[發明專利]一種具有多層次梯度結構的功能梯度鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711063089.6
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107805728B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 郁保峰
• 申請（專利權）人: 武漢酷睿科技有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C32/00;C22C21/00;B22F7/02;B22F1/00;B22F3/02;B22F3/105;B22F3/24
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務所(普通合伙) 11818
• 代理人: 王振佳

1.一種具有多層次梯度結構的功能梯度鋁基復合材料，其特征在于，包括變形鋁合金層和鋁基復合材料層，所述鋁基復合材料層以析出強化類鋁合金為基體，以碳化硼為增強相，所述鋁基復合材料層有多層，每層鋁基復合材料層中碳化硼的含量不同，且碳化硼的含量梯度增加，每層碳化硼的含量低于對應鋁基復合材料層質量的20％；

所述鋁基復合材料層有兩層，分別為第一鋁基復合材料層和第二鋁基復合材料層，所述第二鋁基復合材料層中碳化硼的含量高于第一鋁基復合材料層中碳化硼的含量，所述第一鋁基復合材料層在第二鋁基復合材料層和變形鋁合金層之間，所述變形鋁合金層、第一鋁基復合材料層和第二鋁基復合材料層的厚度比例為1:1:1、2:1:1、2:2:1或3:2:1；

所述析出強化類鋁合金為2024鋁合金，顆粒尺寸為100目～300目；

所述碳化硼的純度≥99％，顆粒尺寸為4μm；

上述具有多層次梯度結構的功能梯度鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.設計梯度結構，并根據梯度結構稱取各鋁基復合材料層所需的析出強化類鋁合金粉末和碳化硼粉末，以及變形鋁合金層所需要的變形鋁合金粉末；

S2.將步驟S1稱取的析出強化類鋁合金粉末和碳化硼粉末按照不同鋁基復合材料層所需的析出強化類鋁合金粉末和碳化硼粉末進行二維混料得到不同鋁基復合材料層的復合粉末；

S3.將不同鋁基復合材料層的復合粉末以及變形鋁合金粉末分別進行冷壓，得到不同鋁基復合材料層的半致密化冷壓粉料坯體和變形鋁合金冷壓粉料坯體；

S4.將步驟S3得到的不同鋁基復合材料層的半致密化的冷壓粉料坯體按照梯度結構進行鋪層，所述變形鋁合金冷壓粉料坯體鋪在最底層，得到預制坯，并將預制坯裝入模具中；

S5.對模具中的預制坯進行表面活化和燒結，去除模具，并進行固溶處理，即得到具有多層次梯度結構的功能梯度鋁基復合材料；

所述步驟S2中，將析出強化類鋁合金、碳化硼和氧化鋯小球一起加入混料瓶中，析出強化類鋁合金和碳化硼的質量之和與氧化鋯小球的質量比為3:1，室溫下在輕型球磨機上進行二維混料24h；

采用上述方法制備的功能梯度鋁基復合材料的平均抗彎強度≥1130MPa，塑性≥20％。

2.根據權利要求1所述的具有多層次梯度結構的功能梯度鋁基復合材料，其特征在于，所述步驟S3中，冷壓的壓力為20～50MPa，保壓時間為8～10min。

3.根據權利要求1所述的具有多層次梯度結構的功能梯度鋁基復合材料，其特征在于，所述步驟S5中，表面活化的活化時間為30～40s，電壓為10～30kV，電流為50～150A。

4.根據權利要求1所述的具有多層次梯度結構的功能梯度鋁基復合材料，其特征在于，所述步驟S5中，燒結利用粉末冶金法，所述粉末冶金法采用電場輔助燒結技術，在等離子活化燒結爐中進行，升溫速率為50～150℃/min，燒結溫度為500℃～540℃，保溫時間1～5min，燒結壓力為10MPa～30MPa，真空度保持低于10Pa。

5.根據權利要求1所述的具有多層次梯度結構的功能梯度鋁基復合材料，其特征在于，所述步驟S5中，固溶處理為在480℃～500℃下保溫1～3h，之后立即進行水淬。