CN115595477B - 一种铝基复材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及金属材料技术领域，具体涉及一种强界面结合且耐高温耐磨的铝基复材及其制备方法。以铝基复材的总质量为基准，其包括10~30%质量分数的增强体以及余量的铝合金；增强体包括陶瓷颗粒和Al₂O₃纤维。该铝基复材中的增强体‑生成相‑Al过度结构极大地提高了增强体和铝基体的结合力，且生成相与陶瓷颗粒组成的三维网状结构，使该混杂增强铝基复材具有优异的耐高温耐磨性能。该铝基复材的制备全程在真空环境下完成，增强体颗粒无需高温预氧化，增强纤维亦无需预处理，简化制备工艺，降低生产成本，利于其大规模生产与应用。该种铝基复材采用铸造方法制备，成本低、且兼具良好的耐高温、耐磨性能。铸锭质量优异，增强颗粒分散均匀，增强体结合紧密。

Description

一种铝基复材及其制备方法

技术领域

本申请涉及金属材料技术领域，特别是涉及一种具有强界面结合、且耐高温耐磨的铝基复材及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料，它由铝基体和增强体通过各种工艺手段复合而成。与单纯的铝合金相比，铝基复合材料具有更高的比强度和耐磨性能，同时具有热膨胀系数小，尺寸稳定等优点，还可通过控制合金基体和增强体的数量和种类，来设计所需要的性能，近年来在汽车、航空航天、军工和电子封装等领域的使用量越来越大。

在铝基复合材料中，铝合金作为基体材料，其性能的高低直接影响着复合材料的整体性能水平，因此选择性能优异的铝合金基体至关重要。在铝合金基体中，添加高硬度、高强度和低密度的增强体，例如SiC（碳化硅）、B₄C（碳化硼）、Al₂O₃（氧化铝）等，可以大幅度提高复合材料的耐磨性能。但是铝基复合材料普遍存在增强体与铝合金基体界面结合不够紧密，以及分散性差、易团聚等问题。这些问题极大的破坏了铝基复合材料的性能，限制了铝基复合材料的应用。

发明内容

本申请所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种增强体与铝合金基体结合紧密、且兼具良好的耐高温和耐磨性能的铝基复材。

本申请所要解决的第二个技术问题是提供一种上述铝基复材的制备方法，实现了铸造方法加入增强纤维，简化了铝基复材的制备工艺，节约了能耗，降低了生产成本，利于某些特殊用途铝基复材的大规模制备和应用。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案为：

第一方面，本申请提供一种铝基复材，以铝基复材的总质量为基准，包括10%～30%质量分数的增强体，余量为铝合金；

其中，所述铝合金包括按质量百分比计的以下组分：Si：7~13%，Cu：1~6%，Ni：1~4%，Mg：0.5~1.5%，Fe：0.3~1.5%，Mn：0.3~1.5%，Zr：0.1~0.5%，Ti：0.02~0.3%，Sr：0.005~0.02%，B：0.005~0.1%，余量为Al及不可避免的杂质，其中Fe/Mn≤2；

所述增强体包括陶瓷颗粒和Al₂O₃纤维，所述陶瓷颗粒为微米级的SiC、B₄C、Al₂O₃颗粒中的至少一种，选用成本较低的微米级颗粒和Al₂O₃纤维，在不使用昂贵增强体的同时，能够保证铝基复材具有优异的高温性能和抗摩擦磨损性能。

