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超声原位合成轻质金属基复合材料技术国内外进展

供稿人:路炜  供稿时间:2015-11-30   关键字:镁基复合材料  铝基复合材料  超声  原位合成  

轻质金属基复合材料由于其具有低密度、较高的比强度和比刚度、优良的铸造性和可加工性等一系列优点,在航空航天、交通、电子电器和国防军事工业等领域具有极其重要的应用价值和广阔的前景。

原位反应制备的金属基复合材料具有热稳定性好,增强体表面洁净无污染,且与基体界面相容性好,可有效控制原位生成增强体的种类、大小、分布和数量,工艺简单、成本低、易于推广等优点,已成为金属基复合材料研究中一个新的重要方向。研究表明,在原位合成反应过程中施加高能超声,能使反应更彻底,反应时问缩短,颗粒大小趋于一致,分布更加弥散。

本文对超声原位合成Al3Ti增强铝基复合材料、Mg2Si增强镁基复合材料和ZrB2颗粒增强镁基复合材料的制备技术进行介绍。

一、超声原位合成Al3Ti增强铝基复合材料

2009年江苏大学陈登斌等人以Al-K2TiF6为反应体系,采用熔体反应法,在高能超声场下原位合成Al3Ti/6070复合材料[1]。

2010年南昌大学闫洪等人申请的发明专利CN201010191487.8一种TiAl3增强铝基复合材料的制备方法,首先将冰晶石粉与钛粉按1~0.5∶1的质量比均匀混合、烘干;将7075铝合金放入石墨坩锅内加热、熔化,在温度830~850℃时,将上述混合粉末按钛占7075铝合金的质量数1~6wt%加入到7075铝合金熔体中,再将超声变幅杆伸入到铝合金熔体中[2]。

2011年美国普渡大学Liu, ZW等人研究了超声振动对原位颗粒增强铝(A356)复合材料微结构的影响,向熔融的纯铝中加入钛和石墨,形成了均匀分布的Al3Ti和TiC颗粒[3]。

二、超声原位合成Mg2Si增强镁基复合材料

2007年南京航空航天大学陈可等人研究了高强度振动对原位合成Mg2Si/Mg复合物微结构的影响,首先原位合成Mg-4%Si,然后将商品镁锭熔融后加入Si,再熔物用高能超声搅拌[4]。

2008年江苏大学申请的发明专利CN200810155895.0以AZ91镁合金和Al-Si合金为原材料,采用高能超声和原位反应相结合的方法制备Mg2Si颗粒增强镁基复合材料[5]。

2010年南昌大学闫洪等人申请的发明专利CN201010045853.9一种Mg2Si增强镁基复合材料的制备方法,首先将Si粉进行烘干处理并用铝箔包覆,把AM60镁合金锭放入坩埚内加热至熔化,并在800℃~900℃范围内进行保温;将超声变幅杆伸入镁合金熔体中,同时将质量分数为0.9-1.1%的预处理好的Si粉用铝箔纸包覆,加入到熔体中,在超声功率为400W~900W的条件下,超声10~30分钟;将熔体温度降至640℃~650℃,在此过程中继续超声2~8分钟,浇铸取样[6]。

三、超声原位合成ZrB2颗粒增强镁基复合材料

2006年奥地利铸造研究院Klosch, G等人研究了原位合成的ZrB2颗粒对Mg-Al合金晶粒细化的行为,原位ZrB2颗粒由Al-Ti-B和Al-Zr合金常规反应形成[7]。

2011年江苏大学Jiangjing Wu等人用Al/K2ZrF6+NH4BF4通过直接融化反应(DMR)合成了原位ZrB2/AZ91镁基体复合物[8]。

2011年南昌大学闫洪等人申请的发明专利CN201110306599.8一种原位ZrB2颗粒增强镁基复合材料制备方法,由Al、KBF4和K2ZrF6反应体系制得体积分数15-25%的Al-ZrB2中间合金,将200克纯镁放入坩埚中,在CO2+SF6混合气体保护下加热至720℃,然后将预热至200℃的Al-ZrB2中间合金加入到熔融态的熔体中,中间合金加入的加入量为5%-10%,升温至740-760℃,同时,对熔体施加高能超声,超声功率为400-800W,静置10-15min,扒渣、精炼,于710℃浇铸到金属模中,制备原位ZrB2颗增强镁基复合材料[9]。 

参考文献:

1.陈登斌 赵玉涛 李桂荣等. 高能超声对原位合成Al3Ti/6070复合材料凝固组织的影响及机制[J]. 中国有色金属学报.2009(11).-1956-1961

2.南昌大学. 一种TiAl3增强铝基复合材料的制备方法[P]. CN201010191487.8  申请日: 2010.06.03授权公告日: 2012.02.08 

3.Liu, ZW; Han, QY; Li, JG. Ultrasound assisted in situ technique for the synthesis of particulate reinforced aluminum matrix composites[J]. COMPOSITES PART B-ENGINEERING 卷: 42期: 7页: 2080-2084出版年2011

4.陈可 李子全 周衡志 王伟. Influence of high intensity ultrasonic vibration on microstructure of  in-situ synthesized Mg2Si/Mg composites[J]. 中国有色金属学会会刊:英文版.2007(A01).-391-395

5.江苏大学. 一种原位颗粒增强镁基复合材料的制备方法[P].CN200810155895.0  申请日:2008.10.17公布日: 2009.03.11 

6.南昌大学. 一种Mg2Si增强镁基复合材料的制备方法[P].CN201010045853.9  申请日: 2010.01.19授权公告日: 2011.11.16 

7.Klosch, G; McKay, BJ; Schumacher, P. Preliminary investigation on the grain refinement behavior of ZrB2 particles in Mg-Al alloys[J]. Magnesium Technology 2006, Proceedings  Pages: 69-75,2006

8.Jiangjing Wu; Yutao Zhao; Songli Zhang;et al. Microstructures of in-situ synthesized ZrB 2/AZ91 magnesium matrix composite synthesized by a new method of direct melt reaction[J]. Advanced Materials Research Volume: 295-297  P1103-7,2011

9.南昌大学. 一种原位ZrB2颗粒增强镁基复合材料制备方法[P]. CN201110306599.8  申请日:2011.10.12公布日: 2012.02.15 


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