一种高耐磨铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种高耐磨铝合金材料及其制备方法。所述高耐磨铝合金材料以铝合金或纯铝为基材，以CrMoNbTiZ高熵合金为第一增强相，以碳化钨(WC)为第二增强相，以MAX相金属为第三增强相。本发明专利技术制备通过加入Max相金属，与高熵合金共同作为铝合金基材的增强相，起到增强6系铝合金基材硬度和屈服强度的作用；同时，通过选择合适的Max相金属，从而增强铝合金基材的自润滑性能，有效降低超低温状态下的铝基材料磨损情况。情况。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨铝合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料
，尤其涉及一种高耐磨铝合金材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]6XXX系铝合金材料是轨道交通、汽车、电子等领域的关键材料。从20世纪80年代起，欧美、日本等发达国家和地区研发了车用铝合金，注册了6009、6016、6010、6111、6022、6082等牌号，形成了较完整的汽车车身板、挤压材、锻件等生产和应用体系。我国6XXX系铝合金车身板和锻件的产业化研发刚刚起步，存在明显差距。例如低温环境下，目前的6系铝合金的低温耐磨性较差，从而无法满足特殊作业环境的使用要求。
[0003]高熵合金一般含有四种及以上的合金元素，根据所需合金性能的要求，通过选择性的添加某些合金元素并控制合金元素的比例，可以改变合金的晶体结构和相组成，从而实现合金性能的突破。独特的设计理念赋予了高熵合金优异的力学性能和功能性能，例如高强度、高韧性、低温断裂韧性、优异的磁性能及导电性能等。从而有可能解决6系铝合金基材在低温环境中摩擦系数较高的问题。
[0004]基于上述情况，本专利技术提出了一种高耐磨铝合金材料及其制备方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高耐磨铝合金材料及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种高耐磨铝合金材料，所述高耐磨铝合金材料以铝合金或纯铝为基材，以CrMoNbTiZ高熵合金为第一增强相，以碳化钨(WC)为第二增强相，以MAX相金属为第三增强相。
[0007]优选地，所述高耐磨铝合金材料由以下重量百分比的原料组成：CrMoNbTiZ高熵合金8～12wt％、碳化钨(WC)：0.1～0.3wt％、MAX相金属1.2～1.6wt％，余量为6系铝合金。
[0008]优选地，所述MAX相金属包括二钛铝氮(Ti2AlN)、钛铝氮(TiAlN)、二钛铝碳(Ti2AlC)、钛碳氮(TiCN)的其中一种。
[0009]优选地，所述MAX相金属为二钛铝氮(Ti2AlN)。
[0010]优选地，所述二钛铝氮(Ti2AlN)的比表面积为120m2/g，平均粒径为50μm，CAS号为：60317
‑
94
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4。
[0011]优选地，所述碳化钨(WC)的比表面积为60m2/g，平均粒径为300nm。
[0012]优选地，所述CrMoNbTiZr高熵合金通过以下方法制备而成：在氩气为保护气体的氛围下，将Cr、Mo、Nb、Ti、Zr五种金属元素粉末按照摩尔比为1:0.5:0.5:1:0.5配制，采用球磨机机械合金化的方法制备而成；球磨时间为18～20h，转速为700～760r/min；球料比为8:1。
[0013]优选地，所述Cr、Mo、Nb、Ti、Zr五种金属元素粉末的平均粒径为300～400mn，纯度≥99.8％。
[0014]本专利技术还提供一种多相增强铝合金材料的制备方法，所述制备方法包括如下步
骤：
[0015](1)在氩气为保护气体的氛围下，将Cr、Mo、Nb、Ti、Zr五种金属粉按照摩尔比为1:0.5:0.5:1:0.5配制混合后装入不锈钢球磨罐，按球粉重量比8：1加入不锈钢球，不锈钢球分15mm、10mm、5mm三个尺寸，按质量比1：3：5称量大中小球，同时加入按CrMoNbTiZr的合金粉末质量比98～99％：1～2％加入加入由体积比例为1:1的正己烷与正丙醇组成的球磨剂，采用行星式球磨机，球磨时间为18～20h，转速为700～760r/min；球料比为8:1，得到CrMoNbTiZr高熵合金粉末；
[0016](2)将CrMoNbTiZr高熵合金粉末、MAX相金属粉、碳化钨粉末装入不锈钢球磨罐，按球粉重量比5：1加入不锈钢球，不锈钢球分15mm、10mm、5mm三个尺寸，按质量比1：3：5称量大中小球，转速为380～420r/min，球磨6～8h后得到增强相复合粉末；
[0017](3)将增强相复合粉末与铝合金基材粉末装入不锈钢球磨罐，按球粉重量比5：1加入不锈钢球，不锈钢球分15mm、10mm、5mm三个尺寸，按质量比1：3：5称量大中小球，转速为140～160r/min，球磨5～6h后得到多相增强铝合金粉末；
[0018](4)将多相增强铝合金粉末装入石墨模具中，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉中，炉体抽真空，以150℃/min的升温速率升温至1250～1280℃，在升温的同时对增强相复合粉末施加压力，压力值为85～90MPa；在此温度和压力下保持10～15min，然后随炉冷却，获得高耐磨铝合金材料。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]1.本专利技术制备通过加入Max相金属，与高熵合金共同作为铝合金基材的增强相，起到增强6系铝合金基材硬度和屈服强度的作用；同时，通过选择合适的Max相金属，从而增强铝合金基材的自润滑性能，有效降低超低温状态下的铝基材料磨损情况。
