本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种利用冷气动力喷涂低温下快速制备al基b4c复合材料的方法。
背景技术：
目前，制备al基b4c复合材料的主要方法有压力浸渗法、常压浸渗法、搅拌铸造法、粉末冶金法等。压力浸渗法是金属液在外加压力的作用下渗入增强体间隙从而进行复合，制备的复合材料含有较高体积分数的增强体。但是该种方法需专有设备，并且制备的复合材料尺寸小，形状简单。常压浸渗法是在无外加压力的条件下使金属液渗入增强体间隙，所需设备简单，因此适合制备大尺寸的复合材料。但是b4c与al合金基体的润湿性差，制备的复合材料力学性能较差。搅拌铸造法是在基体合金处于熔融状态时，在机械搅拌作用下将增强体颗粒加入到基体合金中从而制备复合材料的方法。该方法无需较大设备，工序少，对增强体种类和尺寸适应范围广。但是在搅拌和浇注过程中会混入气体和夹杂物，从而产生偏析和结团等现象，降低复合材料的性能。粉末冶金法即将金属粉末和增强体粉末混合均匀，进行冷压处理后再经过不同热处理而得到复合材料的方法，但该方法制备的块体材料尺寸受冷压模具的制约。
以上制备al-b4c复合材料的方法采用的温度较高，即使温度最低的粉末冶金法温度也超过600℃。而大量研究表明，在超过600℃时，b4c颗粒和al基体会发生界面反应，生成al、c二元产物或al、c、b三元产物，造成复合材料整体性能的下降。因此，有必要设计一种低温下制备al基b4c复合材料的方法抑制其界面反应。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种低温下快速制备al基b4c复合材料的方法，解决在高温下制备该复合材料中两相的界面反应问题。
本发明的技术方案如下：
一种低温下快速制备al基b4c复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将不同化学配比的al或al合金和b4c粉末采用机械或球磨进行混合；
(2)采用冷气动力喷涂将制备的复合粉末直接喷涂到铝合金基体上，制备出块体al基b4c复合材料；
(3)对制备的复合材料进行热处理，改善其力学性能，所获得al基b4c复合材料力学性能的技术指标范围如下：屈服强度100～260mpa，拉伸强度120～300mpa，伸长率1％～15％。
所述的低温下快速制备al基b4c复合材料的方法，步骤(1)中，b4c含量为5～90wt.％。
所述的低温下快速制备al基b4c复合材料的方法，步骤(1)中，b4c粉末的粒度范围为5～30μm，al或al合金粉末的粒度范围为10～40μm。
所述的低温下快速制备al基b4c复合材料的方法，步骤(2)中，冷气动力喷涂的操作条件为温度100～600℃，压力0.5～5.0mpa，喷涂距离5～50mm。
所述的低温下快速制备al基b4c复合材料的方法，步骤(3)中，热处理条件为温度100～500℃，保温时间为0.5～50h。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明制备的al基b4c复合材料，制备温度在600℃以下，al和b4c颗粒之间不会存在界面反应。
2.本发明al-b4c复合材料采用冷喷涂方法制备，两相成分容易控制，操作简单。
3.本发明成本较低。
附图说明
图1为冷喷涂制备的al基b4c复合材料金相图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明低温下快速制备al基b4c复合材料的方法，首先按照预定的化学配比将铝或铝合金和b4c粉末混合，随后采用冷气动力喷涂的方法将不同化学配比的铝或铝合金/b4c复合粉末直接喷涂沉积形成块体al基b4c复合材料，之后可对制备的复合材料进行热处理或热等静压处理，改善复合材料的力学性能，该方法具体步骤如下：
步骤1混粉：将粒度范围为5～30μm的b4c粉末与10～40μm的al或al合金粉末采用机械混合，混粉时间为1～12h，b4c粉末所占质量分数为5％～90％(优选质量分数范围为10～50％)。其中，混粉方式同样可以选择高能球磨混合，球料质量比为5:1～20:1，球磨机转速为500～2000rpm，球磨时间为1～12h。
步骤2喷涂：采用冷喷涂设备将步骤1中所制备的复合粉末直接喷涂到al合金基体上形成al-b4c复合材料。冷喷涂设备的操作条件为温度100～600℃，压力0.5～5.0mpa，喷涂距离5～50mm。其中，冷喷涂设备请参见中国发明专利(专利号：01128130.8，授权公告号：cn1161188c)提到的一种冷气动力喷涂装置，也可使用其他类型的低温喷涂装置(如：德国、日本、美国、韩国、加拿大等设备)。
步骤3热处理：对冷喷涂制备的al基b4c复合材料进行热处理或热等静压处理，热处理条件为温度100～500℃，保温时间为1～8h；热等静压处理条件为温度100～500℃，保温时间为1～6h，压力60～200mpa。
下面对本发明的实施例作详细说明，在以发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下面的实施例。
实施例1
将质量分数10％平均粒度为10μm的b4c和平均粒度为20μm的al合金粉末机械混合4h，制备出al-b4c复合粉末；随后用冷喷涂设备在6061al合金上沉积该复合粉末，操作温度300℃，操作压力1.8mpa，喷涂距离10mm；随后在550℃热处理2h，随炉冷却，制备出al-b4c复合材料，其中b4c颗粒在复合材料中均匀分布。
本实施例中，制备的复合材料力学性能的技术指标为屈服强度120mpa，拉伸强度150mpa，伸长率12％。
如图1所示，从冷喷涂制备的al基b4c复合材料金相组织可以看出，b4c颗粒在6061铝合金基体中均匀分布。
实施例2
将质量分数20％平均粒度为15μm的b4c和平均粒度为20μm的al合金粉末高能球磨4h，制备出al-b4c复合粉末，其中球料质量比20:1，球磨机转速1000rpm；随后用冷喷涂设备在6061al合金上沉积该复合粉末，操作温度400℃，操作压力1.8mpa，喷涂距离15mm；随后在450℃热处理4h，随炉冷却，制备出al-b4c复合材料，其中b4c颗粒在复合材料中均匀分布。
本实施例中，制备的复合材料力学性能的技术指标为屈服强度150mpa，拉伸强度180mpa，伸长率8％。
实施例3
将质量分数30％平均粒度为15μm的b4c和平均粒度为30μm的al合金粉末高能球磨8h，制备出al-b4c复合粉末，其中球料质量比10:1，球磨机转速1200rpm；随后用冷喷涂设备在6061al合金上沉积该复合粉末，操作温度350℃，操作压力2.0mpa，喷涂距离20mm；随后在450℃热处理4h，随炉冷却，制备出al-b4c复合材料，其中b4c颗粒在复合材料中均匀分布。
本实施例中，制备的复合材料力学性能的技术指标为屈服强度160mpa，拉伸强度200mpa，伸长率5％。
实施例4
将质量分数50％平均粒度为5μm的b4c和平均粒度为20μm的al合金粉末机械混合8h，制备出al-b4c复合粉末；随后用冷喷涂设备在6061al合金上沉积该复合粉末，操作温度400℃，操作压力1.8mpa，喷涂距离15mm；随后在300℃热处理8h，随炉冷却，制备出al-b4c复合材料，其中b4c颗粒在复合材料中均匀分布。
本实施例中，制备的复合材料力学性能的技术指标为屈服强度150mpa，拉伸强度210mpa，伸长率2％。
实施例结果表明，本发明方法操作简单，制备出的al基b4c复合材料成分可调，b4c颗粒分布均匀，组织致密。