專利名稱：一種鋁-鎢復合材料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種金屬復合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁基復合材料具有低密度、高拉伸強度、高彈性模量和高耐磨性等優(yōu)點。因此，鋁基復合材料在航空航天中具有很大的應用潛能。目前生產(chǎn)鋁基復合材料的方法大多為擠壓鑄造法、無壓浸滲法和噴射成形法，這些方法存在一定的缺點，比如強化顆粒在基體中分散不均勻，強化顆粒與鋁基體潤濕性差，制備的復合材料孔隙度高和較低的經(jīng)濟效益等。累積疊軋焊做為一種嶄新的方法克服了上述的缺點，近年來，人們利用該方法已經(jīng)生產(chǎn)出了多種鋁基復合材料，比如B4C強化鋁基復合材料，SiCp強化鋁基復合材料，Al2O3強化鋁基復合材料，SiO2強化鋁基復合材料，ZrO2強化鋁基復合材料和ZnO2強化鋁基復合材料。這些鋁基復合材料的增強相均為陶瓷顆粒，因此，他們的導電性能受到了很大程度的限制。靜電積聚嚴重地威脅了航空組件的安全。因此，在選擇航空組件的材料時，電導率必須要考慮在內(nèi)。用硬度較高的金屬鎢顆粒增強鋁基復合材料有可能在不犧牲原有鋁基復合材料優(yōu)良力學性能的前提下解決它們導電率低下的問題，進而達到航空組件材料的要求。到目前為止， 通過累積疊軋焊方法生產(chǎn)純金屬顆粒增強鋁基復合材料的報道至今還尚未發(fā)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高強度、高硬度、優(yōu)異導電性能的鋁-鎢復合材料及其制備方法。本發(fā)明主要是利用工業(yè)純鋁板材和適量的純鎢金屬顆粒作為原料，借助于累積疊軋焊手段，可得到具有優(yōu)異力學性能和導電性能的鋁-鎢復合材料。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一、本發(fā)明的鋁-鎢復合材料為純鎢顆粒增強鋁基復合材料，鎢在鋁中的含量體積比為1. 4%-4. 2%O二、上述鋁-鎢復合材料的制備方法
I、原材料退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板材和直徑為10-15 μ m的純鎢顆粒。2、合成復合板材將鋁板表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗。將體積比為O. 35%-1. 05%的純鎢顆粒均勻鋪在兩片鋁板之間；將兩片板材疊放好后放入馬弗爐中， 加熱溫度為280-350°C，加熱5-20分鐘后在軋機上進行軋制。軋制的過程中不使用潤滑油， 軋制速度為0.4-0. 8m/s，壓下量為50%。軋制完成后空冷至室溫。以上過程為第一道次軋制。將第一道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒，其加熱、軋制與第一道次相同。重復剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、加熱和軋制至第4道次。合成出鎢體積比為I. 4%-4. 2%的鋁-鎢復合材料板材。3、顆粒均勻化處理在不加入純鎢顆粒的條件下，將上述合成的鋁-鎢復合材料板材按照上述方法進行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明的鋁基復合材料在不破壞純鋁優(yōu)良導電性能的前提下，力學性能得到了大幅的提高。其屈服強度為130-152MPa、抗拉強度為 145-160MPa、布氏硬度為50-63HB，分別為退火態(tài)1060工業(yè)純鋁的3. 25-3. 8倍、I. 812-2倍和I. 72-2. 172倍。由于制備該種復合材料時，沒有引入金屬間化合物，所以導電性能良好， 其導電率為2. 70-2. 83 μ Ω · cm，分別為退火態(tài)1060工業(yè)純鋁、2024 Τ3態(tài)鋁合金、5052 Hl 態(tài)鋁合金、6061 Τ6態(tài)鋁合金、7075 Τ6態(tài)鋁合金的I. 01-1. 04倍、O. 46-0. 48倍、O. 54-0. 56 倍、O. 68-0. 7 倍和 O. 52-0. 54 倍。


圖I為本發(fā)明實施例I獲得的復合材料板材的XRD圖譜。圖2為本發(fā)明實施例I獲得的復合材料板材的金相圖。具體的實施方式
實施例I
將尺寸為150mmX IOOmmX 7mm的退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板(西南鋁業(yè)有限公司生產(chǎn))表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗。將直徑為10-15 μ m的14g純鎢顆粒(上海水田材料科技有限公司生產(chǎn))均勻鋪在兩片鋁板之間，兩片鋁板疊放好后放入溫度為280°C 馬弗爐中，加熱5分鐘后在直徑為300mm，長度為220mm的軋機上進行軋制。軋制的過程中不使用潤滑油，軋制速度和壓下量分別為O. 6m/s和50%。軋制完成后空冷至室溫。將首道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒(Hg)，在280°C加熱5分鐘后進行第2道次軋制。軋制條件與第一道次相同。重復剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、加熱和軋制至第4道次。最后合成出Al/1. 4vol%ff復合材料板材。將合成的復合材料板材進行 11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。最終得到顆粒分布均勻的Al/1. 4vo 1%W復合材料板材。實施例2
