專利名稱：一種六硼化鑭增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種利用六硼化鑭增強(qiáng)的鋁硅基復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁硅合金因其具有優(yōu)良的鑄造性能，如收縮率小、流動(dòng)性高、氣密性好和熱裂傾向小等，經(jīng)過變質(zhì)處理后，還具有良好的力學(xué)性能、物理性能和切削加工性能，因而在航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但節(jié)能減排的需要推動(dòng)著該鋁合金材料向高比強(qiáng)度、 高比剛度、耐高溫、抗疲勞等方向發(fā)展。顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料能夠綜合基體合金和增強(qiáng)相的優(yōu)點(diǎn)，提高材料的使用性能，從而在很大程度上解決了材料當(dāng)前面臨的問題。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)顆粒增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料的研究已有較多報(bào)道，如文獻(xiàn)[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(bào)道了一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料及其制備方法，但此工藝極其復(fù)雜，反應(yīng)過程難以控制，不利于大規(guī)模生產(chǎn)；專利號(hào)為99114272. 1的中國(guó)專利報(bào)道了一種碳化鈦增強(qiáng)耐磨鋁合金及其制備工藝，但TiC顆粒在含硅鋁熔體中極不穩(wěn)定，易分解為Al4C3，從而影響了其對(duì)基體合金的強(qiáng)化效果；文獻(xiàn)[Yanfeng Han,Xiangfa Liu,Xiufang Bian. In-situ TiB2particulate reinforced near eutectic Al-Si alloy composites. Composites =Part A 2002,33 :439-444]報(bào)道了一種顆粒增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料及其制備方法，合金中TW2粒子有較嚴(yán)重的聚集傾向，這制約了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種組織均勻、性能優(yōu)良的六硼化鑭增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料，并提供一種工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、成本低、適合工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法。本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的一種六硼化鑭增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料，由基體合金和增強(qiáng)相組成，其特征是增強(qiáng)相為六硼化鑭，復(fù)合材料中各組分的質(zhì)量百分比為硅5. 00-20. 00%，鑭0. 68-6. 82%，硼 0. 32-3. 18%，其余為鋁。上述六硼化鑭增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料的制備方法，其特征包括以下步驟(1)按以下質(zhì)量百分比準(zhǔn)備好所需原料5.00% -20.00 %的工業(yè)結(jié)晶硅， 10. 67 % -63. 60%的鋁-硼合金，0. 68% -6. 82 %的工業(yè)純鑭，其余為工業(yè)純鋁；其中， 鋁-硼合金中的硼質(zhì)量百分含量為0. 50-5. 00% ；(2)將工業(yè)純鋁、工業(yè)結(jié)晶硅及鋁-硼合金置于熔煉爐中熔化并升溫至 800-1200°C，保溫 5-10 分鐘；(3)向該熔體中加入工業(yè)純鑭，原位反應(yīng)10-15分鐘后精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料。上述六硼化鑭增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟(3)中向熔體中加入工業(yè)純鑭后，熔體中熔解的硼和鑭原位反應(yīng)生成六硼化鑭顆粒。六硼化鑭具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、耐磨以及良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，是鋁硅基復(fù)合材料的理想增強(qiáng)相。同時(shí)，它與鋁具有相似的晶體結(jié)構(gòu)以及低的晶格錯(cuò)配度，使得其對(duì)α-Al具有一定的細(xì)化作用。若將其作為鋁硅合金的增強(qiáng)相，則不僅能強(qiáng)化基體合金，還能對(duì)合金中的α-Al起到細(xì)化作用。此外，六硼化鑭在鋁熔體中的形貌和尺寸是可調(diào)控的，這為其在鋁硅基復(fù)合材料中的應(yīng)用進(jìn)一步提供了條件。利用本發(fā)明方法制備的六硼化鑭顆粒增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料中，六硼化鑭顆粒是經(jīng)原位反應(yīng)直接生成，表面潔凈、無污染，與基體界面結(jié)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(guī)則的立方體。