本發(fā)明涉及一種合金材料，尤其涉及一種鋁合金復合材料。

背景技術：

鋁合金是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已大量應用。而且，隨著工業(yè)經濟的飛速發(fā)展，對鋁合金材料的需求也日益增多。但是，一般的鋁合金材料的性能已經難以滿足各方面的技術要求。而且，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入貫徹實施，如何在降低鋁合金的使用量的情況下，還能提高其性能的研究成為了目前行業(yè)技術研究的熱點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提出了一種機械強度、韌性、耐磨性等綜合性能更好的鋁合金復合材料。

本發(fā)明的目的可通過下列技術方案來實現(xiàn)：一種鋁合金復合材料，所述鋁合金復合材料主要由體積百分比為30-40％的碳化硼骨架和余量的鋁合金基體通過真空無壓浸滲法復合而成。

在上述的一種鋁合金復合材料中，所述鋁合金復合材料包括體積比為5-10％的增強顆粒與體積比為30-40％的碳化硼骨架、余量的鋁合金基體通過真空無壓浸滲法復合而成。

本發(fā)明鋁合金復合材料包含碳化硼骨架增強層，碳化硼是一種陶瓷材料，具有良好的物理、化學性能和力學性能，近乎恒定的高溫硬度、高模量、高耐磨性、抗氧化性、耐酸堿性強以及良好的中子吸收性能等特點，在防彈材料、防輻射材料、高溫耐磨和自潤滑材料、特種耐酸堿浸蝕材料、切割研磨工具以及原子反應堆控制和屏蔽材料等方面有極大的應用前景和發(fā)展空間。但由于碳化硼材料的燒結溫度過高、難以致密化及韌性低等缺點，限制了它的應用范圍。因此，本發(fā)明將碳化硼材料與鋁合金進行結合使用，不僅擴大了碳化硼的使用范圍，而且將碳化硼的優(yōu)點應用于鋁合金材料中，制成強度、韌性、耐磨性等綜合性能更優(yōu)的鋁合金復合材料，使鋁合金能更好的運用于防彈材料、防輻射材料、高溫耐磨和自潤滑材料、特種耐酸堿浸蝕材料、切割研磨工具以及屏蔽材料等領域。

另一方面，本發(fā)明碳化硼骨架增強鋁基制成的鋁合金復合材料是一種網(wǎng)絡交叉復合材料，與傳統(tǒng)晶須、顆粒等增強鋁合金材料相比，在長期服役過程中，這種網(wǎng)絡交叉復合材料不會像顆粒、晶須增強的鋁基復合材料一樣，增強體存在容易從基體中拔出、脫落，磨屑形成硬磨粒的缺陷。因此，本發(fā)明的鋁合金復合材料具有更好的綜合性能。

在上述的一種鋁合金復合材料中，所述碳化硼骨架為三維網(wǎng)絡碳化硼骨架，所述三維網(wǎng)絡碳化硼骨架的孔徑為300-500μm，孔隙率為80-85％。三維聯(lián)結方式的三維網(wǎng)絡碳化硼骨架可以與鋁合金材料能更有效的結合，從而使復合材料獲得更高的強度、斷裂韌性，良好的耐磨性能以及耐熱震性能等。

在上述的一種鋁合金復合材料中，所述碳化硼骨架的制備方法為：將多孔聚氨酯海綿表面浸涂碳化硼漿料制成坯體后燒結而成。

在上述的一種鋁合金復合材料中，所述燒結的溫度為700-720℃，保溫時間為30-40min。

在上述的一種鋁合金復合材料中，升溫至所述燒結的溫度的升溫速度為：先以10-20℃/min升溫至220-250℃，然后以3-5℃/min升溫至700-720℃。多孔聚氨酯海綿在220-250℃左右溫度下開始分解，因此應該減緩升溫速度，以免升溫過快導致碳化硼胚體的坍塌、破壞。而碳化硼在600℃時已經開始氧化，影響預制體的性能。因此，合理的燒結溫度和升溫速度對碳化硼骨架的性能顯得尤為重要。本發(fā)明的升溫速度和燒結溫度的控制得當，燒結得到的碳化硼骨架完整，多孔預制體孔型較好，空洞均勻，表面氧化硼生成較少，碳化硼骨架的性能相對較優(yōu)。

