[发明专利]一种NbCr2增强的铝基复合材料

说明书

本发明公开了一种高速列车制动盘用轻质、高强、耐磨的铝基复合材料，通过配料、混料、机械合金化和热压烧结等步骤制备而成。把NbCr₂作为有益的增强颗粒引入到铝合金中的新思路，细化了合金组织，协同增强了合金的强度、韧性和耐磨性等性能。

技术领域

本发明涉及铝基合金材料领域，具体的说，是涉及一种高强度铝基复合材料。

背景技术

目前列车普遍采用铸钢、铸铁制动盘具有如下不足之处：密度大增大了簧下重量，容易热疲劳裂纹并且裂纹容易扩展，造成制动盘存在安全隐患。随着我国高速铁路的快速发展，高速列车速度在200km/h以上，而轻量化是高速列车的关键技术之一，因此对制动盘的性能提出了更加严格的要求。目前CRH2型和CRH3型高速列车都采用铸钢制动盘，且都依赖于进口，国外公司对制动盘生产技术严格保密。因此加强制动盘基础科学问题及制备工艺的研究，打破制动盘长期依赖进口的被动局面开发具有自主知识产权的制动盘是目前的当务之急，开发新型轻质高速列车用制动盘具有非常重要的工程价值。

NbCr₂合金具有1770℃的熔点、密度为7.7g/cm³,具有高硬度、高耐磨性特点。目前，选择铝基复合材料的增强相主要有SiC颗粒，将NbCr₂用作铝合金的增强颗粒目前尚未见报道。中国专利“一种轴装式 SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘”（专利号：CN200510086696），采用SiC颗粒作为增强相，与本发明专利采用NbCr₂增强相的铝基复合材料明显不同。采用SiC作为增强颗粒，其强度得到了一定的提高，但其高温强度提高的并不明显，抗氧化、抗腐蚀性能没有得到改善。

另外，目前颗粒增强铝基复合材料的影响规律及机制还需要进一步揭示，关于改善铝基复合材料强度及塑性的研究是当前国际上急需解决的世界难题。关于增强颗粒种类、含量及颗粒结构、尺寸、形状、数量、分布对铝合金强度和塑性的影响机制尚不明确。很多研究人员试图在铝合金中添加一定数量的增强体，以期获得较好的综合力学性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度铝基复合材料，该铝基复合材料具有熔点高、低密度、高屈服强度和断裂强度等性能。

本发明高强度铝基复合材料的技术思想为：铝合金低密度、有较高的强度、有良好的铸造性能，良好的塑性性能。通过加入合适的增强颗粒，可以实现第二相颗粒强化及细化晶粒等的技术效果，进一步改善铝合金的室温和高温综合力学性能。NbCr₂具有熔点、高硬度、高耐磨性特点，是一种新型的增强颗粒。NbCr₂加入到铝合金中，因其扩散速度慢而抑制铝基体晶粒长大，在烧结过程中细化了合金组织，提高了合金的力学性能，显著提高了合金高温强度。

本发明加入适量的Mg可协同提高合金的力学性能，改善合金的加工性和耐腐蚀性能。

本发明加入适量的Si、Zn，可以改善合金的铸造性能及耐磨性。

本发明加入少量的Cu、Mn，可以提高合金的高温强度，改善铝基体的力学性能。

本发明加入少量的Cr、Ti，可以细化晶粒、提高合金耐热性。

本发明采用的技术方案是：一种高强度铝基复合材料，其特征在于：所述铝基复合材料含有下述重量百分比的组分：NbCr₂：5-10%，Mg：0.8-1.2%，Si：0.4-0.8%，Cu：0.15-0.4%，Mn： 0.15-0.18%，Zn：0.25-0.27%，Cr：0.04-0.35%，Ti：0.15-0.18%，Fe：≤0.7%，余量为Al及不可避免的杂质；

所述铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按照上述的重量百分比称取相应量的NbCr₂粉、镁粉、硅粉、铜粉、锰粉、锌粉、铬粉、钛粉，进行配料；