同時(shí)，由于六硼化鑭與鋁具有相似的晶體結(jié)構(gòu)以及低的晶格錯(cuò)配度。因此，生成的六硼化鑭顆粒不僅能夠強(qiáng)化鋁硅合金基體，還對(duì)α-Al 有一定的細(xì)化作用。本發(fā)明在大氣條件下，采用普通的熔煉工藝即可實(shí)現(xiàn)，無污染、成本低、 工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，因而特別適合規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。另外，通過組織優(yōu)化、合金化和變質(zhì)細(xì)化等方法，可得到力學(xué)性能更加優(yōu)異的六硼化鑭顆粒增強(qiáng)鋁硅合金基復(fù)合材料。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的三個(gè)最佳實(shí)例。實(shí)施例1(1)按以下質(zhì)量百分比準(zhǔn)備好所需原料60. 96%的工業(yè)純鋁、5. 00%的工業(yè)結(jié)晶硅、32. 00%的鋁-硼合金、2. 04%的工業(yè)純鑭；其中，鋁-硼合金合金中硼的質(zhì)量百分含量為 3. 00%。(2)將工業(yè)純鋁、工業(yè)結(jié)晶硅及鋁-硼合金置于熔煉爐中熔化并升溫至800°C，保溫5分鐘。(3)向熔體中加入工業(yè)純鑭，原位反應(yīng)10分鐘后精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強(qiáng)的鋁硅基復(fù)合材料。用該方法制備的復(fù)合材料成分為Al-5% Si-3% LaB60實(shí)施例2(1)按以下質(zhì)量百分比準(zhǔn)備好所需原料14. 58%的工業(yè)純鋁、13. 00%的工業(yè)結(jié)晶硅、65. 60%的鋁-硼合金、6. 82%的工業(yè)純鑭；其中，鋁-硼合金合金中硼的質(zhì)量百分含量為5. 00% ；(2)將工業(yè)純鋁、工業(yè)結(jié)晶硅及鋁-硼合金置于熔煉爐中熔化并升溫至1000°C，保溫10分鐘；(3)向熔體中加入工業(yè)純鑭，原位反應(yīng)15分鐘后精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強(qiáng)的鋁硅基復(fù)合材料。用該方法制備的復(fù)合材料成分為A1-13% Si-IO% LaB60實(shí)施例3(1)按以下質(zhì)量百分比準(zhǔn)備好所需原料36. 84%的工業(yè)純鋁、20. 00%的工業(yè)結(jié)晶硅、39. 75%的鋁-硼合金、3. 41%的工業(yè)純鑭；其中，鋁-硼合金合金中硼的質(zhì)量百分含量為4. 00% ；(2)將工業(yè)純鋁、工業(yè)結(jié)晶硅及鋁-硼合金置于熔煉爐中熔化并升溫至1200°C，保溫5分鐘；(3)向熔體中加入工業(yè)純鑭，原位反應(yīng)10分鐘后精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強(qiáng)的鋁硅基復(fù)合材料。用該方法制備的復(fù)合材料成分為Α1-20°% Si-5% LaB60
權(quán)利要求
1.一種六硼化鑭增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料，由鋁硅基體合金和增強(qiáng)相組成，其特征是增強(qiáng)相為六硼化鑭，復(fù)合材料中各組分的質(zhì)量百分比為硅5. 00-20. 00%、鑭0. 68-6. 82%、硼 0. 32-3. 18%、其余為鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述六硼化鑭增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)按以下質(zhì)量百分比準(zhǔn)備好所需原料5.00 % -20. 00 %的工業(yè)結(jié)晶硅， 10. 67 % -63. 60%的鋁-硼合金，0. 68% -6. 82 %的工業(yè)純鑭，其余為工業(yè)純鋁；其中， 鋁-硼合金中的硼質(zhì)量百分含量為0. 50-5. 00% ；(2)將工業(yè)純鋁、工業(yè)結(jié)晶硅及鋁-硼合金置于熔煉爐中熔化并升溫至800-1200°C，保溫5-10分鐘；(3)向該熔體中加入工業(yè)純鑭，原位反應(yīng)10-15分鐘后精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，涉及一種六硼化鑭增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料由基體合金和增強(qiáng)相組成，其特征是基體合金中含有彌散分布的六硼化鑭增強(qiáng)相；復(fù)合材料中各組分的質(zhì)量百分比為硅5.00-20.00％，鑭0.68-6.82％，硼0.32-3.18％，其余為鋁。其制備方法如下首先將工業(yè)純鋁、工業(yè)結(jié)晶硅及鋁-硼合金按一定的質(zhì)量比置于熔煉爐中熔化并升溫至800-1200℃，保溫5-10分鐘后向該熔體中加入適量的工業(yè)純鑭，原位反應(yīng)10-15分鐘后精煉、澆注，即可得到六硼化鑭顆粒增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料。本發(fā)明在大氣條件下，采用普通的熔煉工藝即可實(shí)現(xiàn)，無污染、成本低、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，適合規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。
文檔編號(hào)C22C1/06GK102534314SQ20121001641
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者劉相法, 李鵬廷, 王棟 申請(qǐng)人:山東大學(xué)