[发明专利]一种增强增韧金属基层状复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种增强增韧金属基层状复合材料及其制备方法，以金属板为基体，以硬质陶瓷颗粒为增强相，将所述的增强相冷喷涂于基体表面得到喷涂后的金属板，将喷涂后的金属板与未喷涂的金属板进行轧制结合，形成层状复合板；以金属箔为增韧层，将金属箔夹在两个所述的层状复合板中间，进行累积叠轧得到增强增韧金属基层状复合材料。本发明在硬质颗粒强化的基础上，添加金属箔，以弥补非连续增强相导致复合板整体韧性不良的状况，使所制备的层状复合材料既保持了良好的强度，又兼具相对优异的韧性，从而满足一些尖端领域对材料的需求。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种增强增韧金属基层状复合材料及其制备方法。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料是以金属为基体，颗粒为增强相，通过一定工艺复合而成的一种新型材料。通常，金属基复合材料在添加颗粒增强相后，会获得相当优异的强度，但材料韧性会大幅度降低。如：通过粉末冶金法制备的Al-5wt.％Al₂O₃复合材料，随着添加Al₂O₃颗粒分布的均匀程度增高，复合材料的强度提高，但韧性和加工性能下降。为了使制备的复合材料在具有较高强度的同时，保持良好的韧性，研究者也关注了增强颗粒选取、分布状况、添加含量以及颗粒配比等，如：使用高能球磨结合热挤出工艺先制得5wt.％B₄C(20μm)单一增强纳米晶2024Al基复合材料，其抗拉强度为582MPa，应变为0.5％，加入30wt.％粗晶2024Al合金后，这种三相复合材料的抗拉强度降低为512MPa，应变增大为1.9％。这些方法会使复合板韧性有所提高，但依旧难以满足一些尖端领域对高强韧复合板的需求。

与添加短纤维、颗粒、晶须的增强方式相比，添加连续的金属箔使得该类材料在保证高强度的同时，兼顾良好的韧性，在力学性能方面显示出特有的优越性。同时，在制备的复合板中，连续金属箔可为基体承受部分外界载荷，使得复合板的强度和刚性得到提高的同时，还可以增加复合板韧性。

近年来，冷喷涂已经成为一种有前景的纯金属及其合金固态沉积技术。冷喷涂工艺的优势在于其工艺温度低，在加工过程中产生的热应力、氧化和相变小，从而确保起始原料粉末的特性保留在最终沉积物中。通过冷喷涂工艺，可以控制涂层厚度，抑制异种材料界面氧化。但涂层与基板间的结合很弱，且涂层通常表现出脆性。此外，冷喷涂工艺获得的涂层中会存在空洞与缺陷，严重影响复合板的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于改善传统技术的不足，同时丰富颗粒增强金属基复合材料的制备方法，提出一种增强增韧金属基层状复合材料及其制备方法，得到强度和韧性同时兼顾的金属基复合材料。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种增强增韧金属基层状复合材料的制备方法，以金属板为基体，以硬质陶瓷颗粒为增强相，将所述的增强相冷喷涂于基体表面得到喷涂后的金属板，将喷涂后的金属板与未喷涂的金属板进行轧制结合，形成层状复合板；

以金属箔为增韧层，将金属箔夹在两个所述的层状复合板中间，进行累积叠轧得到增强增韧金属基层状复合材料。

具体的，所述的硬质陶瓷颗粒的粒径大小为0.1μm～50μm，所述的增强相占基体的体积百分比为5％～50％。

具体的，所述的增韧层厚度为0.3～2mm。

具体的，所述的金属板包括Al、Cu和Ti中的一种或多种；所述的增强相包括SiC、Al₂O₃、SiO₂、B₄C、AlN和TiC等中的一种或多种；所述的金属箔包括Ti、Al和Cu中的一种或多种。

进一步的，将所述的增强相冷喷涂于基体表面得到喷涂后的金属板，具体包括：