專利名稱：一種自潤滑鋁基復合材料及其制備方法
一種自潤滑鋁基復合材料及其制備方法技術領域禾發明涉及一種鋁基復合材料及其制備方法。
技術背景自潤滑材料分為高分子基、陶瓷基和金屬基三大類，只有金屬基材料適用 于高精度滑動部件。金屬基自潤滑材料主要有固體潤滑劑鑲嵌軸承材料、鋁硅 和金-石墨自潤滑復合材料、鐵-石墨系含油自潤滑復合材料、空間用銀基自潤 滑復合材料、鎳合金基自潤滑材料、青銅基自潤滑復合材料等等目前，制備的自潤滑材料的方法，普遍存在對設備要求較高，成本高，反 應物的殘留導致材料性能差，例如強度較低、機械性能較差、精度損失大以及 材料的二次成型和機械加工困難的問題。fe明內容本發明為了解決現有的自潤滑鋁基復合材料在合成中對設備和環境的要 求較高，成本高，材料性能差以及材料的二次成型和機械加工困難的問題，而 提供的一種自潤滑鋁基復合材料及其制備方法。自潤滑鋁基復合材料按體積比由10% 40%的二硼化鈦增強體顆粒、 10% 30%的鋁顆粒或鋁合金顆粒、5% 10%的氮化硼顆粒和余量的基體鋁合 金制成；其中二硼化鈦增強體顆粒的粒徑為0.5 5pm，鋁顆粒或鋁合金顆粒 的粒徑為5 10nm，氮化硼顆粒的粒徑為0.5 5pm。自潤滑鋁基復合材料按以下方法進行制備 一、按體積百分比取10% 40%的二硼化鈦增強體顆粒、10% 30%的鋁顆粒或鋁合金顆粒、5% 10%的 氮化硼顆粒和余量的基體鋁合金；二、將除基體鋁合金之外的顆粒狀原材料混 合，得增強體粉末，然后將增強體粉末在15 40MPa的成型壓力條件下，保 壓20 40s預成型，得預制體，之后放入模具從室溫升溫到450 600。C;三、 將基體鋁合金從室溫升溫到750 850°C，得熔融的基體鋁合金溶液；四、將 熔融的基體鋁合金溶液倒入裝有增強體的模具中，然后在壓力為25 45MPa 的條件下，保壓10 20min;五、冷卻后脫模，取出鑄錠，即為自潤滑鋁基復合材料；其中二硼化鈦增強體顆粒的粒徑為0.5 5iim，鋁顆粒或鋁合金顆粒 的粒徑為5 l(Him，氮化硼顆粒的粒徑為0.5 5pm。本發明自潤滑鋁基復合材料在合成過程中通過控制增強體粉末的含量來 實現顆粒增強體體積分數的控制；由于降低了顆粒增強體的體積分數，同樣使 得顆粒的分布也更加均勻，二次成型、機械加工也更加容易，并降低了對設備 的要^。摩擦系數的高低決定了自潤滑性的好壞，本發明自潤滑鋁基復合材料的摩 擦系數僅為0.1 0.3，磨損量變小，因此本發明材料與材料之間的精度損失也 隨之變小。本發明自潤滑鋁基復合材料與利用原位自生法制備的TiB2P/Al復合材料 相比，由于克服了界面上的有害的金屬間化合物的形成，因此，具有較高的強 度和延伸率。與高體積分數的TiB2p/Al復合材料相比，具有良好的塑性，使復 合材料的二次熱加工成為可能，可大大降低材料的加工成本。本發明自潤滑鋁基復合材料的制備方法簡單、易操作、工藝容易控制。真體實施方式具體實施方式
一本實施方式自潤滑鋁基復合材料按體積比由10% 40%的二硼化鈦增強體顆粒、10% 30%的鋁顆粒或鋁合金顆粒、5% 10%的氮化 硼顆粒和余量的基體鋁合金制成；其中二硼化鈦增強體顆粒的粒徑為0.5 5pm，鋁顆粒或鋁合金顆粒的粒徑為5 10pm，氮化硼顆粒的粒徑為0.5 5|im。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是自潤滑鋁基 復合材料按體積比由20% 30%的二硼化鈦增強體顆粒、15% 25%的鋁顆粒 或鋁合金顆粒、6% 8%的氮化硼顆粒和余量的基體鋁合金制成。其它與具體 實施方式一相同。真體實施方式三本實施方式與具體實施方式
一或二的不同點是鋁合金顆粒為鍛鋁或硬鋁合金。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是基體鋁合金為A1-Cu-Mg、 Al-Mg-Si、 Al-Zn-Mg。其它與具體實施方式
