阅读说明：本技术 一种梯度混杂的增强铝基复合材料及其制备方法 (Gradient mixed reinforced aluminum-based composite material and preparation method thereof ) 是由 顾建 李冬青 周立宪 刘胜春 张军 刘鹏 刘臻 司佳钧 刘龙 齐翼 尹泉 张昭 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种梯度混杂的增强铝基复合材料及其制备方法,包括中混合料和中混合料上下两侧的方向上依次对称设置的混合料2、3和4；该材料包括按质量百分比计的18-25％SiC、67-75％高纯铝和6-12％短碳纤维镀镍/铜；本发明提供的增强铝基复合材料耐磨性和机械性能优异,本发明提供的技术方案简单且成本低,可广泛应用于工程领域。(The invention discloses a gradient mixed reinforced aluminum-based composite material and a preparation method thereof, wherein the gradient mixed reinforced aluminum-based composite material comprises a middle mixed material and mixed materials 2, 3 and 4 which are sequentially and symmetrically arranged in the directions of the upper side and the lower side of the middle mixed material; the material comprises 18-25% of SiC, 67-75% of high-purity aluminum and 6-12% of short carbon fiber nickel/copper according to mass percentage; the reinforced aluminum-based composite material provided by the invention has excellent wear resistance and mechanical property, and the technical scheme provided by the invention is simple and low in cost, and can be widely applied to the field of engineering.)

一种梯度混杂的增强铝基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝基复合材料，具体讲涉及一种梯度混杂的增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

金属基复合材料是一种高性能轻质材料，具有优异的比强度、比刚度、耐磨损、尺寸稳定性。目前传统的金属基复合材料增强方式主要包括颗粒增强、混杂增强、纤维增强等方式，基体则主要包括铝基、镁基以及铜基等金属基。非连续增强金属基复合材料具有成本低廉、制造工艺简单、力学性能优良和易加工变形等优点，是未来金属基复合材料发展的主要方向。

现有技术中的碳纤维增强金属基复合材料可以提高材料拉伸强度且能降低材料自身重量，但其制造成本相对较高；碳化硅陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有价格低廉，制造工艺简单，可显著提高材料耐磨性，但在拉伸性能方面表现欠佳。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明公开了一种具有优良耐磨性和机械性能的增强铝基复合材料及其制备方法，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种梯度混杂的增强铝基复合材料包括中混合料和所述中混合料上下两侧的方向上依次对称设置的混合料2、3和4；

所述材料包括按体积分数计的SiC 18-25％、铝67-75％和短碳纤维镀镍/铜6-12％。

进一步的，所述中混合料包括混合料1，所述混合料1含按体积分数计的SiC 25-28％、-150+270目铝65-70％和-270目铝6-8％。

进一步的，所述混合料2含按体积分数计的90.2％的所述混合料1和9.8％的短碳纤维镀镍/铜。

进一步的，所述混合料3含按体积分数计的75.4％的所述混合料1和24.6％的短碳纤维镀镍/铜。

进一步的，所述混合料4含按体积分数计的69.7％的所述混合料1和30.3％的短碳纤维镀镍/铜。

上述的增强铝基复合材料的制备方法包括如下步骤：

1)制备混合料1；

2)制备短碳纤维镀镍/铜与所述混合料1的混合物料；

3)成型；

4)处理所得成型品。

进一步的，所述步骤2)包括将短碳纤维镀镍/铜与所述混合料1混合30-60min得混合料2、3、4。

进一步的，所述步骤3)成型时分别加压10-30MPa添加所述混合料。

进一步的，所述步骤4)包括：

a)将所述成型品在60-100MPa下保压40-80秒，再在200-300MPa下保压100-180秒；

b)在500-800℃的高纯Ar气氛中烧结3-5h，再随炉冷却。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

1)本发明提供的增强铝基复合材料通过引入碳化硅梯度混杂短碳纤维实现高耐磨性和机械性能的结合，该复合材料摩擦系数达0.26，抗拉强度达220MPa，屈服强度达112MPa,弹性模量达102GPa,布式硬度达120HBW。

