[發明專利]一種提高鋁基復合材料干摩擦磨損性能的方法

有效

• 申請號: 201811286124.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109385552B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 張學習;錢明芳;耿林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02;C22C21/00;B22D17/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張金珠

一種提高鋁基復合材料干摩擦磨損性能的方法，屬于鋁基復合材料技術領域。本發明針對碳納米管難以在鋁基體中均勻分散和碳納米管與鋁基體界面結合弱的技術難點。本發明方法：一、利用稱取碳納米管和碳化硅晶須的質量；二、碳納米管表面鍍鎳置于無水乙醇中，超聲分散，懸濁液A；三、碳化硅晶須酸洗后放入蒸餾水中，超聲分散，懸濁液B；四、懸濁液A滴入懸濁液B中，倒入粘結劑，壓制預制塊；五、放入擠壓鑄造模具中，加熱保溫，澆鑄熔融態鋁合金，密封，二級加壓，保壓冷卻后退模；六、熱擠壓；七、熱處理。本發明提高鋁基復合材料的干摩擦磨損性能。

技術領域

本發明屬于鋁基復合材料技術領域；具體涉及一種提高鋁基復合材料干摩擦磨損性能的方法。

背景技術

隨著航空航天、軌道運輸和汽車工業等行業的高速發展，對輕質高強耐磨的多功能材料的需求越來越明顯。碳化硅晶須增強的鋁基復合材料由于其耐磨性好且密度低、熱導率高、膨脹系數低等特點而得到廣泛的研究和應用。然而，隨著對材料耐磨性能的日益提高，單一碳化硅晶須增強的鋁基復合材料已無法滿足要求，目前，國內外主要采用兩種或兩種以上增強相混雜增強的方式來提高材料的耐磨性能。

碳納米管自1991年發現以來，碳納米管因其超高強度、模量和熱導率等而得到廣泛關注，被認為是一種理想的增強體材料。碳納米管本身具有自潤滑性，在鋁基體中的均勻分布有利于降低復合材料的磨損率和摩擦系數。研究發現，復合材料的耐磨性隨著碳納米管的增加呈現上升趨勢，但是當繼續增加碳納米管含量導致碳納米管出現團聚時，耐磨性能急劇下降。另一方面，研究發現碳納米管增強鋁基復合材料的耐磨性能存在臨界載荷：小于臨界載荷時，復合材料的磨損率、摩擦系數明顯低于基體合金；而當高于臨界載荷時，復合材料的磨損率、摩擦系數急劇增加，并且高于基體合金。這種現象出現的原因在于載荷較小時，碳納米管的存在起到很好的潤滑作用，而隨著載荷的增加，由于碳納米管與鋁基體潤濕性差而導致的界面結合弱的問題使得碳納米管快速從鋁合金中脫粘，使得潤滑作用減弱，并且復合材料還出現了大量的次表層斷裂和剝落現象。因此，碳納米管在鋁基體中的分散性和兩者之間的界面結合狀態是影響復合材料耐磨性的兩大因素。

發明內容

針對碳納米管難以在鋁基體中均勻分散和碳納米管與鋁基體界面結合弱的技術難點，采用化學鍍鎳法在碳納米管表面鍍上鎳層，并采用擠壓鑄造的辦法制備鎳包覆碳納米管和碳化硅晶須混雜增強的鋁基復合材料，并對其進行熱擠壓和時效熱處理進一步提高致密度和改善材料的硬度和強度，最終提高鋁基復合材料的干摩擦磨損性能。

本發明中提高鋁基復合材料干摩擦磨損性能的方法是按下述步驟完成的：

步驟一、按照設計的體積分數分別稱取所需的碳納米管和碳化硅晶須的質量，計算公式均為其中V_pre為所設計的預制塊體積，為所設計的碳納米管或碳化硅晶須的體積分數，ρ為所設計的碳納米管或碳化硅晶須的密度，其中V_pre的單位為cm³，ρ的單位為g/cm³，碳納米管的密度為1.3g/cm³，碳化硅晶須的密度為3.2g/cm³，m單位為g；

步驟二、將步驟一稱取的碳納米管表面鍍鎳，置于無水乙醇中，超聲分散，懸濁液A；

步驟三、將步驟一稱取的碳化硅晶須酸洗，然后放入蒸餾水中，超聲分散至懸濁狀態，懸濁液B；

步驟四、邊超聲分散邊將懸濁液A滴入懸濁液B中，混合完畢后倒入粘結劑，繼續超聲分散，隨后水浴加熱下機械攪拌至均勻，再倒入模具中，放置，去除上層液體，當表面無多余液體時，壓模壓制，常溫陰干，干燥，分階段真空燒結，隨爐冷卻，得到預制塊；

步驟五、將模具放入底部墊有石墨墊片的擠壓鑄造模具中，加熱550-570℃，保溫，熔融態鋁合金澆鑄到模具中，密封模具后施加壓力，二級加壓，冷卻后保壓退模；

步驟六、然后砂紙打磨，乙醇清洗后烘干，熱擠壓；