[发明专利]一种Cr2AlC颗粒增强Zn基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料，具体是一种Cr₂AlC颗粒增强Zn基复合材料及其制备方法。 

技术背景

金属基复合材料是现代高新科学技术发展与应用的一个重要领域，既具有基体的优点，又兼备引进增强相所产生的特性，如高比强度、高比刚度、高比韧性、耐高温、抗疲劳等特性。其中，研究较多的是铝基、镁基和铜基等金属基复合材料。长期以来，锌基复合材料的应用并不普遍，主要原因是锌合金已经具有优越的力学性能、良好的低温铸造性能和机加工性能，但是锌合金存在耐热性较差，熔点较低，抗拉与蠕变强度低、使用寿命短等缺点，而锌基复合材料可以克服锌合金耐高温性能差和热膨胀系数大等弱点，具有非常广阔的应用前景。 

在复合材料的研究与制备过程中，添加的增强相的尺寸、形状、分布及其与界面的结合强度对新型金属基复合材料性能影响很大。Cr₂AlC是三元层状化合物MAX相中的一种，它结合了金属盒和陶瓷的优点，如高热导率，高电导率，抗热冲击和抗氧化抗腐蚀等。尤其是它的热膨胀系数与金属相近，使它非常适合作为金属基复合材料的增强体。而且Cr₂AlC粉末的制备方法简单，成本低廉。在此基础上制得的Cr₂AlC颗粒增强Zn基复合材料耐热性较好，抗拉强度高，蠕变强度高，耐摩擦磨损性能良好，而且成本低廉，是用作冷冲压模具、传动齿轮及使用温度较高的轴承轴瓦等特殊耐磨部件及提高工件使用寿命的良好材料。 

中国专利CN102337423A公开了一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法，基体采用锌铝合金粉末，增强体陶瓷粉末选自SiC，Al₂O₃，ZrO₂，TiC，B₄C，Si₃N4，Cr₂O₃中的至少一种，基体合金熔点较低，不耐高温。中国专利CN101368237A公开了一种硅颗粒增强锌基复合材料的制备方法，利用Al—Si合金与Zn或Zn—Al合金进行熔体混合，并在冷却过程中形成硅增强颗粒的锌基复合材料，该方法增强体制取过程较为复杂。 

发明内容

本发明的目的在于克服锌合金耐热性较差、熔点较低、抗拉与蠕变强度低、使用寿命短 等缺点，提供一种Cr₂AlC颗粒增强Zn基复合材料及其制备方法。 

所述Cr₂AlC颗粒增强Zn基复合材料中，基体金属粉末为锌粉，锌粉的粒径大小为20～50μm；第二相增强体Cr₂AlC粉末含量为1%～30%，第二相增强体Cr₂AlC粉末的粒径大小为0.1～30μm，通过无压烧结的方法制得。 

所述Cr₂AlC颗粒增强Zn基复合材料的制备方法如下： 

1）分别将Cr₂AlC粉末和锌粉末球磨，使两相粉末混合均匀； 

2）将混合均匀的粉末烘干后，放在石墨模具中热压烧结，烧结过程中通入氩气作为保护气体，得Cr₂AlC颗粒增强Zn基复合材料。 

在步骤1）中，所述球磨可采用行星式球磨机球磨12h。 

在步骤2）中，所述石墨模具的直径可为30～50mm；所述热压烧结的条件可为：温度为280～400℃，压力为20～50MPa，保温及保压时间为30～90min。 

本发明所制备的Cr₂AlC颗粒增强Zn基复合材料耐热性较好，抗拉强度高，蠕变强度高，具有良好的耐摩擦磨损性能，是用作冷冲压磨具、传动齿轮及使用温度较高的轴承轴瓦等特殊耐磨部件及提高工件使用寿命的良好材料。另外，制备方法工艺简单，条件温和。 

附图说明

图1为本发明实施例6在200倍下的光学显微图。 

图2为本发明实施例6的压缩试验应力—应变图。 

图3为本发明实施例6的压缩试验断裂面的SEM图。 

图4为本发明实施例10的XRD图。 

具体实施方式

实施例1：本发明一种Cr₂AlC颗粒增强Zn基复合材料，将体积百分比为1%的Cr₂AlC粉末和体积百分比为99%的纯锌粉末混合均匀，在通有保护气体Ar的热压烧结炉中烧结，热压温度为设为280℃，压力为50MPa，保温时间为60min。