一種新型高導(dǎo)電高耐磨鋁基復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)電高耐磨鉛基復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉛及其合金由于具有較低的密度，優(yōu)良的耐蝕、鑄造性能和加工性能，還具有耐核 福射的性能，成為目前除了鋼鐵材料之外應(yīng)用最為廣泛的金屬材料，是經(jīng)濟發(fā)展的重要基 礎(chǔ)原材料，但鉛或鉛合金的強度、模量及高溫和耐磨性能較差，在一定程度上限制了其應(yīng)用 發(fā)展。通過向鉛或鉛合金基體中引入增強體，能夠在保持基體材料初性的同時提高其室溫 和高溫屈服及抗拉強度，提高疲勞強度、彈性模量、耐磨性等性能，降低基體材料的熱膨脹 系數(shù)，很大程度上彌補鉛及其合金性能的不足。
[0003] 傳統(tǒng)的鉛基復(fù)合材料常采用SiC、Al2〇3、Si3N4等顆粒及晶須作為增強體，送些硬質(zhì) 顆粒或晶須本身具有高強耐磨的特點，因此添加送些硬質(zhì)顆粒既可W強化基體，又可W提 高材料的摩擦磨損性能。但是，送些增強體材料的導(dǎo)電性能很差，增強體含量較高時會使 鉛基復(fù)合材料的導(dǎo)電性能發(fā)生較大程度的下降，復(fù)合材料不能兼?zhèn)涓邔?dǎo)電與高耐摩性能。 TizAlC是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的H元化合物晶體，在TizAlC的晶體單胞中，緊密堆積的Ti八 面體層被A1原子平面層分隔，Ti原子和A1原子平面之間的結(jié)合力較弱，送種結(jié)合與石墨 層結(jié)構(gòu)間的范得華力弱鍵結(jié)合非常相似。送種特殊的層狀結(jié)構(gòu)使TizAlC既具有陶瓷材料 的高烙點和高熱穩(wěn)定性，良好的抗氧化性及低的熱膨脹性能；又像金屬一樣，具有良好的導(dǎo) 電、導(dǎo)熱性，還具有良好的自潤滑性能。TizAlC的耐磨損性能優(yōu)于B4C、目-B和目-BN，磨損 吸收功高于SiC、TiC、ZrC、WC等材料，并且隨磨損循環(huán)周次增加，其抗磨損性能的下降低于 SiC、TiC、ZrC、WC、Al2化等材料。因此，與其他增強體材料相比，添加TizAlC既能夠提高鉛 基體的強度、硬度和熱膨脹穩(wěn)定性，又能夠同時獲得優(yōu)良的導(dǎo)電和耐磨性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在通過選用導(dǎo)電和耐磨性能優(yōu)異的TizAlC新型增強體顆粒，解決W往鉛 基復(fù)合材料的導(dǎo)電性和耐磨性不能兼?zhèn)涞牟蛔?，從而提供一種新型的高導(dǎo)電高耐磨的顆粒 增強鉛基復(fù)合材料。
[0005] -種新型導(dǎo)高電高耐磨鉛基復(fù)合材料，其制備過程如下：
[0006] (1)選用粒徑為1~15ym的TizAlC粉末，按照TizAlC增強體體積含量15~50% 稱量所需TizAlC粉末；
[0007] 似將稱量好的TizAlC粉末采用半濕法冷壓成型制備TizAlC增強體預(yù)制塊，為防 止在擠壓鑄造過程中發(fā)生破裂，將預(yù)制塊套入鋼套中W起到保護作用。
[000引 做將預(yù)制塊放入模具在加熱套中預(yù)熱至400~600°C保溫1~化；同時，鉛液加 熱至80(TC并保溫化W上待用，將烙融鉛液倒入模具中，先加壓0. 5~5M化進(jìn)行滲透，再進(jìn) 行6~20MI^a保壓1~15min，脫模制得TizAlCp/Al復(fù)合材料。
[0009] 所述的復(fù)合材料采用純A1作為基體。
[0010] 本發(fā)明的突出特點和有益效果在于：
[0011] 1、所述復(fù)合材料制備工藝簡單，成本低，周期快，可W根據(jù)實際需要控制增強體含 量。
[0012] 2、所制備的高導(dǎo)電高耐磨鉛基復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)良，40vol%TizAlCp/Al復(fù)合 材料的室溫抗拉強度> 260MPa，復(fù)合材料中TizAlC顆粒本身具有的自潤滑性能降低了復(fù)合 材料的摩擦系數(shù)，其高導(dǎo)電性提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，因此本發(fā)明具有廣闊的應(yīng)用前 島
【具體實施方式】[001引 實施例1
[0014] 20vol%TizAlCp/Al復(fù)合材料的制備
[0015] 步驟一選用粒徑為1~15ym的TizAlC粉末，按照TizAlC增強體體積含量20% 計算并稱量所需TizAlC粉末及A1粉；
[0016] 步驟二將稱量好的TizAlC粉末采用半濕法冷壓成型制備TizAlC增強體預(yù)制塊，為 防止在擠壓鑄造過程中發(fā)生破裂，將預(yù)制塊套入鋼套中W起到保護作用；
[0017] 步驟H將預(yù)制塊放入模具在加熱套中預(yù)熱至400~60(TC保溫1~化；同時，鉛液 加熱至80(TC并保溫化W上，將烙融鉛液倒入模具中，先加壓0. 5~5M化進(jìn)行滲透，再進(jìn)行 6~20MI^a保壓1~15min，脫模制得TizAlCp/Al復(fù)合材料。