本申请的铝合金基体中，Cu、Mg和Si可生成Q相（Al₅Cu₂Mg₈Si₆），可提高材料的强度和硬度；Ni元素的加入可与Cu元素生成δ相（Al₃CuNi），Ni元素足够多时还可生成ε相（Al₃Ni），上述两种富镍相是高温增强相，与加入的增强体在高温下稳定，提高材料的高温性能和摩擦性能；Zr的加入可以形成Al₃Zr相，显著细化晶粒，提高强度；Sr的加入可以有效变质共晶硅，提高材料的强度和塑性；Ti和B的加入对Al-Si合金的晶粒细化有显著的作用；生成相中，ε相（Al₃Ni）和α-Fe相（Al₁₅(Mn, Fe)₃Si₂）是硬质相，在摩擦过程中作为硬质支撑点不易磨损，保护Al基体，提高材料的摩擦性能。另外，铝合金基体中，Fe并不是杂质元素，通过Mn的加入且控制Fe/Mn＜2，可以确保生成的Fe相为α-Fe相，α-Fe相呈星状或多边形形状而不是β-Fe相的长条状，减轻了铁相的危害。因此，本申请中的α-Fe相是一种有益相，因为富铁相在450℃以上有很好的高温稳定性，是耐热铝合金优异高温性能的重要保证。

本申请的铝基复材，生成的Q相（Al₅Cu₂Mg₈Si₆）、δ相（Al₃CuNi）、ε相（Al₃Ni）、α-Fe相（Al₁₅(Mn, Fe)₃Si₂）和硅组成三维网状结构，而作为增强体的陶瓷颗粒和Al₂O₃纤维进一步加固了该网状结构，从而充分发挥混杂增强复合材料的优势，这种网状结构分割并包裹Al基体，阻碍Al基体和位错的运动，从而提高了材料的强度和硬度，同样也改善了材料的高温性能和摩擦性能。

另外，本申请的铝基复材中，增强体可以作为其他生成相的形核质点。多种生成相在增强体的表面形核长大。以颗粒增强体SiC为例，生成相可作为SiC-Al之间的过渡介质，形成SiC-生成相-Al过渡结构，这种结构会显著增强SiC-Al之间的结合力，强度明显高于常规方案中SiC-Al的直接结合。对于Al₂O₃纤维同样适用，构成了Al₂O₃-生成相-Al过渡结构。上述结合方式强度高于传统的增强体-Al的直接结合。重要的是，可以省略现有技术中常规的增强体预处理步骤，比如高温预氧化或金属镀层，简化生产工艺，降低生产成本，利于铝基复合材料大规模生产与应用。

进一步的，为了更优地实现上述技术效果，以铝基复材的总质量为基准，所述陶瓷颗粒的占比为15%～25%，所述Al₂O₃纤维的占比为1%～5%。

进一步的，所述陶瓷颗粒的粒径为8~20um；所述Al₂O₃纤维为95%Al₂O₃，直径为5~10um，长度≤200um，进一步优选为长度≤50um；使用该质量分数和尺寸的增强体制备的铝基复合材料综合性能最优。

第二方面，本申请提供一种上述铝基复材的制备方法，包括以下步骤：采用搅拌铸造法将所述陶瓷颗粒和所述Al₂O₃纤维加入所述铝合金的液相中，然后通过真空铸造制成所述铝基复材的铸锭或零件。

现有技术中，铝基复材的制备方法主要有铸造、粉末冶金、铝液浸渗三种方法。相比于粉末冶金和浸渗，铸造法具有设备简单、生产成本低、利于工业化生产等优点，采用铸造法制备的铝基复材占据铝基复合材料总量的40%以上。对于汽车零部件，铸造法制备铝基复合材料更有利于其控制成本和批量化生产。

本申请的制备方法中，通过搅拌铸造法将增强体（陶瓷颗粒以及Al₂O₃纤维）加入到液相的铝合金基体中，搅拌铸造法又称搅拌复合工艺，是通过机械搅拌装置使增强体与液态的铝合金基体混合，然后通过常压铸造或真空压铸造或压力铸造制成铝基复材的铸锭或零件，其优点在于采用常规的熔炼设备，成本低廉，可以制备精密复杂的零件结构，但仍存在一些问题待解决，如：铸造缺陷（气体、夹杂物的混入），颗粒分布不均匀，另外，需要较长的时间和较高的温度，基体金属与颗粒之间容易发生界面反应，颗粒的增加会使金属熔体的粘度增大，成型效果差等。现有技术中，大多使用搅拌铸造法在金属熔体中引入颗粒的增强体，通过机械搅拌在金属熔体中产生涡流来引入颗粒，但未有使用上述方法来引入纤维增强体的记载，常规方案中通常使用粉末冶金或浸渗方法在金属基体中引入纤维增强体，工序复杂，制备成本高。

