[發明專利]一種可磨耗自潤滑鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111207230.1
• 申請日: 2021-10-15
• 公開（公告）號: CN114000012B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 陳冰清;孫兵兵;張國會;張強;趙梓鈞
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/10;B22F10/28;B22F9/08;B22F10/64;B33Y70/10;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 孟慶浩

本發明涉及一種可磨耗自潤滑鋁基復合材料及其制備方法，可應用于航空發動機密封結構的研制。采用中頻感應爐熔煉制備添加納米級六方氮化硼(h?BN)的鋁基復合材料鑄錠，通過氣霧化工藝制備h?BN增強鋁基復合材料粉末，并使用優化后的激光選區熔化工藝成形h?BN增強鋁基復合材料及其結構。制備的鋁基復合材料及其結構，具有可磨耗性，可在不損傷對磨零件的前提下，自身被磨損和刮削；而且，基體中分布的h?BN相具有良好的潤滑性能，在摩擦磨損過程中可作為潤滑劑，大幅降低復合材料摩擦系數。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，涉及一種可磨耗自潤滑鋁基復合材料及其制備方法，主要用于航空發動機密封結構的研制。

背景技術

某型進口飛機發動機在定期檢修時，發現其渦輪導向器密封圈出現局部磨損掉塊現象，導致封嚴效果變差造成漏氣損失，從而降低了發動機的燃油效率和工作性能。該部件材料是一種可磨耗自潤滑材料，長期依賴進口，供貨周期長，價格昂貴，易受貿易政策風險，配件供應不規律，導致大修時間延長，影響裝機使用。

此部件工作于發動機渦輪部位，通過導向器間接承受燃氣的氣動力、氣流脈動所造成的振動負荷，易產生局部磨損掉塊，導致內外氣流壓差難以實現密封圈彈性壓緊，因此必須更換新部件。而該部件是一種未知的添加陶瓷顆粒的鋁基復合材料，含有陶瓷成分，由于界面結合性差，很難通過熔焊或釬焊的焊接方式對零件進行修復。同時該材料脆性較大，機械切削性能差，目前國內尚無直接通過該材料毛坯加工成形零件的方法。

以往研究表明，在金屬基體中均勻分布納米級別的陶瓷顆粒可以對復合材料的各項性能起到顯著的增強效果。本發明針對上述零件技術需求，需要設計一種具有可磨耗自潤滑性能的納米氮化硼增強鋁基復合材料。那么，如何采取可行的技術途徑獲得納米氮化硼顆粒均勻分布的鋁基復合材料是一個難點。而直接采用納米級的六方氮化硼顆粒作為激光增材制造的原材料，在工藝上存在很大技術難點，無法實現順利的鋪粉以及成分精確控制。

發明內容

本發明的目的是：提供了一種可磨耗自潤滑鋁基復合材料及其制備方法，目的是提供一種納米級或亞納米級六方氮化硼增強的鋁基復合材料，并解決目前納米級的六方氮化硼顆粒無法作為激光增材制造原材料的技術問題。

為解決此技術問題，本發明的技術方案是：

一方面，提供一種可磨耗自潤滑鋁基復合材料，所述鋁基復合材料為純鋁或鋁基合金中均勻分布納米級或亞納米級六方氮化硼(h-BN)，其中納米級或亞納米級六方氮化硼質量占比10％～30％；所述鋁基復合材料密度為2.5～2.8g/cm³。

進一步地，所述納米級或亞納米級六方氮化硼質量占比10％～15％。

另一方面，提供一種可磨耗自潤滑鋁基復合材料的制備方法，所述制備方法首先制備添加納米級六方氮化硼的鋁基復合材料鑄錠，通過氣霧化工藝制備納米級六方氮化硼增強鋁基復合材料粉末，并使用優化后的激光選區熔化工藝成形納米級或亞納米級六方氮化硼增強鋁基復合材料。

所述制備方法步驟如下：

步驟一：鑄錠制備：采用中頻感應爐熔煉制備鋁基復合材料鑄錠，首先將純鋁或鋁基合金熔化，加入納米級六方氮化硼(h-BN)，采用攪拌器充分攪拌，最終凝固后制備出納米級或亞納米級h-BN陶瓷均勻分布的鋁基復合材料鑄錠；

步驟二：粉末制備：采用氣霧化制粉工藝將步驟一中的鑄錠制備成鋁基復合材料粉末，粉末要求外觀淺灰色；

步驟三：激光選區熔化成形：采用激光選區熔化成形方法制備六方氮化硼增強鋁基復合材料制件，工藝參數為：激光功率140W～180W，掃描速率500mm/s～900mm/s，層厚30μm～40μm，掃描間距0.12mm～0.14mm，制件經熒光和X射線檢測無裂紋和未熔合缺陷；

步驟四：熱處理：采用熱處理爐對制件進行熱處理，制度為270℃～290℃，保溫2h～3h，空冷，以消除內應力。