一相同。 本實施方式中的鋁合金也可為其他系列的鋁合金。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是自潤滑鋁基復合材料按體積比由25%的二硼化鈦增強體顆粒、7.5%的氮化硼顆粒、20%的 鋁顆粒和47.5%的基體鋁合金制成。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式自潤滑鋁基復合材料按以下方法進行制備 一、按體積百分比取10% 40%的二硼化鈦增強體顆粒、10% 30%的鋁顆粒 或鋁合金顆粒、5% 10%的氮化硼顆粒和余量的基體鋁合金；二、將除基體 鋁合金之外的顆粒狀原材料混合，得增強體粉末，然后將增強體粉末在15 40M^a的成型壓力條件下，保壓20 40s預成型，得預制體，之后放入模具從 室溫升溫到450 600°C;三、將基體鋁合金從室溫升溫到750 850°C，得熔 融的基體鋁合金溶液；四、將熔融的基體鋁合金溶液倒入裝有增強體的模具中， 然后在壓力為25 45MPa的條件下，保壓10 20min;五、冷卻后脫模，取 出鑄錠，即為自潤滑鋁基復合材料；其中步驟一中二硼化鈦增強體顆粒的粒徑 為0.5 5pm，鋁顆粒或鋁合金顆粒的粒徑為5 10pm，氮化硼顆粒的粒徑為 0.5 5pm。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
六的不同點是步驟一中按體積百分比取20% 30%的二硼化鈦增強體顆粒、15% 25%的鋁顆粒或鋁合 金顆粒、6% 8%的氮化硼顆粒和余量的基體鋁合金。其它步驟及參數與具體 實施方式六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
六的不同點是步驟二中成型壓力為20 30MPa。其它步驟及參數與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
六的不同點是步驟二中保壓時間為30s。其它步驟及參數與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
六的不同點是步驟二中從室溫升溫到500 550°C。其它步驟及參數與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
六的不同點是步驟二中升溫到525'C。其它步驟及參數與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
六的不同點是步驟三中將基體鋁合金從室溫升溫到soo。c。其它步驟及參數與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
六的不同點是步驟四中壓力為40MPa。其它步驟及參數與具體實施方式
六相同。實施方式與具體實施方式
六的不同點是步驟四中保壓15min。其它步驟及參數與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十五本實施方式自潤滑鋁基復合材料按以下方法進行制備 一、按體積百分比取10%的二硼化鈦增強體顆粒、10%的氮化硼顆粒和 30%的鋁顆粒混合，得增強體粉末；二、將增強體粉末在20MPa的成型壓力 條件下，保壓30s預成型，得預制體，之后放入模具從室溫升溫到525。C;三、 將50。/。的基體鋁合金升溫到85(TC，得熔融的基體鋁合金溶液；四、將熔融的 基體鋁合金溶液倒入裝有增強體的模具中，然后在壓力為25MPa的條件下， 保壓20min;五、冷卻后脫模，取出鑄錠，即為自潤滑鋁基復合材料；其中二 硼化鈦增強體顆粒的粒徑為l(im，鋁顆粒粒徑為5|im。本實施方式是采用銷盤式磨損試驗機在滑動速度為0.4m/s，載荷為50g， 滑動距離為2000m，在大氣條件下與GCrl5軸承鋼對磨時測得的摩擦系數為 為0.22，自身對磨的摩擦系數為0.13，磨損量為0.0010g，時效處理后的彈性 模量為95Gpa，拉伸強度為320Mpa，延伸率為6.8%。
具體實施方式
十六本實施方式自潤滑鋁基復合材料按以下方法進行制 備 一、按體積百分比取25%的二硼化鈦增強體顆粒、7.5%的氮化硼顆粒和 20%的鋁顆粒混合，得增強體粉末；二、將增強體粉末在40MPa的成型壓力 條件下，保壓20s預成型，得預制體，之后放入模具從室溫升溫到45(TC;三、 將W.5y。的基體鋁合金升溫到80(TC，得熔融的基體鋁合金溶液；四、將熔融 的基體鋁合金溶液倒入裝有增強體的模具中，然后在壓力為45MPa的條件下， 保壓15min;五、冷卻后脫模，取出鑄錠，即為自潤滑鋁基復合材料；二硼化 鈦增強體顆粒的粒徑為3nm，鋁顆粒粒徑為7|im。本實施方式是采用銷盤式磨損試驗機在滑動速度為0.4m/s,載荷為50g， 滑動距離為2000m，在大氣條件下與GCrl5軸承鋼對磨時測得的摩擦系數為 為0.19，自身對磨的摩擦系數為0.10，磨損量為0.0006g，時效處理后的彈性 模量為125GPa，拉伸強度為447MPa，延伸率為5.3%。
