[發(fā)明專利]一種三維空間有序結構石墨/鋁復合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2015-10-26
• 公開（公告）號: CN105200261A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 葉喜蔥;吳彬彬;吳海華
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 蔣悅

技術領域

本發(fā)明屬于耐磨損材料制備領域。

背景技術

石墨材料具有很好的自潤滑性能，因此將石墨與鋁合金復合制得的復合材料能夠具有石墨很好的耐磨損性能，同時兼具鋁合金的力學性能。因此能夠應用于滑動軸承、汽車輪轂、汽車內燃機、液壓設備等等需要耐磨減摩的地方，應用范圍非常廣泛，具有廣闊的前景。目前國內外主要采用攪拌鑄造法、無壓力浸透法、擠壓鑄造法等工藝。傳統(tǒng)的混合鑄造法生產工藝生產出的產品雖然耐磨損性能得到提高，但是加入的大量石墨使復合材料的力學性能較原基體合金降低嚴重，存在力學性能和耐磨性能的不匹配問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明是提供一種解決石墨降低合金材料力學性能的三維空間有序結構石墨/鋁復合材料及其制備方法。

本發(fā)明通過以下方案予以實現：一種三維空間有序結構石墨/鋁復合材料，三維空間有序結構為石墨骨架結構，石墨骨架分為三個基礎層，三個基礎層分別由不同邊的石墨結構排布，再將這三個基礎層層層疊加在一起，形成蜂窩結構，然后循環(huán)疊加形成三維空間有序的石墨骨架，該復合材料由Al-Mg-Si合金澆注于石墨骨架而成。

Al-Mg-Si合金的原料為Al粉，Mg粉，Si粉，且，純度均大于99.0％；石墨的質量為鋁粉總質量的5％～10％，所述石墨的純度大于99.85％，顆粒粒度≤50μm。

本發(fā)明還提供一種三維空間有序結構石墨/鋁復合材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將Al粉、Mg粉、Si粉放在高頻感應熔煉爐中進行熔煉，獲得Al-Si-Mg合金，其中合金的成分范圍為Al-(5-9)Si-(0.2-0.5)Mg，進一步優(yōu)選為Al-7Si-0.35Mg；

2)將具有石墨粉料與粘結粉末混合，利用激光燒結3D打印機打印，粘結粉在激光的作用下熔化，將石墨粉粘結成所設計的三維空間有序結構的石墨骨架，骨架尺寸在0.3mm～0.5mm范圍內，將此石墨骨架放入石墨爐中進行石墨化，將石墨化的石墨骨架放入石墨模具中進行預熱處理，預熱溫為100～200℃，再將Al-(5-9)Si-(0.2-0.5)Mg合金放到熔煉爐中加熱到700℃，將合金液澆鑄到石墨模具內，隨后冷卻，即可得到三維空間有序結構石墨/鋁復合材料。

粘結粉末占打印粉體總重量的20～50％，粘接粉末由酚醛樹脂、改性劑、偶聯劑和固化劑混合制成，其中，改性劑為二氯丙醇，偶聯劑為硅烷，固化劑為復合多元氨。

本發(fā)明具有如下有益效果：

該方法通過在石墨骨架上直接澆鑄鋁合金液獲得石墨/鋁復合材料，石墨的預熱處理可以大大的提高石墨和鋁液的潤濕性，并通過對三維空間有序的石墨結構進行設計，合理分布石墨，減少相對表面的粗糙度和維持油膜，提高了復合材料的耐磨損性能，實驗得到兩種復合材料摩擦系數分別為0.15和0.145；同時合理設計的三維空間有序的骨架能夠保證復合材料的抗拉強度能達到基體材料的90％以上。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明進一步的說明：

圖1為實施例1的石墨骨架結構。

圖2為實施例2的石墨骨架結構。

圖3為實施例1中的石墨骨架制備的石墨/鋁材料結構示意圖，1為石墨骨架，2為鋁合金。

圖4為實施例2中的石墨骨架制備的石墨/鋁材料結構示意圖，1為石墨骨架，2為鋁合金。。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

實施例一

提供的Al、Mg粉、Si粉的原材料純度都大于99.0％。石墨的質量分數為鋁的5％～10％，所述石墨的純度大于99.85％，顆粒粒度≤50μm。