專利名稱：一種納米鋁-鉛復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁-鉛復(fù)合材料，特別提供了一種納米鋁-鉛復(fù)合材料及其制各技術(shù)。
鋁基減磨材料具有比重小，耐腐蝕性高，導(dǎo)熱性和減摩性好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是某些傳統(tǒng)的減摩材料(如燒結(jié)錫青銅)的理想替代品，自六七十年代以來受到了廣泛的重視并得到了應(yīng)用(如作為農(nóng)機(jī)及辦公機(jī)械用軸承)。但是，和其他類減摩材料相比，鋁基減摩材料的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是其強(qiáng)度和硬度值不太高，因此不宜在重負(fù)荷下工作，這使其應(yīng)用范圍受到了限制。目前，制備Al基減摩材料的方法可分為熔鑄和粉末冶金兩大類。由于鋁基減摩材料是由一定強(qiáng)度的鋁(或鋁合金)基體和鉛等減摩劑組成的，二者之間比重差異很大且?guī)缀醪幌嗳?，因此要獲得均勻彌散分布的鋁-鉛組織，熔鑄類方法有一定的困難。而利用粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可在較大范圍內(nèi)調(diào)整基體和減摩劑的成分，且性能亦低于鑄造減摩材料，所以目前主要利用粉末冶金技術(shù)制備鋁-鉛材料。以往利用晶粒尺寸在微米級(jí)(＞1000nm)的粉末直接混合獲得的鋁-鉛材料的缺點(diǎn)是組織還不夠均勻且強(qiáng)度和硬度不夠高。雖然細(xì)化晶粒是一種提高材料強(qiáng)度的有效途徑，但以往尚無任何一種制備技術(shù)獲得了大量的晶粒極細(xì)(＜500nm)的Al-Pb粉末或塊狀復(fù)合材料。
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的納米鋁-鉛復(fù)合材料，其機(jī)械性能優(yōu)異，且工藝易于實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供了一種納米鋁-鉛復(fù)合材料，Pb的含量占2～40wt％，其特征在于Al和Pb的平均晶粒尺寸均小于100nm，Al和Pb達(dá)到十分均勻彌散的復(fù)合，其間不互溶，單個(gè)Pb顆粒均勻鑲嵌在Al基體上，與基體間無嚴(yán)格的晶體學(xué)關(guān)系。材料中可含有Fe、C、Cr、O等雜質(zhì)，其含量小于1wt％。本發(fā)明所提供的鋁-鉛復(fù)合材料具有如下優(yōu)點(diǎn)①硬度高，隨晶粒尺寸的減小而增大，硬度值在HB1000MPa以上，最高可達(dá)HB1700MPa，是粉末冶金制備的微米級(jí)晶粒尺寸的鋁-鉛復(fù)合材料(HB300～500MPa)的2～4倍，是熔鑄類Al-Pb復(fù)合材料(硬度HB200MPa以下)的5倍以上。②強(qiáng)度高，抗壓強(qiáng)度在200～500MPa之間。③含油摩擦系數(shù)小于0.005。④密度高，可達(dá)理論密度值的95％以上。(Al-2wt％Pd的理論密度為2.74g/cm3，Al-40wt％Pb的理論密度為3.88g/cm3)。
本發(fā)明還提供了上述納米鋁-鉛復(fù)合材料的制備技術(shù)，首先按所需成份用Al和Pb粉末配置合金，最后按通常的粉末冶金工藝燒結(jié)成塊狀材料，其特征在于在配料后，先將混合物在隋性氣氛保護(hù)下進(jìn)行機(jī)械研磨，以獲得納米鋁-鉛復(fù)合材料粉末，然后再經(jīng)粉末燒結(jié)成型。具體工藝如下1.選用工業(yè)純Al和Pb粉(純度≥99.9％，粒度＜100)作原料配成所需成份的粉末混合物。
2.將混合物進(jìn)行機(jī)械研磨獲得納米鋁-鉛復(fù)合材料粉末。研磨過程中通入純氬氣保護(hù)，研磨方式，球料比，研磨速度及時(shí)間等研磨工藝參數(shù)取決于最終所要獲得產(chǎn)品的晶粒尺寸。如采用振動(dòng)研磨方式，球料比在1∶10～1∶50之間，研磨速度為100～400次/分鐘，研磨時(shí)間為1～10小時(shí)，獲得粉末的平均晶粒尺寸為Al在100nm以下，Pb在70nm以下。
3.粉末燒結(jié)成型，利用粉末冶金二藝(如熱模壓，熱擠壓等)，在真空或純氬氣保護(hù)條件下將粉末燒結(jié)成塊材，燒結(jié)溫度不高于340℃，施加應(yīng)力在100MPa～2000MPa之間，即可達(dá)到95％以上的致密度。
使用本發(fā)明的生產(chǎn)技術(shù)可以使Al和Pb達(dá)到十分均勻彌散的復(fù)合，其中單個(gè)Pb顆粒均勻鑲嵌在Al基體上，與基體間無嚴(yán)格的晶體學(xué)關(guān)系。常規(guī)熔鑄法或普通鋁-鉛粉末混合燒結(jié)制備的鋁-鉛復(fù)合材料只能在微米量級(jí)上達(dá)到機(jī)械混合，Pb可能成團(tuán)簇地分布在Al基體中。
