本發(fā)明涉及鋁基復(fù)合材料，具體為一種鋁基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，更具體的，涉及一種低密度、高耐磨、高剛度、高韌性的鋁基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、履帶板是挖掘機(jī)、坦克和推土機(jī)等特種車輛的關(guān)鍵承載部件，傳統(tǒng)履帶板多采用高錳鋼進(jìn)行制造，如公開號(hào)為cn108907090a的中國專利申請(qǐng)公開了一種高錳鋼履帶板的鑄造工藝，其選用高錳鋼經(jīng)砂型鑄造制備了高錳鋼鑄造履帶板，但隨著裝備輕量化的需求，特種車輛以鋁代鋼的要求日益迫切，因此高錳鋼制備履帶板已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代履帶板對(duì)輕量化的需求。如公開號(hào)為cn105398502a的中國專利申請(qǐng)公開了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板及其成形方法，其采用鑲鑄法制備了鋁-鋼雙金屬復(fù)合材料履帶板，盡管其采用雙金屬進(jìn)行了減重，但由于鋁-鋼雙金屬為異質(zhì)金屬界面，且鋁-鋼雙金屬界面易形成鋁鐵脆性相，因此界面相比較脆弱，履帶板所應(yīng)用的特種車輛通常會(huì)面臨復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，因此易導(dǎo)致鋁-鋼雙金屬界面失效。公開號(hào)為cn101880789a的中國專利申請(qǐng)公開了一種特種車輛鋁基復(fù)合材料履帶板半固態(tài)成形方法及其成形模具，其采用半固體成型法制備了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料履帶板，盡管鋁基復(fù)合材料能夠顯著降低履帶板的密度，但由于sic顆粒是硬質(zhì)陶瓷顆粒，韌性較差，而此類脆性材料在嚴(yán)重磨損條件下容易開裂，從而降低了材料的耐磨性，碳化硅顆粒在磨損過程中易從基體合金中脫落，而脫落的sic顆粒會(huì)繼續(xù)與履帶板進(jìn)行摩擦，加大對(duì)部件的破壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的主要目的是提出一種鋁基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、一種鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

4、s1、將碳纖維布裁剪成目標(biāo)產(chǎn)物的相應(yīng)形狀備用，將鋁板裁剪成與碳纖維相同形狀；將裁剪成形的碳纖維布放置于石墨紙上，將鋁板放于碳纖維布上，然后在鋁板上再放置碳纖維布，重復(fù)此操作，獲得碳纖維布-鋁板交替的層疊體；

5、s2、將層疊體裝入石墨模具中，然后放入熱壓爐中進(jìn)行熱壓，使得鋁板壓入碳纖維布的縫隙中，將碳纖維布與鋁板壓制為高韌性的cf/al復(fù)合材料疊層預(yù)制體框架；

6、s3、對(duì)制備得到的疊層預(yù)制體框架進(jìn)行打孔，打孔后將疊層多孔預(yù)制體框架放入成型模具中進(jìn)行定形；

7、s4、將預(yù)熱后的疊層預(yù)制體框架放入預(yù)熱后的目標(biāo)產(chǎn)物模具下模中，將sicp/al復(fù)合材料熔體澆入放置有疊層預(yù)制體框架的目標(biāo)產(chǎn)物模具下模中，合模擠壓進(jìn)行雙金屬液-固復(fù)合鑄造，得到鋁基復(fù)合材料。

8、作為本發(fā)明所述的一種鋁基復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s1中，碳纖維為t300、t400、t700、t800、t1000、m30、m40、m55和m60中的一種。

9、作為本發(fā)明所述的一種鋁基復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s1中，鋁板為2a50鋁合金板，其厚度為0.5~2.0mm。

10、作為本發(fā)明所述的一種鋁基復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s1中，層疊體中碳纖維布的層數(shù)為5~40，層疊體的最上端是碳纖維布。

11、作為本發(fā)明所述的一種鋁基復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s2中，熱壓溫度為550~600℃，熱壓壓力為10~50mpa，保溫保壓時(shí)間為2~8h。

12、作為本發(fā)明所述的一種鋁基復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s3中，疊層預(yù)制體框架每間隔2~10mm打一個(gè)直徑1~4mm的孔。

13、作為本發(fā)明所述的一種鋁基復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s4中，疊層預(yù)制體框架預(yù)熱至500~550℃，目標(biāo)產(chǎn)物模具預(yù)熱至250~300℃。

14、作為本發(fā)明所述的一種鋁基復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s4中，擠壓壓力為60~300mpa，保壓時(shí)間為30~150s。

15、作為本發(fā)明所述的一種鋁基復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s4中，sicp/al復(fù)合材料為sicp/2a50鋁合金復(fù)合材料，碳化硅顆粒的含量為5~20vol%。