本申请的技术方案中，采用搅拌铸造法实现半固态高速搅拌工艺，制备颗粒和纤维混杂增强的铝基复合材料，使增强体分散均匀性优异，没有团聚，减少气体裹挟，极大的增强了增强体与Al基体的结合，同时半固态温度又防止有害相的生成，进而提高材料性能。采用门槛低的铸造方法而不是浸渗或粉末冶金方法制备颗粒和纤维混杂增强的铝基复合材料，同时简化增强颗粒和纤维的预处理步骤（比如陶瓷颗粒的高温预氧化，或者Al₂O₃纤维的表面镀金属等等），显著简化了制备工艺和降低了生产成本，而真空制备环境又能够减少杂质的产生，有利于铝合金熔体和陶瓷增强体中夹杂气体的排出，得到分散均匀、缺陷较少的铝基复材。

具体的，上述制备方法包括以下步骤：

A、配制原料：以总重量为基准，配制铝合金基体的成分原料，配制增强体的原料；

B、增强体混合：将配制的陶瓷颗粒和Al₂O₃纤维进行球磨混合均匀；

C、铝合金制备：装料后进行抽真空，将配制的铝合金成分原料在熔炼炉中熔化，得到铝合金熔体；

D、增强体加入：在搅动铝合金熔体的过程中，将增强体加入铝合金熔体中，得到铝基复材熔体；

E、变质细化：向所制铝基复材熔体中加入细化剂和变质剂；

F、浇铸：升高温度，将铝基复材熔体倒入预热的金属模具中，冷却成型，得到铸锭。

优选的，在所述步骤A中包括增强体的预处理步骤：将陶瓷颗粒经酸溶液浸泡清洗，清水多次过滤后烘干备用。优选的，所述酸溶液为5%体积分数的HF熔体，浸泡6～24h，采用该溶液的清洗效果较好，有效去除颗粒中的杂质。

优选的，所述步骤A中铝合金的成分原料可以为纯金属块或中间合金，优选的为常见的铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金以及纯铝、纯镁。考虑到本发明材料的耐磨性能需求，选用的所述陶瓷颗粒增强体的粒径为8~20um。

优选的，所述步骤B的增强体混合包括以下步骤：将质量合适的陶瓷颗粒和Al₂O₃纤维以及研磨球放入研磨罐中，采用行星式球磨机进行球磨。研磨球选用碳化硅研磨球防止污染，转速200～300r/min，球磨时间10～30min，增强体：研磨球=1：1～3。

优选的，所述步骤C的具体步骤为：将铝合金原料放入带搅拌装置的真空感应熔炼炉坩埚中，坩埚下层放置中间合金和纯Mg，上层放置纯铝，抽真空至30Pa后将熔炼炉温度升至700-800℃保温，待所有炉料全部熔化后，保温0.5～1h。

优选的，所述步骤D的具体步骤为：降低铝合金熔体的温度至半固态温度区间，插入搅拌装置的搅拌头至铝合金液面以下，开启搅拌装置，转速为300～800r/min，通过二次加料装置向铝合金熔体中央漩涡处加入增强体。待增强体加入完毕后，转速提高到800～2000r/min，在半固态温度区间继续搅拌1～3h，半固态温度为铝合金基体固相线上10~30℃。

选择半固态温度区间的原因是，铝合金熔体半固态黏度较大，陶瓷增强体容易加入，且半固态颗粒可以摩擦增强体，有助于增强体分散。优选的搅拌头为可拆卸式叶片搅拌头，便于更换。搅拌头材料优选为高纯石墨，不与铝合金熔体发生反应。优选的，加入陶瓷增强体过程中的搅拌转速为300～800r/min，加入陶瓷增强体后的转速为800～2000r/min，有利于陶瓷增强体的加入和分散。

