[发明专利]铝包石墨复合粉体、包含该复合粉体的铝-石墨复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种铝包石墨复合粉体、包含该复合粉体的铝‑石墨复合材料及其制备方法，其中铝包石墨复合粉体包括纳米级铝粉或铝合金粉末、石墨和粘接剂，其中：所述纳米级铝粉或铝合金粉末，粒度为50～100nm，为包覆材料；所述石墨，粒度为20～70μm，为包覆核心；所述粘接剂，由环氧树脂和/或酚醛树脂+环氧稀料+乙二胺和/或NL固化剂组成；所述纳米级铝粉或铝合金粉末通过粘结剂包覆于石墨表面。本发明能够解决铝‑石墨复合材料制备过程中石墨偏聚的问题和石墨表面化学镀铜/镍工艺的局限性问题。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料领域，特别涉及一种铝包石墨复合粉体、包含该复合粉体的铝-石墨复合材料及其制备方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料由于其优良的性能和低成本受到人们的青睐，目前颗粒增强相有氧化铝、碳化硅、碳化钛以及石墨等。石墨颗粒的加入能够显著提高材料的耐磨、减摩和自润滑性能，同时大大改善材料的膨胀系数，因此该复合材料可用于制造活塞、缸套、轴瓦等耐磨件，也用作减震零件，有广阔应用前景。

目前，铝-石墨复合材料的制备方法由铝合金基体状态的不同可以分为固态法和液态法两大类。液态法制备铝-石墨复合材料时，由于石墨在铝中的溶解度小于0.05％，且石墨与铝的润湿角高达157°，在1000℃时仍大于90°石墨很难分散于铝中，又由于石墨密度小，容易在铝液中上浮，也易产生偏聚。粉末冶金是固态法制备铝基复合材料的常用方法之一，人们制备铝-石墨复合材料最先使用的方法就是粉末冶金法。用粉末冶金法制备时，由于铝粉和石墨粉的比重差别，且石墨粉凝聚性强，分散性差，故混合不容易均匀，易产生偏聚；复合材料的综合机械性能会受到很大的影响。为了解决石墨与铝的润湿性较差以至于产生偏聚的问题，在制备铝石墨复合材料时需要对石墨表面进行处理，来增加两者的润湿性。

最常见的对石墨表面的处理是石墨表面化学镀铜和镀镍。公开号为CN1676640A，由上海交通大学的张小农，顾金海，赵常利撰写的发明专利《镀铜石墨颗粒增强镁基复合材料》中指出石墨表面的化学铜涂层可以有效改善石墨和纯镁基体之间的润湿，促进烧结，从而提高最终的力学性能，但是化学镀溶液稳定性较差，溶液的维护、调整和再生都比较麻烦，生产成本较高。公开号为CN102601356A，由河南理工大学的历长云、米国发、许磊等人撰写的发明专利《一种铝包碳化硅复合颗粒及由其制备的复合材料》中也提出用粘结剂将纳米铝粉包覆在碳化硅表面，提高铝与碳化硅的润湿性，并用热压烧结方法制备出了组织致密，无碳化硅团聚现象，力学性能优异的碳化硅铝基复合材料，但是该专利直接对纳米铝包覆的碳化硅进行烧结制备复合材料，所用的纳米铝粉量较大，而纳米铝粉制备工艺较复杂，成本较高。

虽然将石墨镀铜或镀镍会增加铝与石墨之间的润湿性，使石墨在复合材料中的不均匀程度降低，但是铜或镍的加入会使复合材料中出现新的合金元素乃至新的相，而这些相又可能是我们不希望得到的，且石墨表面镀铜和镍的制备成本也比较大，对环境有污染。粉末冶金是将铝或铝合金粉末与石墨粉混合，经压实、烧结成复合材料，粉末冶金通过机械方法将石墨与铝基体粉末混合在一起，使二者分布相对较均匀，在一定程度上克服了石墨与铝润湿性差而使石墨不易加入铝基体和石墨与铝分布不均匀的问题，但粉末冶金制备工艺和设备较复杂，颗粒表面的氧化膜及材料的孔隙使复合材料力学性能较低，产品的形状和尺寸受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝包石墨复合粉体、包含该复合粉体的铝-石墨复合材料及其制备方法，能够解决铝-石墨复合材料制备过程中石墨偏聚的问题和石墨表面化学镀铜/镍工艺的局限性问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铝包石墨复合粉体，包括纳米级铝粉或铝合金粉末、石墨和粘接剂，其中：所述纳米级铝粉或铝合金粉末，粒度为50～100nm，为包覆材料；所述石墨，粒度为20～70μm，为包覆核心；所述粘接剂，由环氧树脂和/或酚醛树脂+环氧稀料+乙二胺和/或NL固化剂组成；所述纳米级铝粉或铝合金粉末通过粘结剂包覆于石墨表面。