[發明專利]一種NbCr2增強的鋁基復合材料

有效

• 申請號: 202110017310.4
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN114737086B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 聶小武
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/04;B22F3/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高速列車制動盤用輕質、高強、耐磨的鋁基復合材料，通過配料、混料、機械合金化和熱壓燒結等步驟制備而成。把NbCr₂作為有益的增強顆粒引入到鋁合金中的新思路，細化了合金組織，協同增強了合金的強度、韌性和耐磨性等性能。

技術領域

本發明涉及鋁基合金材料領域，具體的說，是涉及一種高強度鋁基復合材料。

背景技術

目前列車普遍采用鑄鋼、鑄鐵制動盤具有如下不足之處：密度大增大了簧下重量，容易熱疲勞裂紋并且裂紋容易擴展，造成制動盤存在安全隱患。隨著我國高速鐵路的快速發展，高速列車速度在200km/h以上，而輕量化是高速列車的關鍵技術之一，因此對制動盤的性能提出了更加嚴格的要求。目前CRH2型和CRH3型高速列車都采用鑄鋼制動盤，且都依賴于進口，國外公司對制動盤生產技術嚴格保密。因此加強制動盤基礎科學問題及制備工藝的研究，打破制動盤長期依賴進口的被動局面開發具有自主知識產權的制動盤是目前的當務之急，開發新型輕質高速列車用制動盤具有非常重要的工程價值。

NbCr₂合金具有1770℃的熔點、密度為7.7g/cm³,具有高硬度、高耐磨性特點。目前，選擇鋁基復合材料的增強相主要有SiC顆粒，將NbCr₂用作鋁合金的增強顆粒目前尚未見報道。中國專利“一種軸裝式 SiC 顆粒增強鋁基復合材料制動盤”（專利號：CN200510086696），采用SiC顆粒作為增強相，與本發明專利采用NbCr₂增強相的鋁基復合材料明顯不同。采用SiC作為增強顆粒，其強度得到了一定的提高，但其高溫強度提高的并不明顯，抗氧化、抗腐蝕性能沒有得到改善。

另外，目前顆粒增強鋁基復合材料的影響規律及機制還需要進一步揭示，關于改善鋁基復合材料強度及塑性的研究是當前國際上急需解決的世界難題。關于增強顆粒種類、含量及顆粒結構、尺寸、形狀、數量、分布對鋁合金強度和塑性的影響機制尚不明確。很多研究人員試圖在鋁合金中添加一定數量的增強體，以期獲得較好的綜合力學性能。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種高強度鋁基復合材料，該鋁基復合材料具有熔點高、低密度、高屈服強度和斷裂強度等性能。

本發明高強度鋁基復合材料的技術思想為：鋁合金低密度、有較高的強度、有良好的鑄造性能，良好的塑性性能。通過加入合適的增強顆粒，可以實現第二相顆粒強化及細化晶粒等的技術效果，進一步改善鋁合金的室溫和高溫綜合力學性能。NbCr₂具有熔點、高硬度、高耐磨性特點，是一種新型的增強顆粒。NbCr₂加入到鋁合金中，因其擴散速度慢而抑制鋁基體晶粒長大，在燒結過程中細化了合金組織，提高了合金的力學性能，顯著提高了合金高溫強度。

本發明加入適量的Mg可協同提高合金的力學性能，改善合金的加工性和耐腐蝕性能。

本發明加入適量的Si、Zn，可以改善合金的鑄造性能及耐磨性。

本發明加入少量的Cu、Mn，可以提高合金的高溫強度，改善鋁基體的力學性能。

本發明加入少量的Cr、Ti，可以細化晶粒、提高合金耐熱性。

本發明采用的技術方案是：一種高強度鋁基復合材料，其特征在于：所述鋁基復合材料含有下述重量百分比的組分：NbCr₂：5-10%，Mg：0.8-1.2%，Si：0.4-0.8%，Cu：0.15-0.4%，Mn： 0.15-0.18%，Zn：0.25-0.27%，Cr：0.04-0.35%，Ti：0.15-0.18%，Fe：≤0.7%，余量為Al及不可避免的雜質；

所述鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）配料：按照上述的重量百分比稱取相應量的NbCr₂粉、鎂粉、硅粉、銅粉、錳粉、鋅粉、鉻粉、鈦粉，進行配料；