[发明专利]一种自润滑铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于金属零件增材制造领域，涉及一种自润滑铝基复合材料及其制备方法。本发明针对飞机动力装置用支撑密封环材料需求，使用激光直接沉积方法制备铝基复合材料，在铝基合金中加入石墨、氧化镧和层片状氮化硼粉末，使改良后的铝基复合材料具有优异的力学性能和稳定的摩擦系数，并且磨屑具有一定的自润滑效果；改良后的铝基复合材料可有效防止转子磨损，转子与封严环的间隙可以控制的更小。采用本发明设计的铝基复合材料和提供的增材制造方法制备的支撑密封圈，其封严效果和使用寿命均可得到提升。

技术领域

本发明属于金属零件增材制造领域，涉及一种自润滑铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

在现代飞机中铝合金仍然是最主要的机体结构材料。目前现役的铝合金材料的用量平均占机体结构重量的60％以上。

国外引进的某直升机动力装置提高了涡轮前温度和各功率状态下的转速，主要对压气机涡轮部件进行了改进，其一级导向器内支撑密封环与压气机涡轮转子轴上的蓖齿配合，进行空气密封。但该密封结构经使用一段时间后会发生磨损，磨屑和大的尺寸间隙导致封严效果变差，相应的转子件也遭到磨损，需要维修或更换配件。而该配件是一种未知的添加陶瓷颗粒的铝基复合材料，含有陶瓷成分，由于陶瓷/金属界面结合性差，很难通过熔焊或钎焊的焊接方式对零件进行修复。同时该材料脆性较大，机械切削性能差，目前国内尚无直接通过该材料毛坯加工成形零件的方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种自润滑铝基复合材料及其制备方法，以制备具有自润滑作用的金属密封结构件，其性能满足：室温弯曲压断载荷＞100N，摩擦系数＜0.4。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种自润滑铝基复合材料，复合材料基体为铝基合金，增强相为石墨、氧化镧和层片状氮化硼粉末，增强相体积占复合材料总体积的10％～20％，石墨+氧化镧和层片状氮化硼比例为体积比1～2.5:10，氧化镧体积占复合材料总体积的0.2％～0.8％，复合材料中增强相的尺寸为0.05μm～30μm。

进一步地，增强相体积占复合材料总体积的12％～15％，石墨+氧化镧和氮化硼比例为体积比1.5:10，复合材料中增强相的尺寸为0.5～1μm。

在另一种替代方案中，增强相体积占复合材料总体积的12％～15％，石墨+氧化镧和氮化硼比例为体积比2.0:10，复合材料中增强相的尺寸为1μm～10μm。

在另一种替代方案中，增强相体积占复合材料总体积的15％～18％，石墨+氧化镧和氮化硼比例为体积比1.5:8，复合材料中增强相的尺寸为0.5～1μm。

在另一种替代方案中，增强相体积占复合材料总体积的15％～18％，石墨+氧化镧和氮化硼比例为体积比2.0:8，复合材料中增强相的尺寸为1μm～10μm。

采用的铝基合金粉末，其化学成分按照质量百分比为：Si：9.00～10.00％、Mg：0.1～0.5％、O：0.02～0.12％、Fe：0～0.35％、铝：余量。

另一方面，提供一种制备权利要求1所述自润滑铝基复合材料的方法，采用激光直接沉积技术在铝合金板材上进行制备，所述铝基合金基板化学成分与铝基合金粉末的化学成分一致，采用双通道或单通道方式送粉；

激光增材制造的工艺参数为：激光功率1600W～2800W，扫描速度300mm/min～600mm/min，光斑直径1.0mm～2.5mm，保护气流量10L/min～30L/min。

所述双通道方式具体为：