本發(fā)明涉及鋁基合金，具體涉及一種鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋁基復合材料作為一種典型的輕質(zhì)高強材料，具有質(zhì)量輕，導熱性能、抗熱疲勞性能以及導電性能好的優(yōu)點，在金屬基復合材料的研究中占據(jù)了關(guān)鍵的地位，廣泛應用于汽車業(yè)、航天航空等領(lǐng)域。近年來，顆粒增強鋁基復合材料得到了快速的發(fā)展，該材料通過改變增強顆粒的種類、含量、尺寸等來實現(xiàn)鋁基材料不同的力學和使用性能。在鋁基復合材料中引入的增強體顆粒主要包括陶瓷顆粒、碳納米管、納米線和石墨烯等。

2、然而，對于鋁基復合材料的摩擦服役環(huán)境而言，不僅需具備良好的力學性能以抵抗塑性變形，同時需具備良好的摩擦學性能和導電性能。例如，在電磁發(fā)射領(lǐng)域，鋁電樞與導軌之間在帶電條件下產(chǎn)生相對運動，因此要求鋁電樞不僅要具備良好的力學、耐摩擦等性能，同時由于大電流傳輸要求，鋁電樞良好的電傳導性能也是保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定服役的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋁基復合材料，解決現(xiàn)有技術(shù)無法同時兼顧鋁基復合材料的力學性能、摩擦性能和導電性能的問題。

2、本發(fā)明的第二個目的在于提供一種鋁基復合材料的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)無法同時兼顧鋁基復合材料的力學性能、摩擦性能和導電性能的問題。

3、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的鋁基復合材料的技術(shù)方案為：

4、一種鋁基復合材料，包括陶瓷顆粒增強鋁基復合材料和復合在陶瓷顆粒增強鋁基復合材料表面的摩擦層，所述摩擦層包括鋁基體，所述鋁基體內(nèi)沿鋁基體厚度方向復合有至少兩層纖維布，所述纖維布的鋪展方向與所述摩擦層承受摩擦的方向一致，所述纖維布被鋁基體浸潤滲透形成一體結(jié)構(gòu)。

5、本發(fā)明是對現(xiàn)有技術(shù)進行改進，提供的鋁基復合材料，通過在陶瓷顆粒增強鋁基復合材料表面設置摩擦層，摩擦層包括鋁基體，且鋁基體內(nèi)沿鋁基體厚度方向復合有至少兩層纖維布，形成內(nèi)部為陶瓷顆粒增強鋁基復合材料，外部為連續(xù)纖維包覆的鋁基復合材料，或者下部為陶瓷顆粒增強鋁基復合材料，上部為連續(xù)纖維包覆的鋁基復合材料。其中，高硬度、高強度、良好熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性的陶瓷顆粒，能夠大幅提高鋁基材料的硬度、強度和耐磨性，陶瓷顆粒增強鋁基復合材料和纖維布層協(xié)同提高了鋁基材料的抗壓能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐用性，摩擦層增強了材料的耐腐蝕性和耐磨性并改善了其載流摩擦學性能，同時保持其輕質(zhì)特性，同時兼顧了鋁基復合材料的力學性能、摩擦性能和導電性能。

6、為了進一步提高鋁基材料的耐磨性和摩擦學性能，優(yōu)選地，所述摩擦層的最外側(cè)為滲透有鋁的纖維布，所述摩擦層的厚度為2~3mm。

7、為了進一步提高鋁基材料的強度和硬度，優(yōu)選地，所述陶瓷顆粒增強鋁基復合材料由鋁合金基體和體積分數(shù)為5~10%的陶瓷顆粒組成。

8、為了進一步提高鋁基材料的強度和硬度，優(yōu)選地，所述鋁合金基體選自鋁合金a356、鋁合金2024、鋁合金6063和鋁合金7075中的一種或多種，所述陶瓷顆粒選自sic、al2o3和tib2中的一種或多種。

9、為了進一步提高鋁基材料表面的耐摩擦磨損性能，以及抗壓能力，優(yōu)選地，所述纖維布為碳纖維布。

10、本發(fā)明的鋁基復合材料的制備方法的技術(shù)方案為：

11、一種鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：在陶瓷顆粒增強鋁基復合材料表面交替鋪放鋁板和纖維布，鋪放完成后最外側(cè)為鋁板，之后進行加壓燒結(jié)，然后去除最外側(cè)鋁層使纖維布露出。

12、本發(fā)明的鋁基復合材料的制備方法，通過在陶瓷顆粒增強鋁基復合材料表面交替鋪放鋁板和纖維布后進行加壓燒結(jié)即可，高硬度、高強度、良好熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性的陶瓷顆粒，能夠大幅提高鋁基材料的硬度、強度和耐磨性，陶瓷顆粒和纖維布層協(xié)同提高了鋁基材料的抗壓能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐用性，摩擦層增強了材料的耐腐蝕性和耐磨性并改善了其載流摩擦學性能，同時保持其輕質(zhì)特性；本發(fā)明的制備方法工藝簡單，生產(chǎn)高效。

