[发明专利]一种铝基高韧性复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铝基高韧性复合材料及其制备方法,该铝基高韧性复合材料包括有复合基材、镶嵌在复合基材表面的陶瓷纤维和碳硅纤维以及喷涂在编织碳纤维表面的抗氧化高熵合金层；本发明以铝基复合合金作为基底，将陶瓷纤维和碳硅纤维包裹在铝基复合合金的内部，再用耐高温、抗氧化的高熵合金层喷覆在复合材料的表面形成三层结构的铝基复合材料，通过将陶瓷纤维和碳硅纤维包裹在铝基合金的内部，显著地提升了铝基复合材料的强度和韧性，再在复合材料的外表面喷覆抗氧化高熵合金层，进一步提升整个铝基复合材料的抗氧化性、耐高温性，也将保护内部的陶瓷纤维和碳硅纤维的结构完整性，从总体上克服了一般的铝基合金抗拉升强度和抗压强度低的缺陷。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体涉及一种铝基高韧性复合材料及其制备方法。

背景技术

汽车工业的迅速发展和不可再生的石油资源逐渐减少的矛盾日趋突出，降低汽车自身的重量越发重要。另一个途径是进一步提高发动机的燃油效率，众所周知，提高发动机耐热温度可提高燃油效率，所以汽车发动机多有铸铁等黑色金属作为发动机用合金材料，但黑色金属密度较高，不利于降低车身重量，因此近年来越来越多的汽车制造商采用铝合金替代铸铁作为发动机用材料。铝合金背身的熔点低，高温容易发生蠕变，导致材料性能失效。因此，只能采用降低发动机工作温度的方法牺牲一部分燃油效率。

1988年美国的Poon研究组和日本的Inoue研究组分别独立发现铝基非晶合金以来，2009年中国学者用直接喷铸法成功制备了尺寸为1mm的铝基非晶合金。铝基非晶合金的拉伸强度可达1500MPa。

铝基非晶合金的热稳定性较差，一般铝合金晶化温度在100℃-300℃之间。因此，铝基非晶合金的一般高温力学性能不稳定，且强度比较低；而且非晶状态下的铝合金其韧性也存在较大问题。本发明采用高温急冷以及镶嵌纤维的方式强化铝合金的性质，采用包裹陶瓷纤维和碳硅纤维，显著提升其强度和韧性。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种采用镶嵌陶瓷和碳硅纤维的、抗氧化性和耐高温性强的高韧性的铝基高韧性复合材料及其制备方法。

为实现本发明目的，采用的技术方案是：一种铝基高韧性复合材料,该铝基高韧性复合材料包括有复合基材、镶嵌在复合基材表面的陶瓷纤维和碳硅纤维以及喷涂在编织碳纤维表面的抗氧化高熵合金层。

作为优选，所述复合基材包括有以下组成成分：铬元素0.5～0.9％、钴元素0.4～0.8％、纳米碳化钨-钴硬质合金3～6％、铜元素4～6％、钨钛合金5～8％、碳化钛3～5％、氧化锰0.8～1.3％、纳米氮化硅/碳化硅粉1～2％，其余为铝元素。

作为优选，所述抗氧化高熵合金层为铝铬钨镍钴钛锰钼，厚度为0.5～1.5mm。

作为优选，所述陶瓷纤维包括有以下组成成分：硼化锆15～25％、硼化铪10～15％、硼化钛20～25％、碳化锆5～15％、碳化钽15～20％、碳化铪5～15％。

作为优选，所述碳硅纤维包括有以下组成成分：纳米碳管纤维40～60％和纳米碳化硅纤维40～50％。

作为优选，所述纳米碳管纤维的直径为5～20nm，纳米碳化硅纤维的直径为10～50nm。

作为优选，所述复合基材在铝基高韧性复合材料所占的质量百分比为75～90％。

作为优选，所述抗氧化高熵合金层在铝基高韧性复合材料所占的质量百分比为2～5％。

作为优选，所述铝基高韧性复合材料的制备方法包括有以下步骤：