优选的，所述步骤E的具体步骤为：降低搅拌转速到200～300r/min，升高铝基复材熔体温度至700～720℃。向所述铝基复材熔体加入细化剂和变质剂，保温10-20min。上述细化剂和变质剂可以选用本领域常规的细化剂和变质剂，优选的细化剂为Al-5Ti-B，优选的变质剂为Al-10Sr，使用该细化剂和变质剂的效果更佳。

优选的，所述步骤F的具体步骤为：升高铝基复材熔体温度至730～750℃，将铝基复材熔体倒入预热温度为200～300℃的金属模具中，冷却成型，得到铝基复材铸锭。

优选的，上述步骤C至F均在带搅拌装置的真空感应熔炼炉中实现，炉腔内为真空状态，优选的气压值为10～50Pa。该气压值有利于铝合金熔体和陶瓷增强体中夹杂气体的排出，得到分散均匀、缺陷较少的铝基复材，同时放宽了制备环境高真空度的要求，降低生产成本。

本申请的有益效果是：

1.采用门槛低的铸造方法而不是浸渗或粉末冶金方法制备颗粒和纤维混杂增强的铝基复合材料，显著简化了制备工艺和降低生产成本，有利于其批量生产和大规模应用；

2.本申请的铝基复材制备方法，装料后一炉得到铝基复材的铸锭，不需要先制备铝合金基体，重新熔化后再制备复合材料，步骤简单；

3.本申请的铝基复材中，增强体可作为其他生成相的形核质点，多种生成相在增强体表面形核长大，大大增强了增强体和铝基体的界面结合，因此可以简化掉常规方案中陶瓷颗粒的高温预氧化工序和纤维的镀层等工艺，极大的节省能源，加快生产周期，降低生产成本；

4.本申请的该种强界面结合的耐高温耐磨铝基复材不含有贵重和稀有元素，保证材料的低成本，同时材料具有优异的高温性能和抗摩擦磨损性能。

附图说明

图1为本申请实施例2中铝基复材的金相组织图；

图2和图3为本申请实施例2中铝基复材微观组织中SiC/Al₂O₃-生成相-Al过渡结构的SEM图；

图4为本申请实施例2中铝基复材Al₂O₃纤维的EDS图；

图5为本申请实施例2中铝基复材的拉伸断口；

图6为本申请实施例2中铝基复材常温摩擦面的SEM图；

图7为本申请实施例2中铝基复材350℃摩擦面的SEM图。

实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。

实施例1

一种铝基复材，总质量5kg，其中：铝合金4250g，SiC颗粒700g，Al₂O₃纤维50g。铝合金包括按质量百分比计的以下组分：Si：10.21%，Cu：3.15%，Ni：2.12%，Mg：0.80%，Fe：0.30%，Mn：0.30%，Zr：0.20%，Ti：0.17%，Sr：0.12%，B：0.02%，余量为Al及不可避免的杂质。

制备过程：将Al-20Si中间合金、Al-50Cu中间合金、Al-10Ni中间合金、Al-20Fe中间合金、Al-10Mn中间合金、Al-10Zr中间合金和纯Mg放入带搅拌装置的真空感应熔炼炉坩埚中，坩埚下层放置中间合金和纯镁，上层放置纯铝。将混合后的SiC颗粒和Al₂O₃纤维放置在熔炼炉的二次加料装置中。抽真空至30Pa后熔炼炉温度升至750℃保温，待所有炉料全部熔化后，保温0.5h。降低铝合金熔体温度至570~600℃半固态温度区间，插入搅拌装置至铝合金液面以下，开启搅拌装置，转速为400r/min，通过二次加料装置向铝合金熔体中央漩涡处加入SiC（碳化硅）粉末和Al₂O₃（氧化铝）纤维。待加入完毕后，转速提高到800r/min，在570~590℃半固态温度区间继续搅拌1h。降低搅拌转速到300r/min，升高铝基复材温度至700~720℃。通过二次加料装置向所述熔体中加入Al-5Ti-B细化剂和Al-10Sr变质剂，保温20min。升高铝基复材温度至750℃，将金属液倒入预热温度为270℃的金属模具中，冷却成型，得到铝基复材铸锭。

