(yīng)用的反應(yīng)合成TisSi3-NiAl顆粒 局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用Ni、 Al、 Ti和Si粉，通過鑄型內(nèi)澆鑄高溫鋁液引燃反應(yīng)物 壓坯的燃燒合成反應(yīng)，形成原位TisSis和NiAl金屬間化合物顆粒，制備Ti5Si3-NiAl金屬間 化合物顆粒局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。具體工藝過程包括反應(yīng)物壓坯的制備和鑄型內(nèi)的燃燒合 成反應(yīng)原位形成金屬間化合物增強(qiáng)顆粒兩個(gè)階段1.反應(yīng)物壓坯的制備a. 壓坯組成壓坯由粉料粒度小于50微米的Ni、 Al、 Ti和Si粉組成，其中反應(yīng)物摩 爾比為Ti:Si=5:3、 Ni:Al=l:l，且l:3《Ti5Si3:NiAl《3:l;b. 混料將上述配制好的Ni、 Al、 Ti和Si粉裝入球磨混料機(jī)中，混料6士1小時(shí)，使 之混合均勻，C.壓制成型把混合均勻的粉體放入模具中，在室溫下壓制成坯，壓坯密度為壓坯理論密度的70±4%;2.原位金屬間化合物增強(qiáng)顆粒的形成a. 預(yù)處理將反應(yīng)物壓坯放入真空或有氬氣保護(hù)的烘干爐內(nèi)，加熱至300±50 °C,烘 干除氣4士1小時(shí)，b. 原位金屬間化合物增強(qiáng)顆粒的形成將預(yù)處理后的壓坯置于鑄型內(nèi)鑄件需要增強(qiáng)的特定區(qū)域或位置，隨后將800±50 t:的高溫鋁液澆注到鑄型內(nèi)，引燃壓坯內(nèi)的燃燒合成反 應(yīng)，形成TisSi3和NiAl金屬間化合物增強(qiáng)顆粒，從而制備出原位Ti5Si3-NiAl金屬間化合物 顆粒局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明與目前已有的技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)本發(fā)明提供一種工藝簡單、可靠，且易于推廣應(yīng)用的金屬間化合物顆粒局部增強(qiáng)鋁基復(fù) 合材料的制備方法，即采用Ni、 Al、 Ti和Si粉反應(yīng)形成原位Ti5Si3和NiAl金屬間化合物雙 相混雜顆粒，用以提高鑄件服役區(qū)域或位置的硬度和耐磨性，而基體材料本身則保持其原有 的韌性?；w材料可以選用純鋁，也可以選用鑄造鋁合金。1) 采用Ni、 Al、 Ti和Si粉作為反應(yīng)物體系，引燃溫度低，鋁液的熔煉溫度完全能夠引 發(fā)該體系的燃燒合成反應(yīng)；2) 金屬間化合物增強(qiáng)顆粒反應(yīng)形成，表面潔凈，與基體結(jié)合好；3) 采用TisSi3和NiAl雙相顆?；祀s增強(qiáng)，強(qiáng)化效果顯著；具體實(shí)施方式
實(shí)施例取粒度小于50微米的Ni、 Al、 Ti和Si粉作為反應(yīng)物，其中反應(yīng)物摩爾比分別為 Ti5Si3:NiAl=l:3、 1:1、 3:1，且Ti:Si=5:3、 Ni:Al=l:l;將上述配制好的粉料分別裝入球磨混 料機(jī)中混合均勻，然后壓制成坯，其密度為壓坯理論密度的70±4%;將壓坯放入真空爐內(nèi)， 加熱至300'C，除氣4小時(shí)，然后置于鑄型內(nèi)鑄件需要增強(qiáng)的特定區(qū)域，并將約850'C的鑄 造鋁合金Al-7.5Zn-0.9Cu-0.7Mg熔液澆注到鑄型內(nèi)，引燃壓坯內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)，原位形成 TisSi3和NiAl金屬間化合物增強(qiáng)顆粒，從而制備出原位Ti5Si3-NiAl金屬間化合物顆粒局部 增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1、一種反應(yīng)合成Ti5Si3-NiAl顆粒局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于工藝過程包括反應(yīng)物壓坯的制備和鑄型內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)原位形成金屬間化合物增強(qiáng)顆粒兩個(gè)階段反應(yīng)物壓坯的制備a.壓坯組成壓坯由粉料粒度小于50微米的Ni、Al、Ti和Si粉組成，其中反應(yīng)物摩爾比為Ti∶Si＝5∶3、Ni∶Al＝1∶1，且1∶3≤Ti5Si3∶NiAl≤3∶1；b.混料將上述配制好的Ni、Al、Ti和Si粉裝入球磨混料機(jī)中，混料6±1小時(shí)，使之混合均勻，c.壓制成型把混合均勻的粉體放入模具中，在室溫下壓制成坯，壓坯密度為壓坯理論密度的70±4％；原位金屬間化合物增強(qiáng)顆粒的形成a.預(yù)處理將反應(yīng)物壓坯放入真空或有氬氣保護(hù)的烘干爐內(nèi)，加熱至300±50℃，烘干除氣4±1小時(shí)，b.原位金屬間化合物增強(qiáng)顆粒的形成將預(yù)處理后的壓坯置于鑄型內(nèi)鑄件需要增強(qiáng)的特定區(qū)域或位置，隨后將800±50℃的高溫鋁液澆注到鑄型內(nèi)，引燃壓坯內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)，形成Ti5Si3和NiAl金屬間化合物增強(qiáng)顆粒，從而制備出原位Ti5Si3-NiAl金屬間化合物顆粒局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，特別是涉及反應(yīng)合成Ti₅Si₃-NiAl顆粒局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。具體工藝包括反應(yīng)物壓坯的制備和鑄型內(nèi)的燃燒合成反應(yīng)兩個(gè)階段1)采用Ni、Al、Ti和Si粉作為反應(yīng)物，按照一定比例混合均勻，壓制成坯；2)將經(jīng)過預(yù)處理后的反應(yīng)物壓坯放置于鑄型內(nèi)鑄件需要強(qiáng)化的特定位置或區(qū)域，澆鑄高溫鋁液誘發(fā)壓坯的燃燒合成反應(yīng)，原位形成Ti₅Si₃和NiAl金屬間化合物增強(qiáng)顆粒。由于金屬間化合物顆粒反應(yīng)形成，其表面潔凈，與基體結(jié)合良好；此外，采用Ti₅Si₃和NiAl雙相顆?；祀s增強(qiáng)，強(qiáng)化效果顯著。本發(fā)明工藝簡單可靠，易于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)B22D19/02GK101214542SQ200810050220
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日
發(fā)明者關(guān)慶玲, 暢 劉, 姜啟川, 孫拴利, 李世龍, 楊亞鋒, 王慧遠(yuǎn) 申請人:吉林大學(xué)