[发明专利]基于铝-铜-铁系的准晶体的复合材料及其生产方法

说明书

本发明涉及用于生产固体三维材料的粉末技术。本发明的技术效果在于改善所生产的三维材料的特性，并通过改善所述材料的性能为新的技术应用创造额外的可能性。借助于基于铝‑铜‑铁系的准晶体粉末和镍粘合剂的复合材料来实现该技术效果，所述复合材料包含增强的镍晶格，并且通过将镍涂层施加到铝‑铜‑铁系的准晶体粉末颗粒上的事实来实现(为此，准晶体粉末有利地在等离子体中处理，由此在粉末颗粒的表面上形成薄的(10‑20纳米)镍涂层)。处理过的粉末是一种分散复合材料，然后在高于1.5GPa的压力下在准流体静力条件下在室温下压制。使用所开发的方法，生产出具有高机械性能、降低的摩擦系数和增加的抗机械磨损性的三维全致密复合准晶体材料。

技术领域

本发明涉及基于准晶体的三维全致密复合材料的生产。本发明涉及生产固体三维材料的粉末技术，所述固体三维材料具有低摩擦系数、增强的抗机械磨损性、增强的耐腐蚀性和降低的辐射损伤敏感性。这种材料可广泛用于机械工程、在高真空下运行的空间设备的开发、化学和电子工业、原子能工程，以提高机器和机械部件的使用寿命和运行可靠性，并且还可利用传统的相对便宜的材料赋予物品新的功能。

背景技术

准晶体的显著特征是不同寻常的综合性能:低摩擦系数、高耐磨性、高耐腐蚀性以及低粘性^[1-3]。铝-铜-铁准晶体的物理机械性质以及以粉末形式生产它们的现有有效方法^[4]使得有必要开发一种从这些粉末来获得三维物体的方法。然而，使用粉末技术由准晶体形成制品会遇到相当大的困难:准晶体的低粘性特别是会导致摩擦副的磨损增加以及成品出现碎裂和裂纹。对此，正在开发各种方法来形成适合于准晶体复合物的独特性质的复合材料。在文献[4]中，获得了代表铝和包含铝-铜-铁准晶体颗粒的聚合物基质的三维样品。该方法的缺点是所得材料的密度低^[5]。现有的制造复合材料的方法是基于将基材和粘合剂组分进行混合的过程^[6]。在这种情况下，两种成分都处于分散状态。然而，由于混合过程的随机性质引起的物理约束，无法实现少量粘合剂的理想的均匀掺入。另一方面，已知有生产分散复合材料(DCM，disperse composite materials)粉末的方法，该粉末由涂覆有壳的小颗粒组成，这使得有可能将一定量的粘合剂组分施加到基材颗粒上，从而确保粘合剂组分的均匀引入。

已经开发了一种在尘埃等离子体中生产分散复合材料的方法。这种方法基于利用等离子尘埃捕集器的特性，使能够长时间保持等离子悬浮结构不受尘埃颗粒的影响。借助于由磁控管喷射系统产生的原子流将金属涂层涂覆到这些颗粒上^[7-11]。该方法可以生产不同材料的小颗粒(平均尺寸在1-10微米范围内)，涂层厚度为10-20纳米。所开发的在等离子体中对小颗粒表面涂覆涂层的方法具有许多优点，例如不存在粉末颗粒和涂层的化学组成的主要限制、能够获得化学纯纳米涂层、高粘附强度、沉积层厚度的连续性和可控性。根据放电条件，可以获得不同形态的涂层。

当将粘合剂组分以这种涂层的形式添加至粉末中时，组分分布的均匀性水平仅受平均颗粒尺寸的限制。由此，改善了基于这种复合粉末获得的致密材料的特性。创造具有准晶体复合物的抗烧结和抗摩擦性能的新型大块材料成为可能。

已知一种方法^[12]用于改善准晶体材料的机械性能，同时保持低摩擦系数值。已经试图通过提供基于这样的准晶体粉末的复合材料来寻找该问题的解决方案：该准晶体粉末的颗粒在等离子体粉尘捕集器中涂覆有镍纳米涂层。在氢中退火后从这种粉末压制的样品在某些情况下显示出相当低的摩擦系数(约0.15)，并且在摩擦测试过程中几乎没有磨损^[12]。烧结样品中强化镍网格的存在将导致韧性的显著增加。然而，不可能获得稳定、再现性好的结果，因为在相对低的压力(大约1-1.5GPa)下压制。在这种条件下，在一些样例中观察到样本的解理面出现了多孔结构。此外，压制样品在1000K温度下于氢中的烧结导致准晶体的晶核与镍涂层的相互作用从而形成β相。

该方法在技术上最接近本发明。这种技术的一个显著局限性是与缺陷形成、材料结构中孔隙的存在以及β相含量的显著增加相关的结果的再现性差。