[001引 實施例2
[0019] 40vol%TizAlCp/Al復(fù)合材料的制備
[0020] 本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，步驟一選用粒徑為1~15Um的TizAlC 粉末，按照TizAlC增強體體積含量40%計算并稱量所需TizAlC粉末。其他與具體實施方 式一相同。
[0021] 表1給出了本發(fā)明的復(fù)合材料的室溫力學(xué)、電學(xué)性能。
[0022] 本發(fā)明的復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)良，導(dǎo)電和耐磨性能非常優(yōu)異。40vol%TizAlCp/ A1復(fù)合材料的室溫（20°C)電導(dǎo)率為7.lOMS/m，明顯高于高體積分?jǐn)?shù)（含量55-65% ) 的SiC/Al復(fù)合材料的電導(dǎo)率（3. 38-4. 42MS/m)。純A1的室溫磨損率為102. 9X104mmV (N?m);而20vol%TizAlCp/Al復(fù)合材料的體積磨損率為15. 5X104mmV(N.m)，與純A1相 比降低了 85%，只有純A1的1/7;而40vol%TizAlCp/Al復(fù)合材料的體積磨損率更是達(dá)到 8.16X10 4mmV(N?m)，與純Al相比降低了92%，僅為純Al的l/13。20vol%Ti2AlCp/Al復(fù) 合材料的穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)為0. 4左右，而40vol%TizAlCp/Al復(fù)合材料的穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)為0. 3 左右，均比純A1低。
[0023]表1
[0024]
【主權(quán)項】
1. 一種新型高導(dǎo)電高耐磨鋁基復(fù)合材料，其特征在于包括以下步驟： (1) 選用粒徑為1~15ym的Ti2AlC粉末，按照Ti2AlC增強體體積含量15~50%稱 量所需Ti2AlC粉末； (2) 將稱量好的Ti2AlC粉末采用半濕法冷壓成型制備成Ti2AlC增強體預(yù)制塊，為防止 在擠壓鑄造過程中發(fā)生破裂，將預(yù)制塊套入鋼套中以起到保護作用； (3) 將預(yù)制塊放入模具在加熱套中預(yù)熱至400~600°C保溫1~2h;同時，鋁液加熱 至800°C并保溫至完全熔化，將熔融鋁液倒入模具中，先加壓0. 5~5MPa滲透，再進(jìn)行6~ 20MPa保壓1~15min，脫模制得Ti2AlCpAl復(fù)合材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電耐磨鋁基復(fù)合材料，其特征在于： Ti2AlC增強體顆粒的粒徑為1~15iim，體積含量15~50 %。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電耐磨鋁基復(fù)合材料，其特征在于： Ti2AlC增強體預(yù)制塊采用半濕法制備。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電耐磨鋁基復(fù)合材料，其特征在于： Ti2AlC增強體預(yù)制塊的預(yù)熱溫度為400~600°C，保溫1~2h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電耐磨鋁基復(fù)合材料，其特征在于： Ti2AKVAl復(fù)合材料的制備采用擠壓鑄造方法，并采用兩步法加壓，先加壓0. 5~5MPa進(jìn)行滲透，再進(jìn)行6~20MPa保壓1~15min。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型高導(dǎo)電高耐磨鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明利用了Ti2AlC三元化合物優(yōu)良的導(dǎo)電和耐磨性能，制備出了一種新型的Ti2AlCp/Al導(dǎo)電耐磨鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明的制備過程包括以下步驟：1)采用半濕法冷壓成型制備Ti2AlC增強體預(yù)制塊；2)將預(yù)制塊放入模具中進(jìn)行預(yù)熱；3)采用擠壓鑄造制備鋁基復(fù)合材料。采用本發(fā)明的方法制備的鋁基復(fù)合材料工藝簡單，避免了預(yù)制塊制備時粘結(jié)劑篩選的繁雜過程，制備出的復(fù)合材料組織致密，導(dǎo)電性能很好，摩擦系數(shù)低，耐磨性好。
【IPC分類】C22C1/02, C22C21/00, C22C1/10
【公開號】CN105200252
【申請?zhí)枴緾N201410293514
【發(fā)明人】張東方, 李惠, 李宜彬, 張新疆, 張璟偉
【申請人】江蘇朗億新材料有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年6月24日