[發(fā)明專利]一種高硬度耐熱復(fù)合金屬材料及其成型方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410451118.6
• 申請(qǐng)日: 2014-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN104191731B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阮祎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波甬凌新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): B32B15/14
• 分類號(hào): B32B15/14;B32B19/00;B32B27/12;B32B33/00;B32B37/15;B32B37/02
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務(wù)所(普通合伙)51239
• 代理人: 劉華平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高硬度耐熱復(fù)合金屬材料，本發(fā)明還涉及一種高硬度耐熱復(fù)合金屬材料的成型方法，屬于金屬材料及制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

復(fù)合材料是一種混合物。在很多領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，代替了很多傳統(tǒng)的材料。復(fù)合材料按其組成分為金屬與金屬復(fù)合材料、非金屬與金屬復(fù)合材料、非金屬與非金屬復(fù)合材料。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為：①纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。將各種纖維增強(qiáng)體置于基體材料內(nèi)復(fù)合而成。如纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬等。②夾層復(fù)合材料。由性質(zhì)不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強(qiáng)度高、薄；芯材質(zhì)輕、強(qiáng)度低，但具有一定剛度和厚度。分為實(shí)心夾層和蜂窩夾層兩種。③細(xì)粒復(fù)合材料。將硬質(zhì)細(xì)粒均勻分布于基體中，如彌散強(qiáng)化合金、金屬陶瓷等。④混雜復(fù)合材料。由兩種或兩種以上增強(qiáng)相材料混雜于一種基體相材料中構(gòu)成。

金屬材料的應(yīng)用范圍極為廣泛，其中汽車制造中所用的金屬材料非常多，這其中金屬材料的強(qiáng)度和抗沖擊不夠是目前主要解決的一大因素。金屬模具在工業(yè)上常用，現(xiàn)有技術(shù)的模具制造方法是采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，要經(jīng)過下料、鍛坯、退火、初加工、精加工、淬火、回火、打磨、修模等十幾道工序完成，其中后工序的淬火工藝要求嚴(yán)格，其報(bào)廢率也較大，制造要一年時(shí)間才能夠完成，如果在最后的淬火工藝出現(xiàn)問題，如淬火溫度控制不好模具硬度達(dá)不到要求，或淬裂導(dǎo)致報(bào)廢，則損失重大。

與普通單增強(qiáng)相復(fù)合材料比，其沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性顯著提高，并具有特殊的熱膨脹性能。分為層內(nèi)混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內(nèi)/層間混雜和超混雜復(fù)合材料。復(fù)合材料60年代，為滿足航空航天等尖端技術(shù)所用材料的需要，先后研制和生產(chǎn)了以高性能纖維(如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等)為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料，其比強(qiáng)度大于4×106厘米(cm)，比模量大于4×108cm。為了與第一代玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料相區(qū)別，將這種復(fù)合材料稱為先進(jìn)復(fù)合材料。

按基體材料不同，先進(jìn)復(fù)合材料分為樹脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。其使用溫度分別達(dá)250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。先進(jìn)復(fù)合材料除作為結(jié)構(gòu)材料外，還可用作功能材料，如梯度復(fù)合材料(材料的化學(xué)和結(jié)晶學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復(fù)合材料)、機(jī)敏復(fù)合材料(具有感覺、處理和執(zhí)行功能，能適應(yīng)環(huán)境變化的功能復(fù)合材料)、仿生復(fù)合材料、隱身復(fù)合材料等。

目前，復(fù)合材料的強(qiáng)度均有一定的限制，使得強(qiáng)度較普通金屬材料比較弱，如何解決復(fù)合材料耐熱的同時(shí)，具有高強(qiáng)度的特性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高硬度耐熱復(fù)合金屬材料及其成型方法，具有質(zhì)量輕，耐熱和耐疲勞散熱性較好、抗壓性較強(qiáng)和超高的硬度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高硬度耐熱復(fù)合金屬材料，包括金屬材料層、無機(jī)纖維層和高分子材料層，金屬材料層為鋁鎂合金，無機(jī)纖維層為硼纖維，高分子材料層為合成樹脂，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：所述鋁鎂合金、硼纖維和合成樹脂占復(fù)合金屬材料主體質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：13％鋁鎂合金、27％硼纖維和合成樹脂60％，所述合成樹脂為酚醛樹脂、脲醛樹脂和環(huán)氧樹脂的混合物。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高硬度耐熱復(fù)合金屬材料的成型方法，包括金屬層熔化澆鑄、無機(jī)纖維層涂覆和高分子材料層覆蓋步驟，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：所述金屬層熔化澆鑄步驟采用四級(jí)加熱方式進(jìn)行金屬熔化。

進(jìn)一步的，具體步驟如下：

(1)先將鋁鎂合金進(jìn)行四級(jí)加熱方式進(jìn)行熔化，首先控制溫度為400～500℃進(jìn)行快速熔化，設(shè)置熔化時(shí)間為0.5～1h，接著升溫至500～750℃繼續(xù)熔化0.2～0.3h，然后保溫0.3～0.5h后繼續(xù)升溫至750～1000℃，控制熔化時(shí)間0.5～1h，最后升溫至1000～1550℃，控制融化時(shí)間為1～1.2h。

(2)熔化結(jié)束后，按照常規(guī)澆鑄工藝進(jìn)行澆鑄完成，放入冷水中放置3～8s后，立即進(jìn)行涂覆無機(jī)纖維層，控制涂覆的厚度為2～5cm。

(3)無機(jī)纖維層涂覆完成未干時(shí)，將預(yù)先按照常規(guī)工藝制得的高分子材料層覆蓋在有粘性的無機(jī)纖維層上，風(fēng)干即可。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中放入冷水中的放置時(shí)間為5s。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中的無機(jī)纖維層的涂覆厚度為3cm。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明的高硬度耐熱復(fù)合金屬材料，選13％鋁鎂合金、27％硼纖維和60％合成樹脂的合適的質(zhì)量百分比，具有質(zhì)量輕，耐熱和耐疲勞的特點(diǎn)。