具體實施方式
十七本實施方式自潤滑鋁基復合材料按以下方法進行制 備 一、按體積百分比取40%的二硼化鈦增強體顆粒、5%的氮化硼顆粒和100/。 的鋁顆粒混合，得增強體粉末；二、將增強體粉末在30MPa的成型壓力條件下，保壓30s預成型，得預制體，之后放入模具從室溫升溫到450°C;三、將 45%的基體鋁合金升溫到800°<3，得熔融的基體鋁合金溶液；四、將熔融的基 體鋁合金溶液倒入裝有增強體的模具中，然后在壓力為45MPa的條件下，保 壓15min;五、冷卻后脫模，取出鑄錠，即為自潤滑鋁基復合材料；二硼化鈦 增強體顆粒的粒徑為3pm，鋁顆粒粒徑為7pm。本實施方式是采用銷盤式磨損試驗機在滑動速度為0.4m/s，載荷為50g， 滑動距離為2000m，在大氣條件下與GCrl5軸承鋼對磨時測得的摩擦系數為 0.16，自身對磨的摩擦系數為0.07，磨損量為0.0002g，時效處理后的彈性模 量為'180Gpa，拉伸強度為545Mpa，延伸率3.1%。
權利要求
1、一種自潤滑鋁基復合材料，其特征在于自潤滑鋁基復合材料按體積比由10％～40％的二硼化鈦增強體顆粒、10％～30％的鋁顆粒或鋁合金顆粒、5％～10％的氮化硼顆粒和余量的基體鋁合金制成；其中二硼化鈦增強體顆粒的粒徑為0.5～5μm，鋁顆粒或鋁合金顆粒的粒徑為5～10μm，氮化硼顆粒的粒徑為0.5～5μm。
2、 根據權利要求1所述的自潤滑鋁基復合材料，其特征在于自潤滑鋁基 復合材料按體積比由20% 30%的二硼化鈦增強體顆粒、15% 25%的鋁顆粒 或鋁合金顆粒、6% 8%的氮化硼顆粒和余量的基體鋁合金制成。
3、 根據權利要求1或2所述的自潤滑鋁基復合材料，其特征在于鋁合金 顆粒為鍛鋁或硬鋁合金。
4、 根據權利要求1所述的自潤滑鋁基復合材料，其特征在于基體鋁合金 為Al-Cu-Mg、 Al-Mg-Si或Al-Zn-Mg。
5、 如權利要求1所述的一種自潤滑鋁基復合材料的制備方法，其特征在 于自潤滑鋁基復合材料按以下方法進行制備 一、按體積百分比取10% 40% 的二硼化鈦增強體顆粒、10% 30%的鋁顆粒或鋁合金顆粒、5% 10%的氮化 硼顆粒和余量的基體鋁合金；二、將除基體鋁合金之外的顆粒狀原材料混合， 得增強體粉末，然后將增強體粉末在15 40MPa的成型壓力條件下，保壓20 40s預成型，得預制體，之后放入模具從室溫升溫到450 60(TC;三、將基體 鋁合金從室溫升溫到750 850°C，得熔融的基體鋁合金溶液；四、將熔融的 基體^合金溶液倒入裝有增強體的模具中，然后在壓力為25 45MPa的條件 下，保壓10 20min;五、冷卻后脫模，取出鑄錠，即為自潤滑鋁基復合材料； 其中步驟一中二硼化鈦增強體顆粒的粒徑為0.5 5pm，鋁顆粒或鋁合金顆粒 的粒徑為5 10pm，氮化硼顆粒的粒徑為0.5 5pm。
6、 根據權利要求5所述的一種自潤滑鋁基復合材料的制備方法，其特征 在于步驟二中成型壓力為20 30MPa。
7、 根據權利要求5所述的一種自潤滑鋁基復合材料的制備方法，其特征 在于步驟二中保壓時間為30s。
8、 根據權利要求5所述的一種自潤滑鋁基復合材料的制備方法，其特征在于步驟四壓力為40MPa。
9、根據權利要求5所述的一種自潤滑鋁基復合材料的制備方法，其特征 在于步驟四中保壓15min。
全文摘要
一種自潤滑鋁基復合材料及其制備方法，它涉及一種鋁基復合材料及其制備方法。它解決了現有自潤滑鋁基復合材料在合成中對設備要求較高，成本高，材料性能差以及材料的二次成型和機械加工困難的問題。自潤滑鋁基復合材料由二硼化鈦增強體顆粒、鋁顆粒或鋁合金顆粒、氮化硼顆粒和基體鋁合金制成。制備方法1.按體積百分比稱取原材料；2.將除鋁合金外的原材料混合、預成型后，得預制體，將預制體放入模具并加熱；3.將鋁合金加熱至熔融；4.澆鑄到模具內，進行壓力浸滲；5.冷卻后脫模，即得。本發明自潤滑鋁基復合材料具有良好的強度和彈性模量，低摩擦系數，高耐磨性，而且具有良好的塑性，可實現熱加工成型。本發明制備方法簡單、易操作、工藝容易控制。
文檔編號B22D19/02GK101328553SQ20081006478
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月20日 優先權日2008年6月20日
發明者修子揚, 姜龍濤, 康鵬超, 強 張, 武高輝, 茍華松, 陳國欽 申請人:哈爾濱工業大學