2)本发明提供的增强铝基复合材料制备过程中内应力低，材料组织缺陷少，致密度可达94％，密度可达2.77g/cm2，可广泛应用于工程领域。

3)本发明提供的技术方案生产成本低，制备工艺简单，便于推广，具有显著的工程实际应用意义。

附图说明

图1本发明提供的增强铝基复合材料示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1

混合料1：将体积分数为27.2％的SiC粉末、65.2％的铝粉末-150+270目、7.6％的铝粉末-270目在混料机上混合80min，获得混合料1；

混合料2:将体积分数90.2％的混合料1与9.8％的短碳纤维镀镍/镀铜粉末在混料机上混合30min，获得混合料2；

混合料3：将体积分数75.4％的混合料1与24.6％短碳纤维镀镍/镀铜粉末在混料机上混合30min，获得混合料3；

混合料4：将体积分数69.7％的混合料1与30.3％短碳纤维镀镍/镀铜粉末在混料机上混合30min，获得混合料4。

将各混合料依次放入模具中，使用特制分料器按比例将粉末均匀铺在模具中，每次添加不同粉末后加载20MPa压力，保证粉末不会松散混合。添加完成后放入模具中进行加压，第一阶段缓慢加压至80MPa，保压时间为40秒，第二阶段加压至200MPa，保压时间为120秒。压制完成后，将坯料放入快速升温电炉中进行烧结，烧结环境在高纯Ar保护气氛下进行，烧结温度为600℃，保温时间为4h，随炉冷却。

实施例2

混合料1：将体积分数为19.4％的SiC粉末、75.2％的铝粉末-150+270目、5.4％的铝粉末-270目在混料机上混合80min，获得混合料1；

混合料2:将体积分数90.2％的混合料1与9.8％的短碳纤维镀镍/镀铜粉末在混料机上混合30min，获得混合料2；

混合料3：将体积分数75.4％的混合料1与24.6％短碳纤维镀镍/镀铜粉末在混料机上混合30min，获得混合料3；

混合料4：将体积分数69.7％的混合料1与30.3％短碳纤维镀镍/镀铜粉末在混料机上混合40min，获得混合料4。

将各混合料依次放入模具中，使用特制分料器按比例将粉末均匀铺在模具中，每次添加不同粉末后加载30MPa压力，保证粉末不会松散混合。添加完成后放入模具中进行加压，第一阶段缓慢加压至100MPa，保压时间为40秒，第二阶段加压至220MPa，保压时间为120秒。压制完成后，将坯料放入快速升温电炉中进行烧结，烧结环境在高纯Ar保护气氛下进行，烧结温度为650℃，保温时间为4h，随炉冷却。

实施例3：

混合料1：将体积分数为20.5％的SiC粉末、68.2％的铝粉末-150+270目、11.5％的铝粉末-270目在混料机上混合80min，获得混合料1；

混合料2:将体积分数90.2％的混合料1与9.8％的短碳纤维镀镍/镀铜粉末在混料机上混合30min，获得混合料2；

混合料3：将体积分数75.4％的混合料1与24.6％短碳纤维镀镍/镀铜粉末在混料机上混合45min，获得混合料3；

混合料4：将体积分数69.7％的混合料1与30.3％短碳纤维镀镍/镀铜粉末在混料机上混合60min，获得混合料4。

将各混合料依次放入模具中，使用特制分料器按比例将粉末均匀铺在模具中，每次添加不同粉末后加载30MPa压力，保证粉末不会松散混合。添加完成后放入模具中进行加压，第一阶段缓慢加压至80MPa，保压时间为80秒，第二阶段加压至300MPa，保压时间为180秒。压制完成后，将坯料放入快速升温电炉中进行烧结，烧结环境在高纯Ar保护气氛下进行，烧结温度为650℃，保温时间为4h，随炉冷却。

本发明结合现有材料设计、制备技术基础，提出一种碳化硅梯度混杂短碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法，本发明充分发挥了各组元的性能优势，提高了材料的机械性能，各实施例性能参数如表一所示，且本发明生产成本低，在工程领域具有广阔的发展、应用前景。

表一.实施例性能参数

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。