反应自生的Al2O3/Al基铸造复合材料的形成方法 一种反应自生的Al2O3/Al基铸造复合材料的形成方法属于铸造用金属基复合材料制造技术领域。
铸造用金属基反应自生复合材料，其陶瓷增强相如氧化物是通过化学反应在母体金属中成核，生长而得。它与金属母体的界面有良好的热力学稳定性。通过控制反应物的种类、温度和时间能有效地控制陶瓷相的种类和含量，而且尤为重要的是它可获得细小的陶瓷颗粒，其直径可达1μm。Nagaya等人将金属氧化物CuO、ZnO加到铝液中，使固体的氧化物和铝液直接反应，反应产物Al2O3可增强铝基体，还原出的金属作为合金化元素熔于铝液中，得到了固—液相反应自生的铸造复合材料(3rd InternatinaSAMP Metals Conference，October 20-22，1992)。P.C.Maity采用氧化物TiO2也同样制成了固—液相反应自生的TiO2/Al基铸造复合材料(Scripta，Metallurgiea et Materialin，Vol.28，1993)。其缺点是：虽然还原出的少量金属元素能起到合金化或细化晶粒的作用，但含量过多时会凝固出一些脆性相，故必须限制金属氧化物的加入量，从而也限制了反应自生的Al2O3的含量，而且氧化物比较昂贵，不经济。美国Lanxide公司曾用直接氧化法制成Al2O3/Al基复合材料，它是在一定的工艺条件下破坏熔融态铝合金表面的Al2O3膜，在毛细管作用下使内部地铝液沿膜的破损处上升至表面而产生新的非致密氧化膜，在1200℃以上的高温下经过10～24小时后可在铝合金表面形成一定厚度的Al2O3/Al基复合材料，其缺点是：若是用于形成铸造用金属基复合材料则其体积容量有限，能耗也高，时间也长。
本发明的特征在于：它是一种向铝液中旋转地喷吹氧气以反应生成Al2O3的方法，其铝液的温度为750～800℃，旋转喷吹的转速为400～550转/分，氧气的流量为0.08～0.16m3/h，随铝液的粘度上升而增加，喷吹时间在20～120分种间，视Al2O3的设定含量而变，为使合金颗粒分布均匀，还可加入铝液重量1％的镁。
试验证明：这种方法可用于形成铸造用金属基复合材料，其能耗低、反应快、合金颗粒细小且分布较均匀。
为了在下面结合实施例对本发明作更详尽描述，现把本申请文件所使用的附图名称及编号简介如下：
图1：旋转喷吹工艺的示意图；
图2～图7：各个实施例的金相结构图(放大21000倍)。
实施例：
请见图1：1是石墨坩埚；2是铝液，其温度随实施例而异；在750～800℃间；3是氧气泡；4是开在可旋转直管6的底部而直径为Φ1mm的小开孔；5是二个叶片，固接于可旋转直管6的下圆柱体上，其间距为25mm；6是可旋转直管；7是工业纯氧，8是热电偶。这种形成方法的步骤如下：
1、工业纯氧经干燥后通入与电机输出轴相连的旋转直管6，其流量在0.08～0.12m3/h，随实施例而异；
2、把工业纯铝(也可加入其重量1％的镁)在石墨坩埚1中熔化，在750℃时用六氯乙烷除气并保温；
3、把可旋转直管6伸入铝液2中，此时有气泡3涌出液面；
4、启动电机，使可旋转直管6带着叶片5旋转，涌出的气泡3明显减少；
5、随着铝液2中Al2O3的生成，铝液2的粘度增加，再逐步提高氧气7的进气量，最高为0.16m3/h，随实施例而异；
6、喷吹时间在20～120分钟之间，随Al2O3的设计值而定；
7、关闭电机，把可旋转直管6从铝液2中拉出；
8、轻轻地搅拌石墨坩埚1中的铝液2约数分钟；
9、把Al2O3/Al基复合材料熔液从石墨坩埚1中倒出到铸锭或试样或炉内冷却。
以下用列表方式把与图2～图7相对应的实施例1～6介绍如下：实施例图示材料铝液温度(℃) 氧气液量 (m3/h)喷吹时间(分)氧化铝颗粒直径(μm)氧化铝颗粒含量 (％) 说明 1 2工业纯铝 750 0.08 20 0.1 ＜1颗粒分布均匀，但有聚集倾向 2 3工业纯铝 750 0.08-0.16 120 ＜3 11颗粒明显增长且在晶界分布 3 4工业纯铝+1％镁 800 0.08-0.16 30 ＜10 5.2颗粒为Al2O3和MgAl2O4 4 5工业纯铝+1％镁 800 0.08-0.16 50 ＜10 8.7 5 6工业纯铝+1％镁 750 0.12-0.16 30 ＜5 15颗粒为Al2O3＋MgAl2O4且分布均匀 6 7工业纯铝+1％镁 750 0.12-0.16 50 ＜5 31
由此可见，本发明提供的方法达到了预期效果。