本实施例制备的铝基复材在常温下拉伸强度为250-300MPa，延伸率1.0-1.9%，300℃保温20min的抗拉强度达到150~170MPa，350℃的抗拉强度达到130~150MPa。与Si₃N₄陶瓷球在5N载荷下的往复线性磨损测试中，磨损速度0.08m/s，磨损时间30min，常温磨损速率为5.29×10^-4±0.4 mm³/（N∙m），350℃磨损速率为20.2×10^-4±2.5mm³/（N∙m）。

实施例2

一种铝基复材，总质量5kg，其中：铝合金4Kg，SiC颗粒900g，Al₂O₃纤维100g。铝合金包括按质量百分比计的以下组分：Si：10.19%，Cu：3.19%，Ni：2.06%，Mg：0.81%，Fe：0.60%，Mn：0.55%，Zr：0.30%，Ti：0.21%，Sr：0.13%，B：0.02%，余量为Al及不可避免的杂质。

制备过程：将各种所需要的中间合金和纯Mg放入带搅拌装置的真空感应熔炼炉坩埚中，坩埚下层放置中间合金和纯镁，上层放置纯铝。将混合后的SiC颗粒和Al₂O₃纤维放置在熔炼炉的二次加料装置中。抽真空至30Pa后熔炼炉温度升至750℃保温，待所有炉料全部熔化后，保温0.5h。降低铝合金熔体温度至570~600℃半固态温度区间，插入搅拌装置至铝合金液面以下，开启搅拌装置，转速为500r/min，通过二次加料装置向铝合金熔体中央漩涡处加入SiC（碳化硅）粉末和Al₂O₃（氧化铝）纤维。待加入完毕后，转速提高到1500r/min，在570~590℃半固态温度区间继续搅拌1h。降低搅拌转速到300r/min，升高铝基复材温度至700~720℃。通过二次加料装置向所述熔体中加入Al-5Ti-B细化剂和Al-10Sr变质剂，保温20min。升高铝基复材温度至750℃，将金属液倒入预热温度为270℃的金属模具中，冷却成型，得到铝基复材铸锭。

本实施例制备的铝基复材在常温下拉伸强度为260-300MPa，延伸率0.8-1.5%，300℃保温20min的抗拉强度达到160~190MPa，350℃的抗拉强度达到140~160MPa。与Si₃N₄陶瓷球在5N载荷下的往复线性磨损测试中，磨损速度0.08m/s，磨损时间30min，常温磨损速率为3.52×10-4±0.18 mm³/（N∙m），350℃磨损速率为15.4×10^-4±1.0 mm³/（N∙m）。

图1为本实施例中铝基复材的金相组织图，从微观组织中可以看出，除SiC颗粒和Al₂O₃纤维外，微观组织中有明显的浅灰色生成相。生成相和增强体互相依附分布，组成网状结构分割包裹Al基体。制备的铝基复材中增强体分散均匀，没有明显的团聚现象，SiC/Al₂O₃与Al结合紧密，基本没有气孔。图2和图3中，使用能谱进行鉴别后，发现这些生成相包括Q-Al₅Cu₂Mg₈Si₆相、δ-Al₃CuNi相、ε-Al₃Ni相和α-Fe相。这些生成相和SiC颗粒以及Al₂O₃纤维组成三维网状结构，这种结构分割包裹α-Al基体，阻碍铝基体和位错的运动，对材料有很大的强化作用，提高材料的耐热稳定性，并且显著提高铝基复材的强度、硬度以及耐磨性。另外，生成相在SiC颗粒或Al₂O₃纤维上形核长大，形成明显的SiC/Al₂O₃-生成相-Al过渡结构，提高外加增强体与Al的结合力，这种过渡结构可以强化材料。图5为本实施例中铝基复材的拉伸断口图，可以看出增强体周围有生成相包裹，且界面结合紧密，在拉伸过程中没有出现界面分离。

