專利名稱：一種鋁-鎢復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁基復(fù)合材料具有低密度、高拉伸強(qiáng)度、高彈性模量和高耐磨性等優(yōu)點(diǎn)。因此，鋁基復(fù)合材料在航空航天中具有很大的應(yīng)用潛能。目前生產(chǎn)鋁基復(fù)合材料的方法大多為擠壓鑄造法、無壓浸滲法和噴射成形法，這些方法存在一定的缺點(diǎn)，比如強(qiáng)化顆粒在基體中分散不均勻，強(qiáng)化顆粒與鋁基體潤濕性差，制備的復(fù)合材料孔隙度高和較低的經(jīng)濟(jì)效益等。累積疊軋焊做為一種嶄新的方法克服了上述的缺點(diǎn)，近年來，人們利用該方法已經(jīng)生產(chǎn)出了多種鋁基復(fù)合材料，比如B4C強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，SiCp強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，Al2O3強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，SiO2強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，ZrO2強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料和ZnO2強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料。這些鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)相均為陶瓷顆粒，因此，他們的導(dǎo)電性能受到了很大程度的限制。靜電積聚嚴(yán)重地威脅了航空組件的安全。因此，在選擇航空組件的材料時(shí)，電導(dǎo)率必須要考慮在內(nèi)。用硬度較高的金屬鎢顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料有可能在不犧牲原有鋁基復(fù)合材料優(yōu)良力學(xué)性能的前提下解決它們導(dǎo)電率低下的問題，進(jìn)而達(dá)到航空組件材料的要求。到目前為止， 通過累積疊軋焊方法生產(chǎn)純金屬顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的報(bào)道至今還尚未發(fā)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高強(qiáng)度、高硬度、優(yōu)異導(dǎo)電性能的鋁-鎢復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明主要是利用工業(yè)純鋁板材和適量的純鎢金屬顆粒作為原料，借助于累積疊軋焊手段，可得到具有優(yōu)異力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的鋁-鎢復(fù)合材料。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一、本發(fā)明的鋁-鎢復(fù)合材料為純鎢顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，鎢在鋁中的含量體積比為1. 4%-4. 2%O二、上述鋁-鎢復(fù)合材料的制備方法
I、原材料退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板材和直徑為10-15 μ m的純鎢顆粒。2、合成復(fù)合板材將鋁板表面用鋼絲刷進(jìn)行打磨，然后用酒精進(jìn)行清洗。將體積比為O. 35%-1. 05%的純鎢顆粒均勻鋪在兩片鋁板之間；將兩片板材疊放好后放入馬弗爐中， 加熱溫度為280-350°C，加熱5-20分鐘后在軋機(jī)上進(jìn)行軋制。軋制的過程中不使用潤滑油， 軋制速度為0.4-0. 8m/s，壓下量為50%。軋制完成后空冷至室溫。以上過程為第一道次軋制。將第一道次軋制后的復(fù)合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進(jìn)行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒，其加熱、軋制與第一道次相同。重復(fù)剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、加熱和軋制至第4道次。合成出鎢體積比為I. 4%-4. 2%的鋁-鎢復(fù)合材料板材。3、顆粒均勻化處理在不加入純鎢顆粒的條件下，將上述合成的鋁-鎢復(fù)合材料板材按照上述方法進(jìn)行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的鋁基復(fù)合材料在不破壞純鋁優(yōu)良導(dǎo)電性能的前提下，力學(xué)性能得到了大幅的提高。其屈服強(qiáng)度為130-152MPa、抗拉強(qiáng)度為 145-160MPa、布氏硬度為50-63HB，分別為退火態(tài)1060工業(yè)純鋁的3. 25-3. 8倍、I. 812-2倍和I. 72-2. 172倍。由于制備該種復(fù)合材料時(shí)，沒有引入金屬間化合物，所以導(dǎo)電性能良好， 其導(dǎo)電率為2. 70-2. 83 μ Ω · cm，分別為退火態(tài)1060工業(yè)純鋁、2024 Τ3態(tài)鋁合金、5052 Hl 態(tài)鋁合金、6061 Τ6態(tài)鋁合金、7075 Τ6態(tài)鋁合金的I. 01-1. 04倍、O. 46-0. 48倍、O. 54-0. 56 倍、O. 68-0. 7 倍和 O. 52-0. 54 倍。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I獲得的復(fù)合材料板材的XRD圖譜。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I獲得的復(fù)合材料板材的金相圖。具體的實(shí)施方式
實(shí)施例I
將尺寸為150mmX IOOmmX 7mm的退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板(西南鋁業(yè)有限公司生產(chǎn))表面用鋼絲刷進(jìn)行打磨，然后用酒精進(jìn)行清洗。將直徑為10-15 μ m的14g純鎢顆粒(上海水田材料科技有限公司生產(chǎn))均勻鋪在兩片鋁板之間，兩片鋁板疊放好后放入溫度為280°C 馬弗爐中，加熱5分鐘后在直徑為300mm，長度為220mm的軋機(jī)上進(jìn)行軋制。軋制的過程中不使用潤滑油，軋制速度和壓下量分別為O. 6m/s和50%。軋制完成后空冷至室溫。將首道次軋制后的復(fù)合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進(jìn)行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒(Hg)，在280°C加熱5分鐘后進(jìn)行第2道次軋制。軋制條件與第一道次相同。重復(fù)剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、加熱和軋制至第4道次。最后合成出Al/1. 4vol%ff復(fù)合材料板材。將合成的復(fù)合材料板材進(jìn)行 11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。最終得到顆粒分布均勻的Al/1. 4vo 1%W復(fù)合材料板材。實(shí)施例2
