[發(fā)明專利]碳化硅顆粒增強鋁基復合材料、其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111387964.2
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114086037B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 蔣兆汝;李志友;羅任;曹柳絮;劉春軒;戴青松;謝屹;吳云;劉石亮;蘇新
• 申請（專利權）人: 湖南金天鋁業(yè)高科技股份有限公司;中南大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/05;C22C1/10;C22C32/00;B22F3/02;B22F3/10;B22F3/17;F16D65/12
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 張勇;劉伊旸

本申請涉及碳化硅顆粒增強鋁基復合材料、其制備方法及應用。該復合材料以SiC顆粒、Al?Si合金粉、Cu?Ni粉和Al粉為原料，通過混料、模壓成形、燒結、熱鍛得到，不僅具有較好的耐磨性，而且具有較好的高溫強度，應用在制動盤上，可避免制動過程中高溫導致的材料軟化，并且該復合材料導熱性好，可有效降低摩擦面溫升。

技術領域

本發(fā)明涉及復合材料技術領域，特別是涉及碳化硅顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

輕量化是實現(xiàn)汽車和其他交通車輛節(jié)能降耗最有效的手段之一。采用高性能輕金屬材料代替鋼鐵材料應用于交通裝備的發(fā)動機和制動盤等關鍵運動零部件，不僅可減輕整車重量，降低交通裝備高速運動部件的動量，更能顯著改善交通裝備的動力性能，同時降低能耗。

碳化硅顆粒增強鋁基復合材料密度低、比強度和比剛度高、熱導率高，并具有優(yōu)良的抗磨耐磨以及耐腐蝕性能，在輕量化結構件領域具有廣闊的應用前景，采用碳化硅顆粒增強鋁基復合材料替代傳統(tǒng)的制動盤材料，也成為目前交通車輛輕量化的主要研究方向，然而，其在交通車輛制動盤上的應用并不樂觀，這主要是由以下兩個問題造成：一是傳統(tǒng)的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料塑性和韌性較低，制動盤表面容易萌生熱疲勞裂紋；二是傳統(tǒng)的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的耐溫性能不佳，溫度超過400℃時，材料的強度就下降明顯。因此，尋找一種具有較好力學性能和耐溫性能的新型碳化硅顆粒增強鋁基復合材料成為當務之急。

發(fā)明內容

基于此，有必要提供一種高溫力學性能優(yōu)異的新型碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。

一種碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

提供以下原料：碳化硅顆粒，Al-Si合金粉，Cu-Ni粉和鋁粉，所述Al-Si合金粉中Si的質量含量為8％～20％，所述Cu-Ni粉中Ni的質量含量為0～20％；

將所述原料混合均勻后，依次進行模壓成形、燒結、熱鍛，得到所述碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。

在其中一個實施例中，以質量百分含量計，各原料組成如下：

在其中一個實施例中，所述Al-Si合金粉為Si的質量含量為12.1％的Al-Si共晶粉；以質量百分含量計，各原料組成如下：

在其中一個實施例中，所述碳化硅顆粒的粒度為20μm～50μm；所述Al-Si合金粉的粒度為-200目；所述Cu-Ni粉的平均粒度為10μm～20μm；所述鋁粉的粒度為10μm～15μm。

在其中一個實施例中，所述Al-Si合金粉中還含有總質量含量不大于2％的其它合金元素，所述其它合金元素選自Mg、Mn、Ti中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述模壓成形的單位壓制壓力為400MPa～500MPa，保壓時間3s～15s。

在其中一個實施例中，所述燒結的條件為：在保護性氣體氛圍中，以5℃/min～15℃/min的加熱速率先升溫至150℃～200℃，保溫45min～90min，再升溫至480℃～520℃，保溫45min～90min，最后以3℃/min～10℃/min的加熱速率升溫至550℃～570℃，保溫60min～120min，隨爐冷卻。

在其中一個實施例中，所述熱鍛的溫度為500℃～540℃，壓力為350MPa～500MPa，保壓時間為5s～15s。