[發(fā)明專利]碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料、其制備方法和應(yīng)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(shè)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(quán)）人: 湖南金天鋁業(yè)高科技股份有限公司;中南大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 張勇;劉伊?xí)D

本申請涉及碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料、其制備方法及應(yīng)用。該復(fù)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(jié)、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(yīng)用在制動盤上，可避免制動過程中高溫導(dǎo)致的材料軟化，并且該復(fù)合材料導(dǎo)熱性好，可有效降低摩擦面溫升。

技術(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

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(yīng)用于交通裝備的發(fā)動機和制動盤等關(guān)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(fù)合材料密度低、比強度和比剛度高、熱導(dǎo)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(jié)構(gòu)件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，采用碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)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(yīng)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(fù)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(fù)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(xué)性能和耐溫性能的新型碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容

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

一種碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)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(zhì)量含量為8％～20％，所述Cu-Ni粉中Ni的質(zhì)量含量為0～20％；

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

在其中一個實施例中，以質(zhì)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(zhì)量含量為12.1％的Al-Si共晶粉；以質(zhì)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(zhì)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(jié)的條件為：在保護(hù)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。