在上述的一種鋁合金復合材料中，所述增強顆粒為氮化硼顆粒，所述氮化硼顆粒的粒徑小于碳化硼骨架的孔徑。在鋁合金復合材料中添加增強顆粒是一種簡單的物理增強方式，可以適當提高鋁合金復合材料的耐磨性和其它力學性能。

在上述的一種鋁合金復合材料中，所述真空無壓浸滲的溫度為1000-1200℃，保溫時間為30-50min。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明鋁合金復合材料結合了碳化硼材料與鋁合金的優(yōu)點，得到一種強度、韌性、耐磨性等綜合性能更優(yōu)的鋁合金復合材料，使鋁合金復合材料能更好的運用于防彈材料、防輻射材料、高溫耐磨和自潤滑材料、特種耐酸堿浸蝕材料、切割研磨工具以及屏蔽材料等領域。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的具體實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

實施例1：

本實施例鋁合金復合材料由體積比為30％的碳化硼骨架和70％的鋁合金基體通過真空無壓浸滲法復合而成。具體制備過程如下：

將多孔聚氨酯泡沫塑料浸涂碳化硼漿料制成坯體后進行燒結，先以10℃/min升溫至220℃，然后以3℃/min升溫至700℃，保溫時間為40min，燒結成三維網(wǎng)絡氮化硅陶瓷骨架，三維網(wǎng)絡陶瓷骨架的孔徑為480μm，孔隙率為80％。

將6061鋁合金熔煉成鋁液。

然后將裝有碳化硼骨架和6061鋁合金的氧化鋁坩堝置于氣氛爐內，抽至10Pa以下真空充氬氣，在氬氣保護下快速升溫至1000℃，保溫50min。關電隨爐冷卻，待爐內溫度降至室溫后將材料取出，制得鋁合金復合材料。

實施例2：

本實施例鋁合金復合材料由體積比為32％的碳化硼骨架和68％的鋁合金基體通過真空無壓浸滲法復合而成。具體制備過程如下：

將多孔聚氨酯泡沫塑料浸涂碳化硼漿料制成坯體后進行燒結，先以12℃/min升溫至230℃，然后以3℃/min升溫至705℃，保溫時間為38min，燒結成三維網(wǎng)絡氮化硅陶瓷骨架，三維網(wǎng)絡陶瓷骨架的孔徑為390μm，孔隙率為85％。

將6061鋁合金熔煉成鋁液。

然后將裝有碳化硼骨架和6061鋁合金的氧化鋁坩堝置于氣氛爐內，抽至10Pa以下真空充氬氣，在氬氣保護下快速升溫至1050℃，保溫45min。關電隨爐冷卻，待爐內溫度降至室溫后將材料取出，制得鋁合金復合材料。

實施例3：

本實施例鋁合金復合材料由體積比為35％的碳化硼骨架和65％的鋁合金基體通過真空無壓浸滲法復合而成。具體制備過程如下：

將多孔聚氨酯泡沫塑料浸涂碳化硼漿料制成坯體后進行燒結，先以15℃/min升溫至235℃，然后以4℃/min升溫至710℃，保溫時間為35min，燒結成三維網(wǎng)絡氮化硅陶瓷骨架，三維網(wǎng)絡陶瓷骨架的孔徑為420μm，孔隙率為83％。

將6061鋁合金熔煉成鋁液。

然后將裝有碳化硼骨架和6061鋁合金的氧化鋁坩堝置于氣氛爐內，抽至10Pa以下真空充氬氣，在氬氣保護下快速升溫至1100℃，保溫40min。關電隨爐冷卻，待爐內溫度降至室溫后將材料取出，制得鋁合金復合材料。

實施例4：

本實施例鋁合金復合材料由體積比為38％的碳化硼骨架和62％的鋁合金基體通過真空無壓浸滲法復合而成。具體制備過程如下：

將多孔聚氨酯泡沫塑料浸涂碳化硼漿料制成坯體后進行燒結，先以18℃/min升溫至240℃，然后以4℃/min升溫至715℃，保溫時間為33min，燒結成三維網(wǎng)絡氮化硅陶瓷骨架，三維網(wǎng)絡陶瓷骨架的孔徑為330μm，孔隙率為84％。

