本发明涉及一种原位自生的(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料及其热压制备方法。
背景技术：
1、铝基复合材料由于低密度、高比强度、高塑性等突出优点，满足“轻量化”的业界需求，在汽车、军工、航空航天等领域有着广泛的应用前景。然而，常规增强体或由于与基体结合差(sic、al2o3等)，自身团聚(石墨烯、碳纳米管等)等问题，极大损伤复合材料的综合性能。目前，也有通过外加前驱体，通过在制备过程中发生反应，原位合成新增强体的方法，来克服上述问题的，但这种方式往往难以控制原位自生增强体的尺寸和分布：al3ti作为目前广泛使用的原位自生金属间化合物，较高的温度敏感性导致al3ti在高温下极易沿取向长大，极大制约其应用。为了改善上述状况，需要寻找合适的方法抑制al3ti的生长。
2、ti2aln是一种兼具共价键和金属键的三元层状化合物陶瓷，具有类似金属材料的较高的导电性、导热性和一定的高温塑性，又兼备陶瓷的高模量、低密度和优异的摩擦学性能。在高温下，ti2aln的ti、n位原子逐渐解离，和al生成的al3ti、aln，以及其本身发生拓扑转变，转化为更小尺寸的tin化合物，都是极受关注的增强体。
3、将al3ti、aln或tin其中任一种作为增强体应用于铝已有报道，但通常采用直接外加的方式加入基体，这种方法具有显著不足：首先，外加陶瓷/金属间化合物于基体的界面结合差，是外加法制备复合材料的固有问题；其次，若采用原位自生法获得增强体，则复合材料的制备温度普遍较高，对温度极其敏感的al3ti就会沿惯习面生长，尺寸较大，从而影响强化效果；此外，同时获得三种增强体，若采用外加法，为保证复合材料的致密度，外加量往往较低，而解决其在基体中的团聚也将成为难题，若采用原位自生法，如何平衡三种增强体悬殊的生成温度，得到尺寸适宜、分布均匀的复相增强复合材料，也是一大难点。故，目前从未有过将ti2aln应用于铝，原位自生复相增强复合材料的报道。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种操作简便的、成本低廉的原位自生(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料的热压制备方法。
2、本发明的目的还在于提供一种原位自生(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料。
3、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
4、根据本发明第一方面，提供一种原位自生(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料的热压制备方法，包括如下步骤：
5、步骤s1，根据复合材料体积分数配料：按照体积比例计算称量ti2aln粉和al粉，其中ti2aln含量为5～20vol.％，其余为al粉；
6、步骤s2，将步骤s1称取的各种原料放入球磨机中，按照球料比5：1的比例，以转速90r/min的速率球磨10h；
7、步骤s3，将所述混合粉体铺放于涂好氮化硼的石墨模具的底部，其厚度为10-20mm，在15mpa条件下进行冷压，得到所述坯体；
8、步骤s4，在高纯氩气气氛下进行烧结，烧结温度为660～770℃，升温速率为10℃/min，保温时间30min；随后随炉冷却至590～630℃，加压30mpa，保温保压30min；随炉冷却至400℃卸压，即得。根据本发明的第二方面，提供上述第一方面任意实施例的制备方法制备得到的原位自生(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料。
9、本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
10、根据本发明的制备方法，由在高温下ti2aln中解离出来ti、n原子与al基体发生化学反应原位生成了al3ti，aln；由ti2aln拓扑转变为tin，而al3ti也与间隙在基体中的n进一步反应生成tin。高温下al3ti被反应、基体中弥散分布的tin和aln，都有效细化了al3ti、抑制其取向生长，也对基体晶粒实现了细化的作用。其中，由于aln较大的形核能，其尺寸仅在290～632nm。因此，aln、tin(328～600nm)，与al3ti(0.98～3.85μm)一起，对基体形成了亚微米级的多尺度复相协同强化作用；
11、根据本发明实施例的制备方法，得到的原位自生(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料，其弯曲强度最高可达640mpa，压缩强度最大可达782mpa，断裂韧性最大可达14.98mpa·m1/2。本发明采用的配料方法，也可应用于搅拌铸造、粉末冶金等技术，在较宽的温度范围内获得综合性能良好的铝基复合材料。本发明的制备方法具有工艺简单、操作方便、成本低廉等显著特点；
12、本发明的原位自生(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料具有轻质、高强、高韧的性能，可为具有可调形貌和机械强度的先进铝基复合材料的研发和制备开辟新的路径，广泛应用于汽车、军工、航空航天等多个领域。
1.一种原位自生的(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料，其特征在于，在(2)中：所述原位自生al3ti含量为12.70～39.97vol.％，尺寸分布0.98～3.85μm；tin含量为3.59～35.55vol.％，尺寸分布328～600nm；aln含量为1.32～11.01vol.％，尺寸分布290～632nm；其余为al基体。
3.根据权利要求1-2所述的(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料，其特征在于：al3ti由于高温时发生分解反应、tin与aln阻碍长大，尺寸受到有效控制，没有明显的取向生长。
4.根据权利要求1-3所述的(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料，其特征在于：原位自生的微米级al3ti、纳米级tin和aln弥散分布于基体，与基体界面结合牢固。
5.根据权利要求1-4所述的(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料的热压制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.一种根据权利要求1至5任一项所述的制备方法制备得到的原位自生(al3ti-aln-tin)复相多尺度增强al基复合材料。