图6、7分别为本实施例中铝基复材常温、350℃摩擦面额的SEM图；常温摩擦表面可看出明显的摩擦沟槽和磨屑以及材料的分层，常温磨擦的主要磨损机制是磨粒磨损和分层磨损。350℃磨擦表面摩擦沟槽较浅，磨粒较少，仅能看到部分区域发生分层现象，表明350℃磨擦的主要磨损机制是分层磨损，并且在摩擦过程中使材料不易脱落。

本实施例中铝基复材微观组织中存在多种生成相，包括δ相、ε相、Q相和α-Fe相，另外还有外加的微米级SiC颗粒和Al₂O₃纤维。这些生成相和SiC颗粒以及Al₂O₃纤维可以单独或协同提高材料的力学性能，提高材料的耐磨性，其中δ相、ε相和α-Fe相是高温稳定相，SiC颗粒和Al₂O₃纤维也在高温下保持稳定。ε相、α-Fe相和SiC颗粒是硬质相和硬质颗粒，在摩擦过程中不易磨损，可以作为摩擦支撑点，有效保护铝合金基体，提高材料的摩擦磨损性能。

本实施例的铝基复材的制备方法，采用半固态高速搅拌工艺制备颗粒和纤维混杂增强的铝基复合材料，大幅提高外加增强体的分散均匀性，减少团聚。同时还可以减少气体裹挟，极大地增强了SiC/Al₂O₃与Al基体的结合力。真空制备环境还可以减少杂质生成，提高制备的铝基复材性能。

实施例3

一种铝基复材，总质量5kg，其中：铝合金3750g，SiC颗粒1100g，Al₂O₃纤维150g。铝合金包括按质量百分比计的以下组分：Si：9.89%，Cu：3.08%，Ni：2.1%，Mg：0.83%，Fe：1.23%，Mn：1.07%，Zr：0.39%，Ti：0.24%，Sr：0.08%，B：0.02%，余量为Al及不可避免的杂质。

除材料配比不同外，制备方法与实施例1一致。

本实施例制备的铝基复材在常温下拉伸强度为260-290MPa，延伸率0.4-0.9%，300℃保温20min的抗拉强度达到150~180MPa，350℃的抗拉强度达到130~160MPa。与Si₃N₄陶瓷球在5N载荷下的往复线性磨损测试中，磨损速度0.08m/s，磨损时间30min，常温磨损速率为1.94×10^-4±0.09 mm³/（N∙m），350℃磨损速率为7×10^-4±1.5mm³/（N∙m）。

实施例4

一种铝基复材，总质量5kg，其中：铝合金4kg，SiC颗粒750g，Al₂O₃纤维250g。铝合金包括按质量百分比计的以下组分：Si：9.1%，Cu：6%，Ni：4%，Mg：0.5%，Fe：0.6%，Mn：0.55%，Zr：0.23%，Ti：0.18%，Sr：0.005%，B：0.005%，余量为Al及不可避免的杂质。

除材料配比不同外，制备方法与实施例1一致。

本实施例的力学性能和摩擦磨损试验结果类似于实施例1，具有良好的耐高温和耐磨性能。

实施例5

一种铝基复材，总质量5kg，其中：铝合金4Kg，Al₂O₃颗粒950g，Al₂O₃纤维50g。铝合金包括按质量百分比计的以下组分：Si：12%，Cu：3%，Ni：0.98%，Mg：1.0%，Fe：1.50%，Mn：1.50%，Zr：0.20%，Ti：0.17%，Sr：0.009%，B：0.008%，余量为Al及不可避免的杂质。

除材料配比不同外，制备方法与实施例2一致。

本实施例的力学性能和摩擦磨损试验结果类似于实施例2，具有良好的耐高温和耐磨性能。

实施例6

一种铝基复材，总质量5kg，其中：铝合金3750g，B₄C颗粒1150g，Al₂O₃纤维100g。铝合金包括按质量百分比计的以下组分：Si：12.8%，Cu：1%，Ni：2.88%，Mg：1.5%，Fe：0.58%，Mn：0.55%，Zr：0.49%，Ti：0.29%，Sr：0.02%，B：0.05%，余量为Al及不可避免的杂质。

