[发明专利]一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料及其热压烧结制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料及其制备领域，特别涉及一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料及其热压烧结制备方法。

背景技术

锌铝合金（ZA8、ZA12、ZA22、ZA27等合金系列）具有优良的力学性能、铸造性能、机械加工性能及摩擦磨损性能，同时原材料成本低、熔化能耗小，现已在很多场合成功地替代青铜、黄铜、铝合金等材料，在轴承、轴套、轴瓦等耐磨密封件方面得到了广泛的应用。但由于锌的熔点低（419.5℃），使得锌铝合金的共晶温度低，凝固区间大，实际固相点大致在380℃左右，因而合金只能在低于100℃的情况下使用，在100℃以上时其抗拉强度和蠕变强度显著降低。而在实际摩擦磨损过程中，由于润滑不良及高速运转，摩擦副的温升有时高达150℃甚至200℃以上，这显然会严重恶化锌铝合金的使用性能，使其应用范围和使用寿命受到很大的限制。

为了提高锌铝合金的使用温度和性能，满足苛刻条件下的使用需求，从上世纪80年代开始，发展了多种以陶瓷颗粒、晶须或纤维为增强相的锌铝基复合材料，改善了锌铝合金的高温力学性能，也同时提高了材料的室温强度和耐磨性，并降低了锌铝合金过高的热膨胀系数。其中颗粒增强锌铝基复合材料工艺简单、成本较低，是锌铝基复合材料研究与开发的重点。目前用于强化锌铝合金的陶瓷颗粒增强相包括氧化铝、碳化硅、碳化钛、硅以及石墨等。复合材料制备工艺有熔体搅拌铸造法、喷射成型法、粉末热锻法、叠层复合法和原位生成复合法等。例如发明专利“喷射沉积纳米颗粒增强锌基复合材料及其制备方法”（申请号201010557276.1）采用喷射沉积技术制备了纳米碳化钛颗粒增强的锌铝基复合材料；发明专利“一种硅颗粒增强锌基复合材料的制备方法”（申请号200810155784.X）采用熔体浇注法制备了硅颗粒增强的锌基复合材料；发明专利“一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法”（申请号201110341289.X）采用粉末热锻法制备了碳化硅、氧化铝、氧化锆等陶瓷颗粒增强的锌铝基复合材料；发明专利“原位颗粒增强锌基复合材料的制备方法”（申请号200710020458.3）采用熔体浇注法制备了Al₂O₃、TiB₂+Al₃Ti等陶瓷颗粒原位增强的锌铝基复合材料；发明专利“钛酸钾晶须增强锌铝合金复合材料及其制造方法”（申请号98113701.6）采用熔体挤压复合法制备了钛酸钾晶须增强的锌铝基复合材料。

然而到目前为止，锌铝基复合材料仍处于研究开发阶段，远未达到工业化生产应用程度，其主要原因在于复合材料中所用的这些颗粒增强相与合金基体之间润湿性差、颗粒表面易于吸附气体导致材料内部产生缺陷、以及颗粒与基体之间因热膨胀系数差异大而造成界面脱开等，这些问题导致颗粒在基体中的割裂作用明显，增强效果被削弱，从而显著影响了锌铝基复合材料的推广应用。为突破锌铝基复合材料发展的这一瓶颈，寻找更为适合的颗粒增强相无疑是一条行之有效的途径。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料，该材料中颗粒增强相分布均匀，基体与增强相之间结合紧密，缺陷少，具有良好的物理性能和力学性能。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料的热压烧结制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料，所述复合材料包含如下体积百分数的原料：5～50%钛铝碳，余量为锌铝合金。

优选地，所述钛铝碳为粒度在0.5～20μm的颗粒，其纯度大于90%；所述锌铝合金为粒度100～400目的粉末。

为解决上述第二个技术问题，本发明提供了该钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料的热压烧结制备方法，该方法包括如下步骤：

1)将钛铝碳粉和锌铝合金粉称量配料；

2)将步骤1)称量的两种粉球磨混合6～48小时；

3)将步骤2)的混合粉末放入模具中，进行热压烧结，得到钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料。

优选地，步骤2)所述球磨采用滚筒球磨法。

优选地，步骤3)所述模具为石墨模具。

优选地，步骤3)所述热压烧结的条件为：在真空、氮气或氩气气氛保护下，以10～40℃/min的升温速率升至430～500℃，在10～30MPa压强下，热压烧结0.5～3小时。