[發(fā)明專利]仿珍珠層結構基體的顆粒增強金屬基復合材料及制備方法

有效

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• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109396188B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 怯喜周;黃爍銘;趙玉濤;陳剛;許曉靜
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B21B1/38
• 分類號: B21B1/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及金屬基復合材料技術領域，具體是仿珍珠層結構基體的顆粒增強金屬基復合材料及制備方法。本發(fā)明采用致密化溫度低且可控的累積疊扎技術，先將表面均勻吸附納米相的微米陶瓷增強體顆粒涂覆于金屬薄片的表面，然后堆疊鉚接獲得復合板并進行相應的處理，最后通過低溫的累積疊軋技術實現(xiàn)復合板的致密化和增強體在基體中的均勻分布。通過軋制道次和軋制溫度的控制，獲得疊層尺度和界面結構可控的基體為仿珍珠層結構的高強韌、多功能顆粒增強體金屬基復合材料。

技術領域

本發(fā)明涉及金屬基復合材料技術領域，具體是仿珍珠層結構基體的顆粒增強金屬基復合材料及制備方法。

背景技術

顆粒增強金屬基復合材料(PRMMCs)具有高比強度、比模量以及高導熱、低膨脹、高耐磨、中子吸收等功能，在航空、航天、汽車、機械、電子和核工業(yè)等領域得到了廣泛的應用。然而，PRMMCs由于高強度、高模量、多功能的微米級陶瓷增強體顆粒的引入，使復合材料在服役過程中極易產(chǎn)生應力集中、導致裂紋產(chǎn)生并快速擴展，顯著降低塑韌性、使其成形性能和服役安全性受限。

反觀自然，“適者生存”的法則使自然界中許多生物材料演變出近乎完美的結構與性能。以貝殼珍珠層為例：其是由95vol.％碳酸鈣(文石片)和5vol.％有機質組成，碳酸鈣以多層疊合的形式排列，有機質填充在層間，形成“磚-泥”結構，這種結構能對文石片在力作用下產(chǎn)生的裂紋進行偏轉、橋接和鈍化，從而使貝殼珍珠層與單一文石片相比，韌性提高了約2～3個數(shù)量級。因此，以高性能的碳納米增強相(如：氧化石墨烯(GrO)、石墨烯(Gr)、碳納米管(CNT)、納米碳纖維)為“磚”引入PRMMCs的基體中，獲得基體為仿珍珠層結構的PRMMCs，是獲得高強韌的結構功能一體化PRMMCs的重要途徑。然而，在復合材料的實際制備過程中，鋁、鎂、鈦等金屬與碳納米增強相復合致密化的溫度通常超過了其反應溫度，致使復合材料在高溫致密化過程中反應生成脆性的Al₄C₃相，且疊層尺度控制困難(如技術文獻：ZL102703742B、ZL106541135A)，使碳納米增強相的強化和韌化效用難以發(fā)揮，成為制備基體為仿珍珠層結構的PRMMCs的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術中，復合材料的疊層尺度和界面結構無法控制的不足，提供一種疊層尺度和界面結構可控的基體為仿珍珠層結構的PRMMCs及其制備方法，解決了已有技術致密化溫度高導致的界面反應和疊層尺度控制困難的問題。同時，本技術的復合材料致密化溫度低、成形過程中形變量大、易于規(guī)模化制備的優(yōu)點，也使金屬基體的晶粒更加細小，甚至達到超細晶、納米晶尺度，碳納米增強相和微米陶瓷增強體分布更加均勻。從而，本發(fā)明專利是在查閱已有技術文獻并克服其技術瓶頸的基礎上，基于結構和原理仿生理念發(fā)展的疊層尺度和界面結構可控的基體為仿珍珠層結構的高強韌、多功能PRMMCs及其制備方法。

本發(fā)明采用致密化溫度低且可控的累積疊軋技術，先將表面均勻吸附納米相的微米陶瓷增強體顆粒涂覆于金屬薄片的表面，然后堆疊鉚接獲得復合板并進行相應的處理，最后通過低溫的累積疊軋技術實現(xiàn)復合板的致密化和增強體在基體中的均勻分布。通過軋制道次和軋制溫度的控制，獲得疊層尺度和界面結構可控的基體為仿珍珠層結構的高強韌、多功能顆粒增強體金屬基復合材料。

本發(fā)明所采取的具體技術方案是：

一種基體為仿珍珠層結構的顆粒增強金屬基復合材料的制備方法，其特征是：將表面均勻吸附納米相的微米陶瓷增強體顆粒均勻涂覆于金屬薄片的表面，烘干后將被涂覆的金屬薄片堆疊鉚接獲得復合板并進行相應的處理，最后通過低溫的累積疊軋技術實現(xiàn)復合板的致密化和增強體在基體中的均勻分布，獲得疊層尺度和界面結構可控的基體為仿珍珠層結構的PRMMCs；其中疊層厚度為0.2nm～500μm可調，界面可選擇性實現(xiàn)冶金結合、冶金-機械過度結合和機械結合三種方式，以獲得高強高韌的基體為仿珍珠層結構的顆粒增強金屬基復合材料。