16、作為本發(fā)明所述的一種鋁基復(fù)合材料的制備方法的優(yōu)選方案，其中：所述步驟s4中，sicp/al復(fù)合材料熔體的制備方法為：將2a50鋁合金置于熔煉爐中進(jìn)行加熱熔化，將熔體溫度保持在730~760℃，對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行精煉除氣后，將鋁合金熔體溫度降至630~650℃達(dá)到半固態(tài)狀態(tài)，半固態(tài)攪拌能夠有效促進(jìn)增強(qiáng)體分散，并且相比液態(tài)攪拌能夠減少卷氣；將攪拌槳降至距爐底距離為熔體高度的1/5~1/3處，開始機(jī)械攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速500~900r/min，待熔體表面出現(xiàn)漩渦后，將粒徑為3~50μm的碳化硅顆粒放入加料倉中，經(jīng)石墨管通過氬氣吹入熔體中，之后攪拌10~40min，攪拌結(jié)束后熔體溫度升至720~750℃，得到sicp/al復(fù)合材料熔體。

17、為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

18、一種鋁基復(fù)合材料，采用上述的鋁基復(fù)合材料的制備方法制備得到，所述鋁基復(fù)合材料的密度≤2.80g/cm3，彈性模量≥90gpa，摩擦系數(shù)≤0.5，沖擊韌性≥15j。

19、為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

20、一種上述的鋁基復(fù)合材料作為履帶板的應(yīng)用。

21、本發(fā)明的有益效果如下：

22、本發(fā)明提出一種鋁基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，采用疊層方法制備cf/al復(fù)合材料作為預(yù)制體框架，碳纖維與鋁板成型性較好，能夠成型各種復(fù)雜形狀；采用熱壓工藝制備疊層cf/al復(fù)合材料預(yù)制體框架，通過熱壓工藝能夠增加碳纖維與鋁的機(jī)械互鎖結(jié)合，增加鋁基體和碳纖維的潤濕性；采用擠壓鑄造成型，能夠克服毛細(xì)作用使sicp/al復(fù)合材料熔體充分浸滲到cf/al復(fù)合材料預(yù)制體框架中，同時(shí)擠壓鑄造能夠減少鋁合金熔體與碳纖維的接觸時(shí)間，以此避免鋁熔體與碳纖維反應(yīng)生成脆性相al4c3。經(jīng)擠壓鑄造高壓力能夠使得鋁液突破氧化鋁層，促進(jìn)鋁-鋁雙金屬界面結(jié)合，本發(fā)明能夠有效滿足履帶板對(duì)材料輕量化、高剛度和高韌性和耐磨方面的需求。

技術(shù)特征：

1.一種鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，碳纖維為t300、t400、t700、t800、t1000、m30、m40、m55和m60中的一種；鋁板為2a50鋁合金板，其厚度為0.5~2.0mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，層疊體中碳纖維布的層數(shù)為5~40，層疊體的最上端是碳纖維布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，熱壓溫度為550~600℃，熱壓壓力為10~50mpa，保溫保壓時(shí)間為2~8h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，疊層預(yù)制體框架每間隔2~10mm打一個(gè)孔。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，疊層預(yù)制體框架預(yù)熱至500~550℃，目標(biāo)產(chǎn)物模具預(yù)熱至250~300℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，擠壓壓力為60~300mpa，保壓時(shí)間為30~150s。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，sicp/al復(fù)合材料為sicp/2a50鋁合金復(fù)合材料，碳化硅顆粒的含量為5~20vol%。

9.一種鋁基復(fù)合材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的鋁基復(fù)合材料的制備方法制備得到，所述鋁基復(fù)合材料的密度≤2.80g/cm3，彈性模量≥90gpa，摩擦系數(shù)≤0.5，沖擊韌性≥15j。

10.一種權(quán)利要求9所述的鋁基復(fù)合材料作為履帶板的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鋁基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋁基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，采用疊層方法制備C<subgt;f</subgt;/Al復(fù)合材料作為預(yù)制體框架，碳纖維與鋁板成型性較好，能夠成型各種復(fù)雜形狀；采用熱壓工藝制備疊層C<subgt;f</subgt;/Al復(fù)合材料預(yù)制體框架，通過熱壓工藝能夠增加碳纖維與鋁的機(jī)械互鎖結(jié)合，增加鋁基體和碳纖維的潤濕性；采用擠壓鑄造成型，能夠克服毛細(xì)作用使SiC<subgt;p</subgt;/Al復(fù)合材料熔體充分浸滲到C<subgt;f</subgt;/Al復(fù)合材料預(yù)制體框架中，同時(shí)擠壓鑄造能夠減少鋁合金熔體與碳纖維的接觸時(shí)間，以此避免鋁熔體與碳纖維反應(yīng)生成脆性相Al<subgt;4</subgt;C<subgt;3</subgt;。經(jīng)擠壓鑄造高壓力能夠使得鋁液突破氧化鋁層，促進(jìn)鋁?鋁雙金屬界面結(jié)合，本發(fā)明能夠有效滿足履帶板對(duì)材料輕量化、高剛度和高韌性和耐磨方面的需求。

技術(shù)研發(fā)人員：宋彬,尚云驄,張文達(dá),屈海英,王兵,孟獻(xiàn)華,祁東武,任瑞,巴鵬羽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古恒鑄智造科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9