CN110106399B - 一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料，包括混合型陶瓷粉末，所述混合型陶瓷粉末包括以下成分：二氧化硅4.5％～27％，氧化铝0.05％～3％，硫酸钙0.05％～3％，氧化钾0.05％～3％，氧化钠0.05％～3％，碳化硅20％～40％，铝基材料为铝硅系合金50％～80％。本发明能够在使用时增强材料性，硬质陶瓷材料为复合材料提供足够的强度等级，而润滑颗粒在滑动条件下涂抹磨损表面，从而降低磨损率，同时起到粘结材料的作用，增强材料韧性，有效的改良高温时摩擦性能的缺陷，值得推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及铝基复合材料技术领域，尤其涉及一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料及其制备工艺。
背景技术
二十一世纪以来，基于能源紧缺和环境发展，材料轻量化已经成为当今材料研究的热点。在这其中，轻量化复合材料展现出广阔的发展前景，尤其是铝基复合材料，其具有高比强度和比刚度，高弹性模量，尺寸稳定，耐磨性优良，成本相对较低等众多优点，显示出了单一铝合金所不具备的优良性能，因而备受人们关注。
而在颗粒增强铝基复合材料(PRAMCs)中，最为常用的是陶瓷颗粒增强铝基复合材料，其作为一种极具潜力的工程材料，在航空航天领域、电子封装、高轻化自行车等方面取得了大量应用。但其制备方法以及后续加工工艺滞后限制了其大规模地应用于工业生产中，因此还需大量的后续研究。
颗粒增强铝基复合材料的基体材料普遍采用Al-Si合金，作为一种车辆常用合金，其相对于其他类型的铸造铝合金拥有更加优良的机械性能，同时相对于铁基合金也拥有更节能环保性能，但其耐磨性和摩擦性能能却相对显有不足，为此我们设计出了一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料及其制备工艺来解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料及其制备工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料，包括混合型陶瓷粉末和铝基材料，其特征在于，所述混合型陶瓷粉末包括以下成分：二氧化硅4.5％～27％，氧化铝0.05％～3％，硫酸钙0.05％～3％，氧化钾0.05％～3％，氧化钠0.05％～3％，碳化硅20％～40％，铝基材料为铝硅系合金50％～80％；所述混合型陶瓷粉末由硬质陶瓷和固体润滑剂颗粒混合得到，进行混合，其中硬质陶瓷以碳化硅为主，固体润滑剂颗粒由二氧化硅，氧化铝，硫酸钙，氧化钾，氧化钠组成；
优选的，对混合好的粉末采用一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料的制备工艺，所述一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1、冷压：保压压力600-1000MPa，升压速率1.5-10kN/s，保压时间30-200s。
S2、烧结：升温到预烧温度300-450℃，保温50-100min；再继续升温至烧结温度450-750℃，烧结60-90min；炉冷至100-300℃，再空冷至室温；
S3、热压致密化：300-550摄氏度，保压压力50MPa左右，保压3600s，进一步为致密化。
S4、后处理：烧结态的材料经300-550℃固溶处理20min左右，然后在150-240℃时效处理24h。
本发明提出的一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料，由两类材料硬质陶瓷和固体润滑剂颗粒进行混合，并结合特种成形和特种热压致密化，来使其出表现出更好的磨损性能，硬质陶瓷材料为复合材料提供足够的强度等级，而润滑颗粒在滑动条件下涂抹磨损表面，从而降低磨损率，同时起到粘结材料的作用，增强材料韧性，有效的改良高温时摩擦性能的缺陷，值得推广使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料，包括混合型陶瓷粉末，所述混合型陶瓷粉末包括以下成分：基础铝粉Alsi10Mg粒径为，含量为70％；sic，含量为20％；二氧化硅含量为3.5％-4％，氧化铝含量为1.5％-2％，硫酸钙含量为1％，氧化钾含量为2％，氧化钠含量为1％。
其制备工艺，包括以下步骤：
S1、冷压：保压压力800MPa，升压速率1.5-5kN/s，保压时间180s。
S2、烧结：升温到预烧温度400℃，保温90min；再继续升温至烧结温度530-590℃，烧结60-90min；炉冷至200℃，再空冷至室温；
S3、热压：350-450摄氏度，保压压力50MPa左右，保压3600s，进一步为致密化。
S4、后处理：烧结态的材料经500℃固溶处理20min左右，然后在190℃时效处理24h。
实施例二
一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料，包括混合型陶瓷粉末，所述混合型陶瓷粉末包括以下成分：基础铝粉Alsi10Mg含量为70％；sic含量为20％；二氧化硅粒含量为3.5％-4％，氧化铝含量为1.5％-2％，硫酸钙含量为1％，氧化钾含量为2％，氧化钠含量为1％。
其制备工艺，包括以下步骤：
S1、冷压：保压压力800MPa，升压速率1.5-5kN/s，保压时间180s。
S2、烧结：升温到预烧温度400℃，保温90min；再继续升温至烧结温度530-590℃，烧结60-90min；炉冷至200℃，再空冷至室温；
S3、热压：350-450摄氏度，保压压力50MPa左右，保压3600s，进一步为致密化。
S4、后处理：烧结态的材料经500℃固溶处理20min左右，然后在190℃时效处理24h。
分别使用上述实施例一～二中制备的一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料，得出如下结果：该陶瓷颗粒增强的铝基复合材料能够在使用时增强材料性，硬质陶瓷材料为复合材料提供足够的强度等级，而润滑颗粒在滑动条件下涂抹磨损表面，从而降低磨损率(其磨损质量仅为常规摩擦材料的1/20(低载荷)至1/50(高载荷))，同时起到粘结材料的作用，增强材料韧性，有效的改良高温时摩擦性能的缺陷，值得推广使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料，包括混合型陶瓷粉末和铝基材料，其特征在于，所述混合型陶瓷粉末包括以下成分：二氧化硅4.5％～27％，氧化铝0.05％～3％，硫酸钙0.05％～3％，氧化钾0.05％～3％，氧化钠0.05％～3％，碳化硅20％～40％，铝基材料为铝硅系合金50％～80％；所述混合型陶瓷粉末由硬质陶瓷和固体润滑剂颗粒混合得到，进行混合，其中硬质陶瓷以碳化硅为主，固体润滑剂颗粒由二氧化硅，氧化铝，硫酸钙，氧化钾，氧化钠组成。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料，其特征在于，对混合好的粉末采用一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料的制备工艺，所述一种陶瓷颗粒增强的铝基复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、冷压：保压压力600-1000MPa，升压速率1.5-10kN/s，保压时间30-200s；
S2、烧结：升温到预烧温度300-450℃，保温50-100min；再继续升温至烧结温度450-750℃，烧结60-90min；炉冷至100-300℃，再空冷至室温；
S3、热压：300-550摄氏度，保压压力50MPa左右，保压3600s，进一步致密化；
S4、后处理：烧结态的材料经300-550℃固溶处理20min左右，然后在150-240℃时效处理24h。
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