13、為了進一步提高燒結(jié)的冶金結(jié)合力，優(yōu)選地，所述加壓燒結(jié)的溫度為630~650℃，所述加壓燒結(jié)的壓力為15~20mpa，所述加壓燒結(jié)的時間為2~3h。

14、為了進一步提高陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的組織均勻性，優(yōu)選地，所述陶瓷顆粒增強鋁基復合材料是將鋁合金粉末和陶瓷顆?；旌虾蠼?jīng)成型、燒結(jié)得到，所述燒結(jié)的溫度為500~600℃，所述燒結(jié)的時間為5~10min。采用粉末冶金工藝制備陶瓷顆粒增強鋁基復合材料。

15、為了進一步避免燒結(jié)后產(chǎn)生裂紋和孔隙，優(yōu)選地，燒結(jié)完成后進行冷卻，所述加壓燒結(jié)完成后進行冷卻，所述冷卻時的冷卻速度為10~15℃/min。冷卻后進行機加工和表面處理，滿足特定尺寸和表面光潔度的要求。

16、為了進一步調(diào)控鋁基復合材料導電率和力學性能的協(xié)同提高，優(yōu)選地，所述鋁板和纖維布鋪放的個數(shù)均不超過5個，所述鋁板的厚度為1~1.2mm。

技術(shù)特征：

1.一種鋁基復合材料，其特征在于，包括陶瓷顆粒增強鋁基復合材料和復合在陶瓷顆粒增強鋁基復合材料表面的摩擦層，所述摩擦層包括鋁基體，所述鋁基體內(nèi)沿鋁基體厚度方向復合有至少兩層纖維布，所述纖維布的鋪展方向與所述摩擦層承受摩擦的方向一致，所述纖維布被鋁基體浸潤滲透形成一體結(jié)構(gòu)。

2.如權(quán)利要求1所述的鋁基復合材料，其特征在于，所述摩擦層的最外側(cè)為滲透有鋁的纖維布，所述摩擦層的厚度為2~3mm。

3.如權(quán)利要求1所述的鋁基復合材料，其特征在于，所述陶瓷顆粒增強鋁基復合材料由鋁合金基體和體積分數(shù)為5~10%的陶瓷顆粒組成。

4.如權(quán)利要求3所述的鋁基復合材料，其特征在于，所述鋁合金基體選自鋁合金a356、鋁合金2024、鋁合金6063和鋁合金7075中的一種或多種，所述陶瓷顆粒選自sic、al2o3和tib2中的一種或多種。

5.如權(quán)利要求1所述的鋁基復合材料，其特征在于，所述纖維布為碳纖維布。

6.一種如權(quán)利要求1-5任一項所述的鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：在陶瓷顆粒增強鋁基復合材料表面交替鋪放鋁板和纖維布，鋪放完成后最外側(cè)為鋁板，之后進行加壓燒結(jié)，然后去除最外側(cè)鋁層使纖維布露出。

7.如權(quán)利要求6所述的鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述加壓燒結(jié)的溫度為630~650℃，所述加壓燒結(jié)的壓力為15~20mpa，所述加壓燒結(jié)的時間為2~3h。

8.如權(quán)利要求6所述的鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述陶瓷顆粒增強鋁基復合材料是將鋁合金粉末和陶瓷顆?；旌虾蠼?jīng)成型、燒結(jié)得到，所述燒結(jié)的溫度為500~600℃，所述燒結(jié)的時間為5~10min。

9.如權(quán)利要求6所述的鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述加壓燒結(jié)完成后進行冷卻，所述冷卻時的冷卻速度為10~15℃/min。

10.如權(quán)利要求6所述的鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述鋁板和纖維布鋪放的個數(shù)均不超過5個，所述鋁板的厚度為1~1.2mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鋁基合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁基復合材料及其制備方法。本發(fā)明提供的鋁基復合材料包括陶瓷顆粒增強鋁基復合材料和復合在陶瓷顆粒增強鋁基復合材料表面的摩擦層，摩擦層包括鋁基體，鋁基體內(nèi)沿鋁基體厚度方向復合有至少兩層纖維布，所述纖維布的鋪展方向與所述摩擦層承受摩擦的方向一致，纖維布被鋁基體浸潤滲透形成一體結(jié)構(gòu)。通過設置摩擦層，其中陶瓷顆粒能夠大幅提高鋁基材料的硬度、強度和耐磨性，陶瓷顆粒增強鋁基復合材料和纖維布層協(xié)同提高了鋁基材料的抗壓能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及高溫穩(wěn)定性和耐用性，摩擦層增強了材料的耐腐蝕和載流摩擦性能，適用于需要高強重比、耐磨耐蝕和良好熱穩(wěn)定性及導電性的應用領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：李韶林,宋克興,國秀花,馮江,皇濤,周延軍,劉海濤,柳亞輝,張國賞,張彥敏,岳鵬飛,程楚,張朝民,彭曉文
受保護的技術(shù)使用者：河南科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6