除材料配比不同外，制备方法与实施例1一致。

力学性能和摩擦磨损试验结果类似于实施例1，具有良好的耐高温和耐磨性能。

对比例1

一种铝基复合材料，总质量5kg。铝合金基体采用4Kg国标A356合金，陶瓷增强体为1Kg的SiC颗粒。

除材料配比不同外，制备方法与实施例2一致。

本对比例制备的铝基复合材料在常温下拉伸强度为190-220MPa，延伸率1.5-2.0%，300℃保温20min的抗拉强度达到70~100MPa，350℃的抗拉强度达到50~80MPa。与Si3N4陶瓷球在5N载荷下的往复线性磨损测试中，磨损速度0.08m/s，磨损时间30min，常温磨损速率为8.74×10^-4±0.09 mm³/（N∙m），350℃磨损速率为17.56×10^-4±1.5mm³/（N∙m）。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种铝基复材，其特征在于，以铝基复材的总质量为基准，包括10%～30%质量分数的增强体，余量为铝合金；

其中，所述铝合金包括按质量百分比计的以下组分：Si：7~13%，Cu：1~6%，Ni：1~4%，Mg：0.5~1.5%，Fe：0.3~1.5%，Mn：0.3~1.5%，Zr：0.1~0.5%，Ti：0.02~0.3%，Sr：0.005~0.02%，B：0.005~0.1%，余量为Al及不可避免的杂质，其中Fe/Mn≤2；

所述增强体包括陶瓷颗粒和Al₂O₃纤维，所述陶瓷颗粒为SiC、B₄C、Al₂O₃颗粒中的至少一种，且所述陶瓷颗粒的粒径为8～20μm；所述Al₂O₃纤维的直径为5～10μm，长度≤200μm；

所述铝基复材的主要生成相包括Q相（Al₅Cu₂Mg₈Si₆）、δ相（Al₃CuNi）、ε相（Al₃Ni）、α-Fe相（Al₁₅(Mn, Fe)₃Si₂），上述四种生成相和硅组成三维网状结构；

所述铝基复材铸态300℃的抗拉强度≥150MPa，350℃的抗拉强度≥130MPa。

2.根据权利要求1所述的铝基复材，其特征在于，以铝基复材的总质量为基准，所述陶瓷颗粒的占比为15%～25%，所述Al₂O₃纤维的占比为1%～5%。

3.根据权利要求1所述的铝基复材，其特征在于，所述Al₂O₃纤维为72%或95%Al₂O₃，长度≤50μm。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的铝基复材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用搅拌铸造法将所述陶瓷颗粒和所述Al₂O₃纤维加入所述铝合金的液相中，然后通过真空铸造制成所述铝基复材的铸锭或零件。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

A、配制原料：以总重量为基准，配制铝合金成分原料，配制增强体原料；

B、增强体混合：将配制的增强体颗粒和纤维进行球磨混合均匀；

C、铝合金制备：装料后进行抽真空，将配制的铝合金成分原料在熔炼炉中熔化，得到铝合金熔体；

D、增强体加入：在搅动铝合金熔体的过程中，将步骤B的增强体原料加入铝合金熔体中，得到铝基复材的熔体；

E、变质细化：向所制得的铝基复材熔体中加入细化剂和变质剂；

F、浇铸：升高温度，将铝基复材熔体倒入预热的模具中，冷却成型，得到铝基复材的铸锭。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D在所述铝合金熔体的半固态温度区间进行，所述温度区间为铝合金基体固相线以上10~30℃，采取高速搅拌方式加入和分散所述增强体原料。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C-F，铝基复材的制备全程在真空熔炼炉和10~50Pa的真空度下完成，直至铝基复材铸件成型。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤D的具体步骤为：加入所述增强体的过程中搅拌转速为300～800r/min，加入所述增强体后搅拌转速为800～2000r/min。