一种AlMgB14/Si复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种AlMgB14/Si复合材料及其制备方法。该复合材料采用放电等离子烧结法制备而成。首先，将5~45 wt.% Si与55～95wt.% AlMgB14经机械球磨混合均匀后放入石墨模具中，再将整套模具装置置于等离子烧结炉中加热、加压烧结成块体材料。该制备方法烧结速度快，能够有效抑制晶粒长大，且工艺简单易行，所制备的AlMgB14/Si复合材料硬度高、耐磨性强、自润滑性能好，可用作切削刀具、钻头等耐磨材料领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种AlMgB14/Si复合材料及其制备方法，属于耐磨材料领域。
技术介绍
AlMgB14是一种新型的陶瓷材料，具有极高的硬度（32~35GPa）、良好的耐磨性和化学稳定性（ScriptaMaterialia,2000,42:597-602），且在湿润的环境下具有一定的自润滑性能（Surface&CoatingsTechnology,2010,205:2296-301）。可用作刀具材料来切削加工性能差的合金材料，如钛合金（TribologyInternational,2009,42:706-13）；也可用作耐磨防护涂层（US2005/0100748,CN102128009A）保护工件延长其使役寿命、提高工作效率（Wear,2011,271:2111-5）。然而，AlMgB14的韧性较差仅3~4MPa•m1/2，难以制备大尺寸纯AlMgB14块体材料。截止目前，已报道的纯AlMgB14块体材料尺寸均不超过13mm（TribologyInternational,2009,42:706-13）。研究人员往往采用复合化手段来改善AlMgB14的韧性，已添加的颗粒相包括Co-17at.%Mn、碳纳米管、SiC晶须（CN104591769A）、TiB2、AlN、TiC等，其中Co-17at.%Mn虽能明显提高AlMgB14韧性，但显著降低其硬度（JournalofAlloysandCompounds,2004,366:145-51），而添加TiB2对其硬度和韧性均有不同程度的提高，同时随着TiB2含量增加到70wt.%，材料的耐磨性也得到提高（TribologyInternational,2009,42:706-13）。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种AlMgB14/Si复合材料及其制备方法。本专利技术制备的AlMgB14/Si复合材料具有高硬度、良好的耐磨性和优异的自润滑性能。一种AlMgB14/Si复合材料，其特征在于该复合材料由5~45wt.%Si粉和55~95wt.%AlMgB14粉组成。如上所述AlMgB14/Si复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将Si粉和AlMgB14粉混合，在低能球磨机中以200~350r/min的速度混合2~5h，球料比为1.2:1~2:1，将球磨后的粉料放入石墨模具中，然后置于等离子烧结炉中烧结（SPS），加载30MPa，升温速率50~300℃/min（其中温度低于1000℃时升温速率为100~300℃/min，高于1000℃时为50℃/min），当温度达到1250~1500℃时，保温保压5~10min，然后关闭加热电源，随炉冷却。本专利技术所制备的复合材料的尺寸直径为20~30mm，厚度为4~10mm。制备复合材料的硬度为27~32GPa，韧性为4~6MPa•m1/2，磨损率为10-6mm3/Nm量级，摩擦系数在0.10~0.45之间。本专利技术的优点在于：（1）Si的加入在不降低AlMgB14硬度的前提下提高其韧性，从而能够制备尺寸较大的块体材料。（2）Si的加入提高AlMgB14材料的耐磨性并降低其摩擦系数。（3）制备过程中使用的SPS的烧结法，具有烧结速度快，能量高等特点，能够有效降低烧结温度，节约能源，降低加工成本。附图说明图1为纯AlMgB14和AlMgB14-30%Si复合材料在不同载荷条件下的磨损率。图2为纯AlMgB14和AlMgB14-30%Si复合材料在不同载荷条件下的摩擦系数。具体实施方式实施例1将5wt.%Si粉与95%wt.%AlMgB14粉混合，在球磨机中以300r/min的速度混合4.5h，球料比为2:1，将混合均匀的粉料放入石墨模具中，然后置于放电等离子烧结炉中加热，加载30MPa，升温速率在温度低于1000℃时为100℃/min，高于1000℃时为50℃/min，保温10min。然后关闭电源，随炉冷却。实施例2将30wt.%Si粉与70wt.%AlMgB14粉混合，在球磨机中以250r/min的速度混合4h，球料比为1.5:1，将混合均匀的粉放入石墨模具中，然后置于放电等离子烧结炉中烧结，加载30MPa，升温速率在温度低于1000℃时为200℃/min，高于1000℃时为50℃/min，保温8min。然后关闭电源，随炉冷却。实施例3将40wt.%Si粉与60wt.%AlMgB14粉混合，在球磨机中以200r/min的速度混合3h，球料比为1.25:1，将混合均匀的粉放入石墨模具中，然后置于放电等离子烧结炉中烧结，加载30MPa，升温速率在温度低于1000℃时为250℃/min，高于1000℃时为50℃/min，保温5min。然后关闭电源，随炉冷却。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AlMgB14/Si复合材料，其特征在于该复合材料由5~45 wt.% Si粉和55~95 wt.% AlMgB14粉组成。

【技术特征摘要】
1.一种AlMgB14/Si复合材料，其特征在于该复合材料由5~45wt.%Si粉和55~95wt.%AlMgB14粉组成。2.如权利要求1所述AlMgB14/Si复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将Si粉和AlMgB14粉混合后球磨，将球磨后的粉料放入石墨模具中，然后置于等离子烧结炉中烧结，加载30MPa，升温速率50~300℃/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：程军，杨军，陈娇，刘维民，乔竹辉，朱圣宇，李斐，李茂华，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62