將6061鋁合金熔煉成鋁液。

然后將裝有碳化硼骨架和6061鋁合金的氧化鋁坩堝置于氣氛爐內，抽至10Pa以下真空充氬氣，在氬氣保護下快速升溫至1150℃，保溫35min。關電隨爐冷卻，待爐內溫度降至室溫后將材料取出，制得鋁合金復合材料。

實施例5：

本實施例鋁合金復合材料由體積比為40％的碳化硼骨架和60％的鋁合金基體通過真空無壓浸滲法復合而成。具體制備過程如下：

將多孔聚氨酯泡沫塑料浸涂碳化硼漿料制成坯體后進行燒結，先以20℃/min升溫至250℃，然后以5℃/min升溫至720℃，保溫時間為30min，燒結成三維網(wǎng)絡氮化硅陶瓷骨架，三維網(wǎng)絡陶瓷骨架的孔徑為480μm，孔隙率為83％。

將6061鋁合金熔煉成鋁液。

然后將裝有碳化硼骨架和6061鋁合金的氧化鋁坩堝置于氣氛爐內，抽至10Pa以下真空充氬氣，在氬氣保護下快速升溫至1200℃，保溫30min。關電隨爐冷卻，待爐內溫度降至室溫后將材料取出，制得鋁合金復合材料。

實施例6：

本實施例鋁合金復合材料由體積比為30％的碳化硼骨架、60％的鋁合金基體和10％的增強顆粒通過真空無壓浸滲法復合而成。增強顆粒為氮化硼顆粒，粒徑小于碳化硼骨架的孔徑。其余具體制備過程與實施例1相同。

實施例7：

本實施例鋁合金復合材料由體積比為30％的碳化硼骨架、65％的鋁合金基體和5％的增強顆粒通過壓力熔滲復合而成。增強顆粒為氮化硼顆粒，粒徑小于碳化硼骨架的孔徑。其余具體制備過程與實施例2相同。

實施例8：

本實施例針棒連動桿由體積比為35％的碳化硼骨架、60％的鋁合金基體和5％的增強顆粒通過壓力熔滲復合而成。增強顆粒為氮化硼顆粒，粒徑小于碳化硼骨架的孔徑。其余具體制備過程與實施例3相同。

實施例9：

本實施例針棒連動桿由體積比為32％的碳化硼骨架、60％的鋁合金基體和8％的增強顆粒通過壓力熔滲復合而成。增強顆粒為氮化硼顆粒，粒徑小于碳化硼骨架的孔徑。其余具體制備過程與實施例4相同。

實施例10：

本實施例針棒連動桿由體積比為38％的陶瓷骨架、52％的鋁合金基體和10％的增強顆粒通過壓力熔滲復合而成。增強顆粒為氮化硼顆粒，粒徑小于碳化硼骨架的孔徑。其余具體制備過程與實施例5相同。

將上述實施例1-10制得的鋁合金復合材料進行性能測試，測試結果如表1所示。其中，磨損率的條件為：在室溫、6N載荷、1m/s速度下，試件滑行2500m。

對比例1：

市售6061鋁合金材料。

表1：

從表1可知，將6061鋁合金制成本發(fā)明的鋁合金復合材料，強度、硬度、韌性、耐磨性等綜合性能均得到顯著提高。而且，從實施例6-10中可知，物理共混增強顆粒后，強度、延伸率等性能再次得到改善，尤其是耐磨性。

鑒于本發(fā)明方案實施例眾多，各實施例實驗數(shù)據(jù)龐大眾多，不適合于此處逐一列舉說明，但是各實施例所需要驗證的內容和得到的最終結論均接近。故而此處不對各個實施例的驗證內容進行逐一說明，僅以實施例1-10作為代表說明本發(fā)明申請優(yōu)異之處。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。

盡管對本發(fā)明已作出了詳細的說明并引證了一些具體實施例，但是對本領域熟練技術人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。