【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粉末冶金复合材料领域，具体涉及一种层状梯度al-al基复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、轻量化是全球汽车行业的发展趋势，减重对于车辆而言至关重要。在车辆制动设备中，制动盘与摩擦片配合，将来自驾驶员的踏板力转化为阻止车辆运动的制动力，使得车辆减速或停止。制动盘是制动设备中非常重要的零部件，需在0-100％的空气湿度，-40-600℃温度等各种苛刻环境中都必须正常工作，其对材料的耐热性、耐腐蚀性能均有较高要求。在现有技术中比较常见的制动盘材质是铸铁，但是铸铁材料的密度比较大，不利于减轻车身的整体质量，而且铸铁的耐腐蚀性较差。
2、铝是一种轻质、耐腐蚀、导热性能良好的金属，通过加入其他合金元素，铝合金具有较高的机械强度和优良的耐腐蚀性。铝及铝合金是目前应用最广泛的金属材料之一，但是其耐热性和耐磨性能较差，将其应用于车辆制动盘等关键零部件时有很大的局限性。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种通过粉末冶金工艺制备的层状梯度al-al基复合材料，将铝及铝合金与铝基复合材料相结合，形成了一种耐磨性、耐热性及延展性均较好的复合材料。本专利技术具体包括以下内容：
2、一种层状梯度al-al基复合材料，包括基体层和增强层，所述基体层为纯铝或铝合金，所述铝合金的组分及质量百分比为：si 7.5％-10.5％，cu 2.0％-3.5％，余量为al；所述增强层为陶瓷增强铝基复合材料，其组分及质量百分比为：si7.5％-10.5％，c
3、优选的，所述基体层和增强层的体积比为(5-8):1。
4、优选的，所述陶瓷粉末为b4c、sic、a1203中的一种或多种，所述陶瓷粉末的平均粒度为15-30μm。
5、优选的，所述基体层和增强层之间的界面连接强度＞500mpa，所述材料的抗拉强度＞520mpa、屈服强度＞405mpa。
6、一种层状梯度al-al基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
7、(1)按照si 7.5％-10.5％、cu 2.0％-3.5％、陶瓷粉末6％-18％、余量为al的配比进行配料和混合，得到平均粒度均为15-30μm的陶瓷增强铝基复合材料粉末；
8、(2)将纯铝粉末或组分及质量百分比为si 7.5％-10.5％、cu 2.0％-3.5％、余量为al的铝合金粉末作为基体层粉末，所述基体层粉末的平均粒度均为15-30μm；
9、(3)将陶瓷增强铝基复合材料粉末和基体层粉末按照体积比模压成型，得到复合材料毛坯；
10、(4)将复合材料毛坯进行无压烧结处理；
11、(5)将无压烧结处理后的复合材料毛坯进行热致密化处理，得到所述层状梯度al-al基复合材料。
12、优选的，步骤(1)所述配料和混合方法为：将铝基体粉末、合金元素粉末和陶瓷粉末按比例配料，然后将配好的原料粉末加入高能球磨机，进行两段球磨混合，所述第一段球磨混合的球料比为1:(0.8-1.2)，球磨机的转速为250-300r/min，球磨时间为0.5-1h；第二段球磨混合的球料比为(8-12)：1，球磨机的转速为100-150r/min，球磨时间为1-1.5h，经球磨混合后得到陶瓷增强铝基复合材料粉末。
13、优选的，步骤(2)还包括将基体层粉末加入高能球磨机中进行球磨混合，控制球料比为1:(0.8-1.2)，球磨机的转速为200-250r/min，球磨时间为1.5-2h。
14、优选的，步骤(3)所述模压成型的方法为：首先，将步骤(1)得到的陶瓷增强铝基复合材料粉末铺在模压模具的下模板上，使用上模板以0.8-1.0mpa压力压制成型；然后，取出上模板，继续在压制成型的陶瓷增强铝基复合材料粉末上铺设步骤(2)得到的基体层粉末，铺好后再使用上模具以45-50mpa压力压制成型，得到复合材料毛坯。
15、优选的，步骤(4)所述无压烧结处理的温度为600-650℃，烧结时间≥2小时。
16、优选的，步骤(5)所述热致密化处理的方法为：将无压烧结处理后的复合材料毛坯置于模具内，升温至450-500℃，然后施加15-25mpa压力，保温保压0.2-0.5h，冷却后得到所述层状梯度al-al基复合材料。
17、一种所述的层状梯度al-al基复合材料在汽车中的应用。
18、本专利技术的有益效果：
19、(1)本专利技术公开的层状梯度al-al基复合材料，包括基体层和增强层，所述基体层和增强层之间的界面连接强度＞500mpa，所述材料的抗拉强度＞520mpa、屈服强度＞405mpa。本专利技术所述的层状梯度al-al基复合材料不但具有铝合金密度小质量轻的有优点，而且还具有优异的的力学性能，具有高耐热、高耐磨性和优良的结构特性，是一种汽车制动盘的优良替代材料。
20、(2)本专利技术公开的层状梯度al-al基复合材料的制备方法，采用两段球磨过程，使陶瓷增强铝基复合材料中多成分粉末混合均匀，同时将小尺寸的原始粉末混合均匀后磨成大尺寸颗粒，并限定了处理后的原料粉末的平均粒度均为15-30μm，使后续处理过程中的合金化更加彻底，解决采用无压烧结导致的合金化不足等问题；且热致密化处理过程保证了本专利技术制备的层状梯度al-al基复合材料件的界面结合强度及致密度。本专利技术公开的方法流程简单、成本可控，可实现产业化生产。
