碳化硅颗粒增强铝基复合材料、其制备方法和应用技术

本申请涉及碳化硅颗粒增强铝基复合材料、其制备方法及应用。该复合材料以SiC颗粒、Al

【技术实现步骤摘要】
碳化硅颗粒增强铝基复合材料、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及复合材料
，特别是涉及碳化硅颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]轻量化是实现汽车和其他交通车辆节能降耗最有效的手段之一。采用高性能轻金属材料代替钢铁材料应用于交通装备的发动机和制动盘等关键运动零部件，不仅可减轻整车重量，降低交通装备高速运动部件的动量，更能显著改善交通装备的动力性能，同时降低能耗。
[0003]碳化硅颗粒增强铝基复合材料密度低、比强度和比刚度高、热导率高，并具有优良的抗磨耐磨以及耐腐蚀性能，在轻量化结构件领域具有广阔的应用前景，采用碳化硅颗粒增强铝基复合材料替代传统的制动盘材料，也成为目前交通车辆轻量化的主要研究方向，然而，其在交通车辆制动盘上的应用并不乐观，这主要是由以下两个问题造成：一是传统的碳化硅颗粒增强铝基复合材料塑性和韧性较低，制动盘表面容易萌生热疲劳裂纹；二是传统的碳化硅颗粒增强铝基复合材料的耐温性能不佳，温度超过400℃时，材料的强度就下降明显。因此，寻找一种具有较好力学性能和耐温性能的新型碳化硅颗粒增强铝基复合材料成为当务之急。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种高温力学性能优异的新型碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法。
[0005]一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]提供以下原料：碳化硅颗粒，Al
‑
Si合金粉，Cu
‑
Ni粉和铝粉，所述Al
‑
>Si合金粉中Si的质量含量为8％～20％，所述Cu
‑
Ni粉中Ni的质量含量为0～20％；
[0007]将所述原料混合均匀后，依次进行模压成形、烧结、热锻，得到所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
[0008]在其中一个实施例中，以质量百分含量计，各原料组成如下：
[0009][0010]在其中一个实施例中，所述Al
‑
Si合金粉为Si的质量含量为12.1％的Al
‑
Si共晶粉；以质量百分含量计，各原料组成如下：
[0011][0012]在其中一个实施例中，所述碳化硅颗粒的粒度为20μm～50μm；所述Al
‑
Si合金粉的粒度为
‑
200目；所述Cu
‑
Ni粉的平均粒度为10μm～20μm；所述铝粉的粒度为10μm～15μm。
[0013]在其中一个实施例中，所述Al
‑
Si合金粉中还含有总质量含量不大于2％的其它合金元素，所述其它合金元素选自Mg、Mn、Ti中的至少一种。
[0014]在其中一个实施例中，所述模压成形的单位压制压力为400MPa～500MPa，保压时间3s～15s。
[0015]在其中一个实施例中，所述烧结的条件为：在保护性气体氛围中，以5℃/min～15℃/min的加热速率先升温至150℃～200℃，保温45min～90min，再升温至480℃～520℃，保温45min～90min，最后以3℃/min～10℃/min的加热速率升温至550℃～570℃，保温60min～120min，随炉冷却。
[0016]在其中一个实施例中，所述热锻的温度为500℃～540℃，压力为350MPa～500MPa，保压时间为5s～15s。
[0017]上述碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，以SiC颗粒、Al
‑
Si合金粉、Cu
‑
Ni粉和Al粉为原料，将上述原料混合均匀形成的混合料在模压成形时，易塑性变形的软粉末(如Al粉、Cu
‑
Ni粉)能够充分分散在难变形粉末(如Al
‑
Si合金粉、SiC颗粒)周围或填充在它们的间隙内，提升了混合粉末的压制性能，可获得较高的压坯密度，有效避免裂纹、边角开裂脱落等压制缺陷的产生，高压制密度也有利于压坯后续烧结，形成瞬时液相烧结，破坏铝粉和Al
‑
Si合金粉末表面的致密Al2O3膜，促进粉末颗粒间的烧结，在进一步强化铝合金基体烧结的同时，使合金元素均匀化，最后通过热锻可有效消除孔洞，实现充分致密化。
[0018]上述方法制备得到的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，硬质相SiC颗粒分散均匀且与铝合金基体结合紧密，铝合金基体还弥散分布Si相等硬质粒子，因而具有较好的耐磨性。因铝合金基体弥散分布了热稳定性较好的Si、Al2Cu相粒子，复合材料具有较好的高温强度，应用在制动盘上，可避免制动过程中高温导致的材料软化，并且该复合材料导热性好，可有效降低摩擦面温升。
具体实施方式
[0019]为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述，并给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0020]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相
关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0021]一实施方式的碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤S110～S150：
[0022]S110、提供以下原料：碳化硅(SiC)颗粒、Al
‑
Si合金粉、Cu
‑
Ni粉和铝(Al)粉。
[0023]其中，Al
‑
Si合金粉中Si的质量含量为8％～20％。进一步的，Al
‑
Si合金粉中还含有少量的其它合金元素，该些合金元素选自Mg、Mn、Ti中的至少一种，Al
‑
Si合金粉中其它合金元素的质量含量≤2％。
[0024]进一步的，Al
‑
Si合金粉为Si的质量含量为12.1％的Al
‑
Si共晶粉。
[0025]Cu
‑
Ni粉中Ni的质量含量为0～20％。可以理解，当Cu
‑
Ni粉中Ni的质量含量为0时，其即为铜(Cu)粉。
[0026]进一步的，SiC颗粒的粒度为20μm～50μm。Al
‑
Si合金粉的粒度为
‑
200目。Cu
‑
Ni粉的平均粒度为10μm～20μm。铝粉的粒度为10μm～15μm。
[0027]进一步的，SiC颗粒由
‑
500目的SiC粉末组成或由等量的
‑
500目的SiC粉末和
‑
320目的碳化硅粉末组成。
[0028]需要说明的是，原料粉末粒度的合理选择是保障复合材料性能的一个关键因素。SiC颗粒过细，易在复合材料中团聚，应用在制动盘上，制动时容易从基体中脱出，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供以下原料：碳化硅颗粒、Al
‑
Si合金粉、Cu
‑
Ni粉和铝粉，所述Al
‑
Si合金粉中Si的质量含量为8％～20％，所述Cu
‑
Ni粉中Ni的质量含量为0～20％；将所述原料混合均匀后，依次进行模压成形、烧结、热锻，得到所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，以质量百分含量计，各原料组成如下：3.根据权利要求2所述的碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述Al
‑
Si合金粉为Si的质量含量为12.1％的Al
‑
Si共晶粉；以质量百分含量计，各原料组成如下：4.根据权利要求1～3任一项所述的碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳化硅颗粒的粒度为20μm～50μm；所述Al
‑
Si合金粉的粒度为
‑
200目；所述Cu
‑
Ni粉的平均粒度为10μm～20μm；所述铝粉的粒度为10μm～15μm。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兆汝，李志友，罗任，曹柳絮，刘春轩，戴青松，谢屹，吴云，刘石亮，苏新，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：