CN109280818A - 一种耐磨减摩铝基复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐磨减摩铝基复合材料，属于金属基复合材料技术领域。本发明所述铝基复合材料由以下原料经过球磨、压制、烧结后得到，所述原料及其质量百分比为铝或铝合金基体60%、碳化硅颗粒10%~30%、六方氮化硼颗粒10~30%。本发明解决了传统耐磨材料在使用过程中摩擦系数大不利于在无润滑油的条件下长期使用的问题；所述铝基复合材料通过碳化硅与六方氮化硼的协同作用可以同时提高材料的耐磨性与减摩性，使铝基复合材料具有高耐磨性，低摩擦系数的优良综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐磨减摩铝基复合材料，属于复合材料开发领域。
背景技术
铝及铝合金基复合材料是近现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料。铝在制作复合材料上有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好，铝基复合技术容易掌握，易于加工等；此外，铝基复合材料比强度和比刚度高，高温性能好，更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低；同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一；但与铸钢和铸铁相比铝的强度硬度较低耐磨性较差，因此限制了其在耐磨材料上的应用。
传统的耐磨材料一般是加入耐磨颗粒，这种材料在使用过程中耐磨颗粒由于硬度高可以对相互接触的材料表面起到支撑作用，减小接触面积，因此可以提高材料的耐磨性。但由于自身材料中并无润滑相，特别是在无润滑油的条件下摩擦系数较大不利于材料的长期使用，由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损；使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏从而导致精度、可靠性下降，效率降低直至破坏。
发明内容
本发明的目的在于解决传统颗粒增强耐磨材料在使用过程中，特别是无润滑的条件下摩擦系数较大，不利于长期使用的问题，提供一种耐磨减摩铝基复合材料，该复合材料由以下原料经过球磨、压制、烧结后得到，所述原料及其质量百分比为铝或铝合金基体60%、碳化硅颗粒10%~30%、六方氮化硼颗粒10~30%。
优选的，本发明所述铝或铝合金基体的纯度≥99.9%，粒径为10~100μm；碳化硅的纯度≥99%，粒径10~50μm；六方氮化硼的纯度≥99.9%，粒径10~50μm。
优选的，本发明所述烧结的条件为：在惰性气体保护下于450~600℃烧结1~4h。
本发明所述球磨为常规方法，使三种原料混合均匀即可，压制过程也为常规过程，一般使用冷压成型，压力为300MPa。
本发明所述铝合金基体为常规的铝合金，例如A356或A360铝合金。
本发明所述碳化硅颗粒可作为摩擦过程中的有效承载体，减少表层金属的流动，但当碳化硅含量增加时与之配对的材料的磨损量也增加了，因而对于摩擦系统整体而言，这是不利于其寿命延长的，将六方氮化硼自润滑相加入到基体金属时，由于它能在磨损过程涂覆于对摩面上，改变了摩擦副的接触形式，所以显著降低了摩擦系数，两对摩面间形成自润滑膜而减少了配对材料的直接接触面积，因此可以降低对配偶件的磨损，可以获得配对良好的摩擦副，提高材料的使用寿命。
本发明的有益效果：
本发明解决了传统耐磨材料在使用过程中摩擦系数大不利于在无润滑油的条件下长期使用的问题；所述铝基复合材料通过碳化硅与六方氮化硼的协同作用可以同时提高材料的耐磨性与减摩性，使铝基复合材料具有高耐磨性，低摩擦系数的优良综合性能。
附图说明
图1是本发明耐磨减摩铝基复合材料的组织结构示意图；
图1中：1-铝合金基体，2-耐磨颗粒碳化硅，3-自润滑相六方氮化硼。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
（1）复合前驱粉体的制备：将A360铝合金粉末（纯度99.9%，平均粒径25μm）与碳化硅（纯度99%，平均粒径0.5-0.7μm），六方氮化硼（纯度99.9%，平均粒径1-2μm）连同一定数量的磨球在惰性气体保护气氛下置于球磨罐中；球料比为10:1，球磨机转速为250 r/min；为减少球磨过程中复合粉体的温升，球磨机正转30 min，然后暂停30 min，然后再反转30 min，如此循环进行，累计球磨4小时；球磨之后得到碳化硅与氮化硼分散良好的前驱复合粉体；前驱复合粉体中碳化硅的含量为30wt.%，六方氮化硼的含量为10wt.%，A360铝合金的含量为60wt.%。
（2）复合粉体的压制与烧结：用钢模将复合粉体在室温下以300MPa的压力冷压成Ф28×3 mm圆柱体坯料，在氩气环境用600℃烧结4h。
实施例2
（1）复合前驱粉体的制备：将A360铝合金粉末（纯度99.9%，平均粒径25μm）与碳化硅（纯度99%，平均粒径0.5-0.7μm），六方氮化硼（纯度99.9%，平均粒径1-2μm）连同一定数量的磨球在惰性气体保护气氛下置于球磨罐中；球料比为10:1，球磨机转速为250 r/min；为减少球磨过程中复合粉体的温升，球磨机正转30 min，然后暂停30 min，然后再反转30 min，如此循环进行，累计球磨4小时；球磨之后得到碳化硅与氮化硼分散良好的前驱复合粉体。前驱复合粉体中碳化硅的含量为20wt.%，六方氮化硼的含量为20wt.%，A360铝合金的含量为60wt.%。
（2）复合粉体的压制与烧结：用钢模将复合粉体在室温下以300MPa的压力冷压成Ф28×3 mm圆柱体坯料，在氩气环境用600℃烧结4h。
实施例3
（1）复合前驱粉体的制备：将A360铝合金粉末（纯度99.9%，平均粒径25μm）与碳化硅（纯度99%，平均粒径0.5-0.7μm），六方氮化硼（纯度99.9%，平均粒径1-2μm）连同一定数量的磨球在惰性气体保护气氛下置于球磨罐中；球料比为10:1，球磨机转速为250 r/min；为减少球磨过程中复合粉体的温升，球磨机正转30 min，然后暂停30 min，然后再反转30 min，如此循环进行，累计球磨4小时；球磨之后得到碳化硅与氮化硼分散良好的前驱复合粉体。前驱复合粉体中碳化硅的含量为10wt.%，六方氮化硼的含量为30wt.%，A360铝合金的含量为60wt.%。
（2）复合粉体的压制与烧结：用钢模将复合粉体在室温下以300MPa的压力冷压成Ф28×3 mm圆柱体坯料，在氩气环境用600℃烧结4h。
表1实施例1~3所制备的耐磨减摩铝基复合材料的性能
Claims (3)
1.一种耐磨减摩铝基复合材料，其特征在于：由以下原料经过球磨、压制、烧结后得到，所述原料及其质量百分比为铝或铝合金基体60%、碳化硅颗粒10%~30%、六方氮化硼颗粒10~30%。
2.根据权利要求1所述耐磨减摩铝基复合材料，其特征在于：铝或铝合金基体的纯度≥99.9%，粒径为10~100μm；碳化硅的纯度≥99%，粒径10~50μm；六方氮化硼的纯度≥99.9%，粒径10~50μm。
3.根据权利要求1所述耐磨减摩铝基复合材料，其特征在于：烧结的条件为：在惰性气体保护下于450~600℃烧结1~4h。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111821511A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-10-27 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种多元纳米颗粒填充的聚醚醚酮基人工关节材料及应用 |
