纳米TiN颗粒增强铝基复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米TiN颗粒增强铝基复合材料的制备方法。将纳米TiN颗粒和Al粉以质量比为TiN:Al=1:20~1:40混合后置于球磨罐中干磨，每球磨1分钟，停机静置2分钟，球磨过程总时长为43分钟，得到纳米TiN和Al粉的复合粉末；将铝基体原料加热、熔化，在630℃时对其机械搅拌、扒渣，在搅拌的同时按纳米TiN的加入量为铝基体的质量百分含量0.1~0.2% 的量，将复合粉末在5~20分钟内加入到铝合金熔体中，搅拌15分钟后升温至690 °C对熔体超声处理10~20分钟，扒渣后升温至750 °C，浇入到预热至350 °C的模具中，冷却后脱模。本发明制备的纳米TiN颗粒增强铝基复合材料，有效解决了纳米TiN颗粒在铝合金熔体中润湿性和分散性差的难题，且成本低、操作简单。

主权项

一种纳米TiN颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为： (1) 称量32g Al粉，纳米TiN颗粒按质量比为TiN: Al =1: 20~1:40称量；(2) 将不锈钢磨球加入到不锈钢球磨罐中，将步骤(1)称量的粉末混合置于球磨罐中；所述磨球分为大小两种，其中大磨球直径为10mm，数量为3~5个，小磨球直径为8mm，数量为10~15个，磨球加磨料在球磨罐中的高度不高于球磨罐内腔深度的三分之二；(3) 对球磨罐进行抽真空或通氩气后放置在球磨机中进行干磨，为防止粉末间冷焊情况的发生,每球磨1分钟，停机静置2分钟，球磨过程总时长为43分钟；(4) 待球磨罐完全冷却后取出磨料，得到纳米TiN和Al粉的复合粉末；(5) 按质量比Al‑7Si‑0.3Mg的配比计算并配料750g作为铝基体原料，将称取的铝锭、铝硅中间合金和镁块放入氧化铝坩埚中在氩气保护下用电阻炉加热，升温速率为10°C/min；待原料全部熔化后控制炉温在630°C，以850r/min的转速对熔体进行机械搅拌2分钟，扒去熔体表面废渣；待熔体温度稳定后，再次以850r/min的转速对熔体进行机械搅拌，同时借助样品勺按纳米TiN的加入量为铝基体的质量百分含量0.1~0.2% 的量，得铝合金熔体；（6）将步骤(4)得到的纳米TiN和Al粉的复合粉末加入到步骤（5）所得铝合金熔体中，加入时间为5~20分钟；粉末添加完成后，持续搅拌15分钟，以保证粉末在熔体中分散均匀；之后将熔体加热至690°C，待熔体温度稳定，用频率为20KHz、功率为600W的超声波对熔体进行时长为10~20分钟的超声处理，扒去熔体表面废渣；将熔体静置15分钟后升温至750°C，浇入到经350°C预热处理的模具中，在室温下自然冷却后脱模；所述铝锭纯度达99.9%；所述铝硅中间合金为含质量百分比25%的Si的铝硅中间合金；所述镁块纯度达99.6%；所述纳米TiN颗粒，纯度达99.9%，粒径大小为20nm；所述Al粉粒度为75μm，纯度达99.95%；所用的球磨机为SFM‑3高速摆振球磨机，转速为1400r/min。