將尺寸為150mmX IOOmmX 7mm的退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板(西南鋁業(yè)有限公司生產(chǎn))表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗。將直徑為10-15 μ m的29g純鎢顆粒(上海水田材料科技有限公司生產(chǎn))均勻鋪在兩片鋁板之間，兩片鋁板疊放好后放入溫度為350°C 馬弗爐中，加熱10分鐘后在直徑為300mm，長度為220mm的軋機上進行軋制。軋制的過程中不使用潤滑油，軋制速度和壓下量分別為O. 4m/s和50%。軋制完成后空冷至室溫。將首道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒(29g)，在350°C加熱10分鐘后進行第2道次軋制。軋制條件與第一道次相同。重復剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、力口熱和軋制至第4道次。最后合成出Al/2. 8vol%W復合材料板材。將合成的復合材料板材進行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。最終得到顆粒分布均勻的Al/2. 8vo 1%W 復合材料板材。
實施例3
將尺寸為150mmX IOOmmX 7mm的退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板(西南鋁業(yè)有限公司生產(chǎn))表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗。將直徑為10-15μπι的44.3 g純鎢顆粒 (上海水田材料科技有限公司生產(chǎn))均勻鋪在兩片鋁板之間，兩片鋁板疊放好后放入溫度為310°C馬弗爐中，加熱20分鐘后在直徑為300mm，長度為220mm的軋機上進行軋制。軋制的過程中不使用潤滑油，軋制速度和壓下量分別為O. 8m/s和50%。軋制完成后空冷至室溫。將首道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒(44. 3g)，在310°C加熱20分鐘后進行第2道次軋制。軋制條件與第一道次相同。重復剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、加熱和軋制至第4道次。最后合成出Al/4.2vol%W復合材料板材。將合成的復合材料板材進行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。最終得到顆粒分布均勻的Al/4. 2vo 1%W復合材料板材。對最終得到的鋁-鎢復合材料板材進行拉伸、硬度和電阻率測試。室溫單軸拉伸試驗在Instron5982力學性能測試系統(tǒng)上進行，拉伸速率為5X10_4 · s'布氏硬度性能測試在IOmm直徑鋼球，500kgf載荷條件下進行。室溫電阻率測試在PPMS-9物理性能分析系統(tǒng)上進行，實驗采用標準4線連接方法。本發(fā)明AMMCs的室溫力學性能為拉伸強度彡145MPa，屈服強度彡130MPa，伸長率彡3. 8%，布氏硬度彡50HB,電阻率彡2. 83μ Ω · cm。測試的具體數(shù)據(jù)見表I。表I本發(fā)明獲得的鋁基復合材料力學及導電性能測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鋁-鎢復合材料，其特征在于其為純鎢顆粒增強鋁基復合材料，鎢在鋁中的含量體積比為1. 4%-4· 2%。
2.上述鋁-鎢復合材料的制備方法，其特征在于 Cl)原料為退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板材和直徑為10-15 μ m的純鎢顆粒； (2)將鋁板表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗，將體積比為O.35%-1. 05%的純鎢顆粒均勻鋪在兩片鋁板之間，將兩片板材疊放好后放入馬弗爐中，加熱溫度為280-3500C，加熱5-20分鐘后在軋機上進行軋制，軋制的過程中不使用潤滑油，軋制速度為O.4-0. 8m/s，壓下量為50%，軋制完成后空冷至室溫，以上過程為第一道次軋制； 將第一道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對板材表面進行打磨、清洗，在切斷后的兩板材之間均勻鋪放與第一道次質(zhì)量相同的純鎢顆粒，其加熱、軋制與第一道次相同，重復剪切、打磨清洗、鋪放純鎢顆粒、疊放、加熱和軋制至第4道次，合成出鎢體積比為I. 4%-4. 2%的鋁-鎢復合材料板材； (3)在不加入純鎢顆粒的條件下，將上述合成的鋁-鎢復合材料板材按照上述方法進行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。
全文摘要
一種鋁-鎢復合材料，其鎢在鋁中的含量體積比為1.4%-4.2%，其制備方法主要是將純鎢顆粒均勻鋪在兩鋁板之間，加熱到280-350℃，加熱5-20分鐘后在軋機上進行軋制，軋制速度為0.4-0.8m/s，壓下量為50%，軋制后空冷至室溫，反復四次，再對上述合成的復合材料板材按照上述方法進行11次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制。本發(fā)明的鋁-鎢復合材料具有高強度、高硬度、優(yōu)異導電性能的優(yōu)點，其屈服強度為130-152MPa、抗拉強度為145-160MPa、布氏硬度為50-63HB；導電率為2.70-2.83μΩ·cm。
文檔編號C22C1/00GK102703768SQ20121007155
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者劉崇宇, 劉日平, 王強, 賈元智, 馬明臻 申請人:燕山大學