下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例詳述本發(fā)明附

圖1Al90Pb10混合物中Al和Pb的平均晶粒尺寸隨球磨時(shí)間變化關(guān)系；附圖2Al90Pb10球磨6小時(shí)后Pb的晶粒尺寸分布。
附圖3納米Al90Pb10材料的高分辯電鏡像；附圖4普通鋁-鉛復(fù)合材料的電鏡形貌像；附圖5不同成分的鋁-鉛材料中(球磨5小時(shí))Pb晶粒度隨Pb含量的變化關(guān)系；附圖6不同Pb含量的納米鋁-鉛材料硬度隨Pb含量的變化關(guān)系；附圖7不同晶粒尺寸的納米Al90Pb10復(fù)合材料壓縮曲線。
實(shí)施例1選取工業(yè)純Al和Pb粉末(純度≥00.9％，粒度＜100)，按Al90Pd10(重量百分比)配成機(jī)械研磨混合物，在振動(dòng)研磨機(jī)上進(jìn)行球磨，球磨條件為球料比1∶20，振動(dòng)次數(shù)300/min，時(shí)間分別為1，2，3，4，6，8，10小時(shí)，均可獲得納米結(jié)構(gòu)的鋁-鉛復(fù)合材料粉末，其中各樣品中Al和Pb的平均晶粒尺寸如圖1所示，Al90Pd10球磨6小時(shí)后晶粒尺寸分布如圖2所示，圖3為其高分辯率形貌相，可見Pb為等軸狀，鑲嵌在Al基體中，與基體間非共格取向。圖4為粉末冶金制造的鋁-鉛復(fù)合材料(晶粒在微米級(jí))結(jié)構(gòu)特征，可見納米鋁-鉛材料與其有本質(zhì)不同結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2不同成分的AlPb(Pb含量從2％～40％重量比)混合物球磨5小時(shí)(球磨速度，球料比與實(shí)例1同)后，Pb的平均晶粒尺寸如圖5所示。
不同Pb含量的納米鋁-鉛復(fù)合材料的硬度，Pb含量從2％～30％(重量比)的納米Al-Pb材料(見圖6)獲得的產(chǎn)品的硬度值在HB1200MPa～1700MPa之間，其中Al90Pb10(wt％)的硬度值最大，熔鑄法和粉末冶金制造的同樣成分的鋁-鉛材料(晶粒度在微米量級(jí))硬度僅為HB200～500MPa間，因而納米Al-Pb材料的硬度是普通鋁-鉛材料的2～5倍。
權(quán)利要求
1.一種納米鋁-鉛復(fù)合材料，Pb的含量占2～40wt％，其特征在于Al和Pb的平均晶粒尺寸均小于100nm，Al和Pb達(dá)到十分均勻彌散的復(fù)合，其間不互溶，單個(gè)Pb顆粒均勻鑲嵌在Al基體上，與基體間無嚴(yán)格的晶體學(xué)關(guān)系。
2.按權(quán)利要求1所述納米鋁-鉛復(fù)合材料，其特征在于材料中可含有Fe、C、Cr、O等雜質(zhì)，其含量小于1wt％。
3.一種權(quán)利要求1所述納米鋁-鉛復(fù)合材料的制備技術(shù)，首先按所需成份用Al和Pb粉配置合金，最后按通常的粉末冶金工藝燒結(jié)成塊狀材料，其特征在于在配料后，先將混合物在隋性氣氛保護(hù)下進(jìn)行機(jī)械研磨，以獲得納米鋁-鉛復(fù)合材料粉末，然后再經(jīng)粉末燒結(jié)成型。
4.按權(quán)利要求3所述納米鋁-鉛復(fù)合材料的制備技術(shù)，其特征在于如采用振動(dòng)研磨方式，球料比在1∶10～1∶50之間，研磨速度100～400次/分鐘，研磨時(shí)間1～10小時(shí)，所得粉末的平均晶粒尺寸Al在100nm以下，Pb在70nm以下。
5.按權(quán)利要求3所述納米鋁-鉛復(fù)合材料的制備技術(shù)，其特征在于粉末燒結(jié)在真空或隋性氣氛保護(hù)下進(jìn)行，燒結(jié)溫度300～340℃，施加壓力在100MPa～2000MPa之間，時(shí)間0.5～3小時(shí)。
全文摘要
一種納米鋁-鉛復(fù)合材料，Pb的含量占2～40wt％，其特征在于Al和Pb的平均晶粒尺寸均小于100nm，Al和Pb達(dá)到十分均勻彌散的復(fù)合，其間不互溶，單個(gè)Pb顆粒均勻鑲嵌在Al基體上，與基體間無嚴(yán)格的晶體學(xué)關(guān)系。本發(fā)明機(jī)械性能優(yōu)異，工藝易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)C22C45/08GK1163316SQ9710124
公開日1997年10月29日 申請(qǐng)日期1997年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月25日
發(fā)明者周飛, 生紅衛(wèi), 盧柯 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所