原位颗粒增强铝基复合材料制备实验指导书

熔体法（。瞄）制备铝基复合材料实验一、 实验目的1、 了解熔体反应法制备铝基复合材料实验的原理；2、 掌握熔体法制备金属基复合材料的基本操作要领；3、 分析（DMR）方法制备铝基复合材料的主要缺陷及形成原因。二、 实验原理熔体直接反应法（DirectMeltReaction），又称熔体反应法，是综合了接触反应法（CR法）和混合盐反应法（LSM法）的特点发展而成的一种原位复合材料制备方法。其基本原理是将含有增强颗粒形成元素的固体颗粒或粉末在某一温度加到熔融的铝合金中，然后搅拌使反应充分进行，从而制备内生颗粒增强的复合材料。与LSM法不同之处在于：可以直接加入单一的盐或氧化物与金属熔体完成反应。熔体反应法由于以现有的铝合金熔炼工艺为基础，在铝熔体中直接形成增强颗粒，并且可以直接铸造成各种形状的复合材料铸件。熔体直接反应法具有工艺简单、无需真空和惰性气体保护系统，也无需球磨混粉和压坯成形等工序；可直接浇注成形，生产周期短、制备成本低、易于批量生产和推广；并且原材料为盐类，来源广泛且成本低，因此有广阔的应用前景。不足之处：形成的增强相经常被盐膜覆盖，削弱了增强效果。而且制备的颗粒增强铝基复合材料在弹性模量、抗拉强度和耐磨性较大程度提高的同时，塑性下降；反应过程中有大量气体逸出，需良好的通风装置；关于原位反应的生成温度都不确定，800°C还是750°C，没有定论；反应温度

过高，对增强颗粒形貌控制不利，而且恶化了铝液质量；制备的颗粒体积分数较低；且形成的液态渣清除困难，并对坩蜗及操作工具有腐蚀作用；本实验选用Al-K2ZrF6-X（X=B、B2O3、KBF4）反应体系，以纯铝、2124铝为基体，反应生成Al3Zr+ZrB2颗粒增强铝基复合材料。初步拟用K2ZrF6与KBF4等混合盐与铝基体进行原位反应，通过改变Zr：B原子比，可以得到一元或二元组合的颗粒增强相。（1）当Zr：B原子比为1：2时，熔体中可能发生的反应为：10A1+6KBF4+3K2ZrF6=3ZrB2+K3AlF6+9KAlF4（1）（2）当Zr：B原子比为1：1时，熔体中可能发生的反应为:23Al+6KBF4+6K2ZrF6=3Al3Zr+3ZrB2+2K3AlF6+12KAlF4（2）实验步实验步一）制备前的准备1、2124铝合金准备与称量根据原位反应需要量以及坩蜗大小等因素将2124铝合金锯成适当小块状（便于融化），称量后放入坩蜗，将电阻炉温度设定750oC左右后加热升温。2、反应药品烘干通过反应方程式分别计算原位反应物：KBF4与K2ZrF6使用量，采用电子天平进行称量，然后用铝箔承好后用放入烘干箱，温度设定为150〜200oC，烘干30分钟。3、模具预热将铜模进行打磨清理，防止杂物进入模具内，放入保温炉进行预热，温度250〜280oC，时间30分钟。二）复合材料原位反应制备1、等待铝块全部融化后，将热电偶深入铝液内，测量熔体温度；最佳反应温度：720〜750oC。2、 原位反应及时间当熔体温度到达制定范围内时，分别分批次，小剂量的加入KBF4与K2ZrF6；并根据具体情况，反应时间确定在5~10分钟。3、 原位反应后处理待反应完毕后，从电阻炉路中取出坩蜗，将扒渣后的铝液倒入准备好的模具，空冷至室温。4、 操作要点热浸操作要领是“扒、压、搅”：“扒”是指实验过程中及时将反应过程中生成的氧化铝膜和原位反应生成的氟盐炉渣扒出去。“压”就是指要注意在药粉加入过程中，由于熔体表面张力作用，反应物难以进入熔体，通过钟罩将反应物压入熔体内，使其顺利发生原位反应。“搅”是将反应物在铝液熔体中充分搅拌混合，增加反应盐与铝液接触概率，使其反应充分，避免反应不完全现象。四、实验报告要求1、 要叙述熔体