[發明專利]一種鈦鋁碳顆粒增強鋅鋁基復合材料及其熱壓燒結制備方法

有效

• 申請號: 201310520702.8
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103555982A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 周洋;鄭涌;李海燕;陳晨;李世波;李翠偉;黃振鶯;翟洪祥
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C18/00;C22C18/04;C22C32/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料及其制備領域，特別涉及一種鈦鋁碳顆粒增強鋅鋁基復合材料及其熱壓燒結制備方法。

背景技術

鋅鋁合金（ZA8、ZA12、ZA22、ZA27等合金系列）具有優良的力學性能、鑄造性能、機械加工性能及摩擦磨損性能，同時原材料成本低、熔化能耗小，現已在很多場合成功地替代青銅、黃銅、鋁合金等材料，在軸承、軸套、軸瓦等耐磨密封件方面得到了廣泛的應用。但由于鋅的熔點低（419.5℃），使得鋅鋁合金的共晶溫度低，凝固區間大，實際固相點大致在380℃左右，因而合金只能在低于100℃的情況下使用，在100℃以上時其抗拉強度和蠕變強度顯著降低。而在實際摩擦磨損過程中，由于潤滑不良及高速運轉，摩擦副的溫升有時高達150℃甚至200℃以上，這顯然會嚴重惡化鋅鋁合金的使用性能，使其應用范圍和使用壽命受到很大的限制。

為了提高鋅鋁合金的使用溫度和性能，滿足苛刻條件下的使用需求，從上世紀80年代開始，發展了多種以陶瓷顆粒、晶須或纖維為增強相的鋅鋁基復合材料，改善了鋅鋁合金的高溫力學性能，也同時提高了材料的室溫強度和耐磨性，并降低了鋅鋁合金過高的熱膨脹系數。其中顆粒增強鋅鋁基復合材料工藝簡單、成本較低，是鋅鋁基復合材料研究與開發的重點。目前用于強化鋅鋁合金的陶瓷顆粒增強相包括氧化鋁、碳化硅、碳化鈦、硅以及石墨等。復合材料制備工藝有熔體攪拌鑄造法、噴射成型法、粉末熱鍛法、疊層復合法和原位生成復合法等。例如發明專利“噴射沉積納米顆粒增強鋅基復合材料及其制備方法”（申請號201010557276.1）采用噴射沉積技術制備了納米碳化鈦顆粒增強的鋅鋁基復合材料；發明專利“一種硅顆粒增強鋅基復合材料的制備方法”（申請號200810155784.X）采用熔體澆注法制備了硅顆粒增強的鋅基復合材料；發明專利“一種陶瓷粉末增強鋅鋁合金基復合材料的制備方法”（申請號201110341289.X）采用粉末熱鍛法制備了碳化硅、氧化鋁、氧化鋯等陶瓷顆粒增強的鋅鋁基復合材料；發明專利“原位顆粒增強鋅基復合材料的制備方法”（申請號200710020458.3）采用熔體澆注法制備了Al₂O₃、TiB₂+Al₃Ti等陶瓷顆粒原位增強的鋅鋁基復合材料；發明專利“鈦酸鉀晶須增強鋅鋁合金復合材料及其制造方法”（申請號98113701.6）采用熔體擠壓復合法制備了鈦酸鉀晶須增強的鋅鋁基復合材料。

然而到目前為止，鋅鋁基復合材料仍處于研究開發階段，遠未達到工業化生產應用程度，其主要原因在于復合材料中所用的這些顆粒增強相與合金基體之間潤濕性差、顆粒表面易于吸附氣體導致材料內部產生缺陷、以及顆粒與基體之間因熱膨脹系數差異大而造成界面脫開等，這些問題導致顆粒在基體中的割裂作用明顯，增強效果被削弱，從而顯著影響了鋅鋁基復合材料的推廣應用。為突破鋅鋁基復合材料發展的這一瓶頸，尋找更為適合的顆粒增強相無疑是一條行之有效的途徑。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種鈦鋁碳顆粒增強鋅鋁基復合材料，該材料中顆粒增強相分布均勻，基體與增強相之間結合緊密，缺陷少，具有良好的物理性能和力學性能。

本發明要解決的第二個技術問題是提供一種鈦鋁碳顆粒增強鋅鋁基復合材料的熱壓燒結制備方法。

為解決上述第一個技術問題，本發明采用的技術方案是提供一種鈦鋁碳顆粒增強鋅鋁基復合材料，所述復合材料包含如下體積百分數的原料：5～50%鈦鋁碳，余量為鋅鋁合金。

優選地，所述鈦鋁碳為粒度在0.5～20μm的顆粒，其純度大于90%；所述鋅鋁合金為粒度100～400目的粉末。

為解決上述第二個技術問題，本發明提供了該鈦鋁碳顆粒增強鋅鋁基復合材料的熱壓燒結制備方法，該方法包括如下步驟：

1)將鈦鋁碳粉和鋅鋁合金粉稱量配料；

2)將步驟1)稱量的兩種粉球磨混合6～48小時；

3)將步驟2)的混合粉末放入模具中，進行熱壓燒結，得到鈦鋁碳顆粒增強鋅鋁基復合材料。

優選地，步驟2)所述球磨采用滾筒球磨法。

優選地，步驟3)所述模具為石墨模具。

優選地，步驟3)所述熱壓燒結的條件為：在真空、氮氣或氬氣氣氛保護下，以10～40℃/min的升溫速率升至430～500℃，在10～30MPa壓強下，熱壓燒結0.5～3小時。