| CN113215513A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-06 | 成都中科翼能科技有限公司 | 用于燃机零件可磨耗Al/BN封严涂层新后处理工艺 |
| CN113755719A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-12-07 | 昆明理工大学 | 一种高强、耐磨和减摩的铝基复合材料及其制备方法 |
| DE102020117761A1 (de) | 2020-07-06 | 2022-01-13 | Alla Kasakewitsch | Aluminium-Werkstoff und Verfahren zum Herstellen eines Aluminium-Werkstoffes |
| CN114000012A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-02-01 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种可磨耗自润滑铝基复合材料及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5613456A (en) * | 1979-07-16 | 1981-02-09 | Mitsubishi Alum Co Ltd | Aluminum alloy for brazing filler metal of brazing sheet |
| JPS5798647A (en) * | 1980-12-09 | 1982-06-18 | Nissan Motor Co Ltd | Aluminum alloy material with superior wear resistance |
| US5037102A (en) * | 1987-08-24 | 1991-08-06 | Mizuno Corporation | Golf club head |
| CN104046823A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-09-17 | 上海和辉光电有限公司 | 梯度金属陶瓷复合材料及其制备方法 |
| CN105367075A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-03-02 | 合肥龙多电子科技有限公司 | 一种纳米氮化硼增强的高导热氮化铝-碳化硅复合电路板基板材料及其制备方法 |
| CN108160730A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-06-15 | 福建祥鑫股份有限公司 | 一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法 |
-
2018
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5613456A (en) * | 1979-07-16 | 1981-02-09 | Mitsubishi Alum Co Ltd | Aluminum alloy for brazing filler metal of brazing sheet |
| JPS5798647A (en) * | 1980-12-09 | 1982-06-18 | Nissan Motor Co Ltd | Aluminum alloy material with superior wear resistance |
| US5037102A (en) * | 1987-08-24 | 1991-08-06 | Mizuno Corporation | Golf club head |
| CN104046823A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-09-17 | 上海和辉光电有限公司 | 梯度金属陶瓷复合材料及其制备方法 |
| CN105367075A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-03-02 | 合肥龙多电子科技有限公司 | 一种纳米氮化硼增强的高导热氮化铝-碳化硅复合电路板基板材料及其制备方法 |
| CN108160730A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-06-15 | 福建祥鑫股份有限公司 | 一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| S.C. TJONG ET AL.: "《Wear of Al-Based Hybrid Composites Containing BN and SiC Particulates》", 《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102020117761A1 (de) | 2020-07-06 | 2022-01-13 | Alla Kasakewitsch | Aluminium-Werkstoff und Verfahren zum Herstellen eines Aluminium-Werkstoffes |
| CN111821511A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-10-27 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种多元纳米颗粒填充的聚醚醚酮基人工关节材料及应用 |
| CN113215513A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-06 | 成都中科翼能科技有限公司 | 用于燃机零件可磨耗Al/BN封严涂层新后处理工艺 |
| CN113215513B (zh) * | 2021-05-11 | 2022-06-03 | 成都中科翼能科技有限公司 | 用于燃气轮机零件可磨耗Al/BN封严涂层新后处理工艺 |
| CN113755719A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-12-07 | 昆明理工大学 | 一种高强、耐磨和减摩的铝基复合材料及其制备方法 |
| CN114000012A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-02-01 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种可磨耗自润滑铝基复合材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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