[0021]2.本专利技术原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制；同时，制备方法简单，总体生产成本不高，有利于工业的大规模生产。
具体实施方式
[0022]实施例1
[0023]按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
[0024](1)在氩气为保护气体的氛围下，将Cr、Mo、Nb、Ti、Zr五种金属粉按照摩尔比为1:0.5:0.5:1:0.5配制混合后装入不锈钢球磨罐，按球粉重量比8：1加入不锈钢球，不锈钢球分15mm、10mm、5mm三个尺寸，按质量比1：3：5称量大中小球，同时加入按CrMoNbTiZr的合金粉末质量比98％：2％加入加入由体积比例为1:1的正己烷与正丙醇组成的球磨剂，采用行星式球磨机，球磨时间为18h，转速为760r/min；球料比为8:1，得到CrMoNbTiZr高熵合金粉末；
[0025](2)将CrMoNbTiZr高熵合金粉末、MAX相金属粉、碳化钨粉末装入不锈钢球磨罐，按球粉重量比5：1加入不锈钢球，不锈钢球分15mm、10mm、5mm三个尺寸，按质量比1：3：5称量大中小球，转速为380r/min，球磨8h后得到增强相复合粉末；
[0026](3)将增强相复合粉末与铝合金基材粉末装入不锈钢球磨罐，按球粉重量比5：1加入不锈钢球，不锈钢球分15mm、10mm、5mm三个尺寸，按质量比1：3：5称量大中小球，转速为140r/min，球磨6h后得到多相增强铝合金粉末；
[0027](4)将多相增强铝合金粉末装入石墨模具中，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉中，炉体抽真空，以150℃/min的升温速率升温至1250℃，在升温的同时对增强相复合粉末施加压力，压力值为85MPa；在此温度和压力下保持15min，然后随炉冷却，获得高耐磨铝合金材料。
[0028]实施例2
[0029]按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
[0030](1)在氩气为保护气体的氛围下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述高耐磨铝合金材料以铝合金或纯铝为基材，以CrMoNbTiZ高熵合金为第一增强相，以碳化钨(WC)为第二增强相，以MAX相金属为第三增强相。2.根据权利要求1所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述高耐磨铝合金材料由以下重量百分比的原料组成：CrMoNbTiZ高熵合金8～12wt％、碳化钨(WC)：0.1～0.3wt％、MAX相金属1.2～1.6wt％，余量为6系铝合金。3.根据权利要求2所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，，所述MAX相金属包括二钛铝氮(Ti2AlN)、钛铝氮(TiAlN)、二钛铝碳(Ti2AlC)、钛碳氮(TiCN)的其中一种。4.根据权利要求3所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述MAX相金属为二钛铝氮(Ti2AlN)。5.根据权利要求4所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述二钛铝氮(Ti2AlN)的比表面积为120m2/g，平均粒径为50μm。6.根据权利要求2所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述碳化钨(WC)的比表面积为60m2/g，平均粒径为300nm。7.根据权利要求2所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，述CrMoNbTiZr高熵合金通过以下方法制备而成：在氩气为保护气体的氛围下，将Cr、Mo、Nb、Ti、Zr五种金属元素粉末按照摩尔比为1:0.5:0.5:1:0.5配制，采用球磨机机械合金化的方法制备而成；球磨时间为18～20h，转速为700～760r/min；球料比为8:1。8.根据权利要求7所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述Cr、Mo、Nb、Ti、Zr五种金属元素粉末的平均粒径为300～400mn，纯度≥99.8％。9.根据权利要求2所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述高耐磨铝合金材料由以下重量百分比的原料组成：CrMoNbT...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔立新，赵晓光，吴胜利，高尚辉，焦培勇，崔雷，吕涛，辛文侠，成凯，李明壮，王志伟，李芳，杨国强，李明，许英杰，王环宇，
申请(专利权)人：山东创新合金研究院有限公司，
类型：发明
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