將尺寸為150mmX IOOmmX 7mm的退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板(西南鋁業(yè)有限公司生產(chǎn))表面用鋼絲刷進(jìn)行打磨，然后用酒精進(jìn)行清洗。將直徑為10-15 μ m的29g純鎢顆粒(上海水田材料科技有限公司生產(chǎn))均勻鋪在兩片鋁板之間，兩片鋁板疊放好后放入溫度為350°C 馬弗爐中，加熱10分鐘后在直徑為300mm，長度為220mm的軋機(jī)上進(jìn)行軋制。軋制的過程中不使用潤滑油，軋制速度和壓下量分別為O. 4m/s和50%。軋制完成后空冷至室溫。將首道次軋制后的復(fù)合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進(jìn)行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒(29g)，在350°C加熱10分鐘后進(jìn)行第2道次軋制。軋制條件與第一道次相同。重復(fù)剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、力口熱和軋制至第4道次。最后合成出Al/2. 8vol%W復(fù)合材料板材。將合成的復(fù)合材料板材進(jìn)行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。最終得到顆粒分布均勻的Al/2. 8vo 1%W 復(fù)合材料板材。
實(shí)施例3
將尺寸為150mmX IOOmmX 7mm的退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板(西南鋁業(yè)有限公司生產(chǎn))表面用鋼絲刷進(jìn)行打磨，然后用酒精進(jìn)行清洗。將直徑為10-15μπι的44.3 g純鎢顆粒 (上海水田材料科技有限公司生產(chǎn))均勻鋪在兩片鋁板之間，兩片鋁板疊放好后放入溫度為310°C馬弗爐中，加熱20分鐘后在直徑為300mm，長度為220mm的軋機(jī)上進(jìn)行軋制。軋制的過程中不使用潤滑油，軋制速度和壓下量分別為O. 8m/s和50%。軋制完成后空冷至室溫。將首道次軋制后的復(fù)合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進(jìn)行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒(44. 3g)，在310°C加熱20分鐘后進(jìn)行第2道次軋制。軋制條件與第一道次相同。重復(fù)剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、加熱和軋制至第4道次。最后合成出Al/4.2vol%W復(fù)合材料板材。將合成的復(fù)合材料板材進(jìn)行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。最終得到顆粒分布均勻的Al/4. 2vo 1%W復(fù)合材料板材。對最終得到的鋁-鎢復(fù)合材料板材進(jìn)行拉伸、硬度和電阻率測試。室溫單軸拉伸試驗(yàn)在Instron5982力學(xué)性能測試系統(tǒng)上進(jìn)行，拉伸速率為5X10_4 · s'布氏硬度性能測試在IOmm直徑鋼球，500kgf載荷條件下進(jìn)行。室溫電阻率測試在PPMS-9物理性能分析系統(tǒng)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)4線連接方法。本發(fā)明AMMCs的室溫力學(xué)性能為拉伸強(qiáng)度彡145MPa，屈服強(qiáng)度彡130MPa，伸長率彡3. 8%，布氏硬度彡50HB,電阻率彡2. 83μ Ω · cm。測試的具體數(shù)據(jù)見表I。表I本發(fā)明獲得的鋁基復(fù)合材料力學(xué)及導(dǎo)電性能測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鋁-鎢復(fù)合材料，其特征在于其為純鎢顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，鎢在鋁中的含量體積比為1. 4%-4· 2%。
2.上述鋁-鎢復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 Cl)原料為退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板材和直徑為10-15 μ m的純鎢顆粒； (2)將鋁板表面用鋼絲刷進(jìn)行打磨，然后用酒精進(jìn)行清洗，將體積比為O.35%-1. 05%的純鎢顆粒均勻鋪在兩片鋁板之間，將兩片板材疊放好后放入馬弗爐中，加熱溫度為280-3500C，加熱5-20分鐘后在軋機(jī)上進(jìn)行軋制，軋制的過程中不使用潤滑油，軋制速度為O.4-0. 8m/s，壓下量為50%，軋制完成后空冷至室溫，以上過程為第一道次軋制； 將第一道次軋制后的復(fù)合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進(jìn)行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒，其加熱、軋制與第一道次相同，重復(fù)剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、加熱和軋制至第4道次，合成出鎢體積比為I. 4%-4. 2%的鋁-鎢復(fù)合材料板材； (3)在不加入純鎢顆粒的條件下，將上述合成的鋁-鎢復(fù)合材料板材按照上述方法進(jìn)行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。
全文摘要
一種鋁-鎢復(fù)合材料，其鎢在鋁中的含量體積比為1.4%-4.2%，其制備方法主要是將純鎢顆粒均勻鋪在兩鋁板之間，加熱到280-350℃，加熱5-20分鐘后在軋機(jī)上進(jìn)行軋制，軋制速度為0.4-0.8m/s，壓下量為50%，軋制后空冷至室溫，反復(fù)四次，再對上述合成的復(fù)合材料板材按照上述方法進(jìn)行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。本發(fā)明的鋁-鎢復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高硬度、優(yōu)異導(dǎo)電性能的優(yōu)點(diǎn)，其屈服強(qiáng)度為130-152MPa、抗拉強(qiáng)度為145-160MPa、布氏硬度為50-63HB；導(dǎo)電率為2.70-2.83μΩ·cm。
文檔編號C22C1/00GK102703768SQ20121007155
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者劉崇宇, 劉日平, 王強(qiáng), 賈元智, 馬明臻 申請人:燕山大學(xué)