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1.一种层状梯度Al-Al基复合材料，其特征在于，包括基体层和增强层，所述基体层为纯铝或铝合金，所述铝合金的组分及质量百分比为：Si 7.5％-10.5％，Cu 2.0％-3.5％，余量为Al；所述增强层为陶瓷增强铝基复合材料，其组分及质量百分比为：Si 7.5％-10.5％，Cu 2.0％-3.5％，陶瓷粉末6％-18％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种层状梯度Al-Al基复合材料，其特征在于，所述基体层和增强层的体积比为(5-8):1。
3.根据权利要求1所述的一种层状梯度Al-Al基复合材料，其特征在于，所述陶瓷粉末为B4C、SiC、A1203中的一种或多种，所述陶瓷粉末的平均粒度为15-30μm。
4.根据权利要求1所述的一种层状梯度Al-Al基复合材料，其特征在于，所述基体层和增强层之间的界面连接强度＞500MPa，所述材料的抗拉强度＞520MPa、屈服强度＞405MPa。
5.一种权利要求1-4任一项所述的层状梯度Al-Al基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一
7.根据权利要求5所述的一种层状梯度Al-Al基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)还包括将基体层粉末加入高能球磨机中进行球磨混合，控制球料比为1:(0.8-1.2)，球磨机的转速为200-250r/min，球磨时间为1.5-2h。
8.根据权利要求5所述的一种层状梯度Al-Al基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述模压成型的方法为：首先，将步骤(1)得到的陶瓷增强铝基复合材料粉末铺在模压模具的下模板上，使用上模板以0.8-1.0MPa压力压制成型；然后，取出上模板，继续在压制成型的陶瓷增强铝基复合材料粉末上铺设步骤(2)得到的基体层粉末，铺好后再使用上模具以45-50MPa压力压制成型，得到复合材料毛坯。
9.根据权利要求5所述的一种层状梯度Al-Al基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述无压烧结处理的温度为600-650℃，烧结时间≥2小时。
10.根据权利要求5所述的一种层状梯度Al-Al基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述热致密化处理的方法为：将无压烧结处理后的复合材料毛坯置于模具内，升温至450-500℃，然后施加15-25MPa压力，保温保压0.2-0.5h，冷却后得到所述层状梯度Al-Al基复合材料。
11.一种权利要求1-4任一项所述的层状梯度Al-Al基复合材料在汽车中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种层状梯度al-al基复合材料，其特征在于，包括基体层和增强层，所述基体层为纯铝或铝合金，所述铝合金的组分及质量百分比为：si 7.5％-10.5％，cu 2.0％-3.5％，余量为al；所述增强层为陶瓷增强铝基复合材料，其组分及质量百分比为：si 7.5％-10.5％，cu 2.0％-3.5％，陶瓷粉末6％-18％，余量为al。
2.根据权利要求1所述的一种层状梯度al-al基复合材料，其特征在于，所述基体层和增强层的体积比为(5-8):1。
3.根据权利要求1所述的一种层状梯度al-al基复合材料，其特征在于，所述陶瓷粉末为b4c、sic、a1203中的一种或多种，所述陶瓷粉末的平均粒度为15-30μm。
4.根据权利要求1所述的一种层状梯度al-al基复合材料，其特征在于，所述基体层和增强层之间的界面连接强度＞500mpa，所述材料的抗拉强度＞520mpa、屈服强度＞405mpa。
5.一种权利要求1-4任一项所述的层状梯度al-al基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种层状梯度al-al基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述配料和混合方法为：将铝基体粉末、合金元素粉末和陶瓷粉末按比例配料，然后将配好的原料粉末加入高能球磨机，进行两段球磨混合，所述第一段球磨混合的球料比为1:(0.8-1.2)，球磨机的转速为250-300r/min，球磨时间为0.5-1h；第二段球磨混合的球料比为(8-1...
【专利技术属性】
技术研发人员：池海涛，张建雷，黄铁明，黄小娟，
申请(专利权)人：福建祥鑫股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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