一种基于TiB2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材、其制备方法及用途

本发明涉及材料技术，尤其涉及一种基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材、其制备方法及用途。

背景技术：

1、将tib2陶瓷颗粒通过原位反应引入铝及铝合金中，形成瓷刚铝合金。一方面其作为异质形核质点使晶粒获得细化，细晶强化带来强度和延伸率的提升，另一方面从第二相强化和弥散强化的角度提升铝导线的强度，同时陶瓷相的加入还可以提升铝导线的刚度，为制备低弧垂高强高导高延伸率的导电铝材提供新思路。

2、损害铝及铝合金电导率最关键和最突出的因素是固溶在基体中的元素，尤其是过渡族元素，如ti、zr和v等。然而引入tib2的原位反应机制中涉及ti元素的溶解、扩散和反应，若ti元素未能充分反应而滞留在基体中，将会严重损害瓷刚铝合金的电导率，若ti元素充分与b元素反应生成tib2，则会大幅度降低ti元素对电导率的损害，因此如何精准控制ti元素的存在形式成为限制其应用的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对如何精准控制ti元素存在形式的问题，提出一种基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材的制备方法，该方法制备出的基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材具有优异的电导率和力学性能，当b/ti化学计量比为2.0时，其电导率为53.5％ iacs，抗拉强度为360.9mpa，断后延伸率为8.3％。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤(1)成分设计：按照b/ti化学计量比为1.7～2.2准备al-5％tib2前驱体和al-3％b中间合金，包括原材料：a、al-5％tib2前驱体(质量分数，下同)，其中主要第二相为tib2陶瓷相颗粒，但b/ti化学计量比约为1.6，因此ti过量，以al3ti金属间化合物和固溶ti原子的形式存在，严重损害材料本身的电导率；b、al-3％b中间合金，其中主要第二相为alb2陶瓷相颗粒。本发明将两种原材料以不同的比例混合以调节b/ti化学计量比，确定其对电导率和力学性能的影响，其b/ti化学计量比设计范围为1.7～2.2。

4、步骤(2)熔炼：a、将al-5％tib2前驱体和al-3％b中间合金以成分设计规定的比例放入石墨黏土坩埚，在井式坩埚熔炼炉中升温至750～780℃熔化，搅拌使其充分混合；b、施加超声振动处理3～5min，以加速反应；c、保温20～30min使其充分反应；d、采用al-10％mg中间合金和al-12％si中间合金对其进行合金化；e、在熔体中通入高纯氩气进行精炼，时长3～10min；f、施加超声振动处理3～5min，以弥散陶瓷颗粒的分布；g、熔体温度为720～750℃时将其浇注至钢模；

5、步骤(3)均匀化退火：铸锭于马弗炉中在540～570℃保温12～24h进行均匀化退火，保温结束后随炉冷却，降温至250～300℃时，取出空冷，以防止析出相的粗化；

6、步骤(4)热轧：均匀化退火后的铸锭预热至450～470℃后保温30～60min，采用双棍轧机进行热轧，总压下量60～80％，轧辊速度100～150r/min；

7、步骤(5)固溶：将热轧板材加热升温至550～570℃进行固溶处理，保温时长30～60min，室温水淬；

8、步骤(6)室温轧制：水淬后对固溶态板材进行室温轧制，总压下量10～20％，轧辊速度100～150r/min；

9、步骤(7)人工时效：室温轧制后迅速将板材送至时效炉进行人工时效处理，温度为150～190℃，时间为0.5～5h，制备得到基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材。

10、进一步地，步骤(1)所述按照b/ti化学计量比为1.7～2.2准备al-5％tib2前驱体和al-3％b中间合金，该计量比优选为2.0～2.2。

11、进一步地，步骤(1)中所述al-5％tib2前驱体为工业吨级生产的al-ti-b母材，其中ti元素和b元素的含量分别为3.5～3.6％和1.4～1.5％；所述al-3％b中间合金碱金属含量低于0.1％。

12、进一步地，步骤(2)中al-5％tib2前驱体和al-3％b中间合金加入的质量分数分别为75.51～81.67％和0.48～10.5％。

13、进一步地，步骤(2)中al-10％mg中间合金和al-12％si中间合金加入的质量分数分别为7-9％和5-6％。

14、进一步地，步骤(2)中所有原材料在熔炼前均需在烘干箱中烘干30～60min。

15、进一步地，步骤(2)中原材料的加入顺序如下：al-3％b中间合金和al-5％tib2前驱体同时加热，al-10％mg和al-12％si中间合金在保温反应结束后加入，以此消除合金元素对反应的影响。

16、进一步地，步骤(5)固溶处理严格控制固溶温度和固溶时间，防止热轧组织的再结晶粗化。

17、本发明的另一个目的还公开了一种基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材，采用上述方法制备而成。

18、进一步地，基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材中tib2陶瓷相颗粒总含量为3.5～4.5％，优选为4％。

19、进一步地，所述tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材中包括质量百分含量如下的各组分：3.5～4.5％tib2陶瓷相颗粒，0.6～0.9％mg，0.5～0.9％si，fe杂质含量低于0.2％，其它每种杂质含量低于0.1％，余量为al。

20、本发明基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材，通过优化成分设计中b/ti化学计量比，该材料的电导率为53.0～53.5％ iacs，优选为53.5％ iacs，且具有优异的力学性能，其中抗拉强度360.9mpa，断后延伸率8.3％。

21、本发明的另一个目的还公开了基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材在制备低弧垂高强高导高延伸率导电铝材领域的用途。

22、本发明一种基于tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材、其制备方法及用途，与现有技术相比较具有以下优点：

23、1、本发明制备的tib2p/6201瓷刚铝合金的高电导率铝材同传统的导电铝材制备流程结合紧密，易于推广，且成本低廉，可以大规模批量生产。

24、2、本发明方法在熔炼过程中，ti元素和b元素能够发生中和反应，有效地结合形成tib2陶瓷颗粒，进而降低ti元素对瓷刚铝合金电导率的损害。其中，b/ti化学计量比小于2.0时，随着b元素含量的逐渐增加，电导率上升缓慢；b/ti接近2.0时，电导率急剧升高；b/ti大于2.0时，电导率呈缓慢降低趋势。表明即使是微量的固溶ti，其对电导率的损害依然是巨大的，而b元素过量时，并没有对电导率造成严重的损害。最终，通过调节b/ti化学计量比，使得电导率获得最优值53.5％ iacs。

25、3、本发明方法在优化b/ti化学计量比的过程中，b/ti除了影响电导率外，还会显著影响瓷刚铝合金的力学性能。抗拉强度和断后延伸率同电导率的变化趋势相近，都是呈现先增后降的趋势，且都在b/ti化学计量比接近2.0时达到最佳值，其中抗拉强度360.9mpa，断后延伸率8.3％。对b/ti化学计量比的调节不仅影响固溶ti元素的含量，还会影响瓷刚铝合金中的脆性相al3ti、tib2异质形核能力、tib2/al相界面关系、颗粒的分布状态等因素的变化，而这些因素对力学性能的影响尤为关键。

26、本发明中p代表颗粒，particle。