本發(fā)明屬于汽車材料及制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)用鋁基葉片材料及制備方法。

背景技術(shù)：

汽車空調(diào)壓縮機(jī)是汽車空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，其功能是借助外力維持制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)，吸入來(lái)自蒸發(fā)器的低溫、低壓的制冷劑蒸汽，壓縮制冷劑蒸汽使其溫度和壓力升高，并將制冷劑蒸汽送往冷凝器，在熱量吸收和釋放的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)熱交換。目前我國(guó)汽車空調(diào)壓縮機(jī)主要分為斜盤式、渦旋式以及旋葉式三大類。旋葉式空調(diào)壓縮機(jī)的核心部件之一是旋轉(zhuǎn)葉片(每個(gè)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子上配置5-10片葉片)，并且轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)葉片將壓縮機(jī)氣缸分成若干個(gè)個(gè)空間(根據(jù)葉片數(shù)量)，當(dāng)主軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，這些空間的容積不斷發(fā)生變化，制冷劑蒸汽在這些空間內(nèi)也發(fā)生體積和溫度上的變化，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷。

目前汽車空調(diào)壓縮機(jī)的葉片材料主要包括鋼鐵材質(zhì)葉片、塑料材質(zhì)葉片，以及鋁合金材質(zhì)葉片。鋼鐵葉片由于其比重大、服役過(guò)程中噪音和震動(dòng)大，較難滿足壓縮機(jī)輕量化、低噪音的使用要求；塑料葉片則由于存在強(qiáng)度相對(duì)較低、易老化、不易回收等問(wèn)題，也限制了該類型葉片的使用。鋁合金葉片則具有比重低，強(qiáng)度高、容易塑性加工，熱膨脹系數(shù)小(有利于保持尺寸穩(wěn)定)、震動(dòng)小等綜合性能，已經(jīng)在旋葉式汽車空調(diào)壓縮機(jī)中獲得了很大的應(yīng)用。這類鋁合金在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮要保證葉片材料高的強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)，同時(shí)具有較好的耐沖擊性能，常在純鋁中添加Cu、Mg等合金元素來(lái)達(dá)到提高葉片力學(xué)性能的目的，同時(shí)添加入一定含量的Si，起到降低材料熱膨脹系數(shù)的效果，即Al-Cu-Mg-Si成分的鋁合金可在一定程度上滿足葉片的性能要求。例如目前已經(jīng)有采用鑄造法制備Al-Cu-Mg-(11～13)Si系合金葉片材料的報(bào)道。然而，Al-Cu-Mg-(11～13)Si系合金葉片材料的室溫強(qiáng)度僅能達(dá)到300～400MPa，熱膨脹系數(shù)為21～22×10^-6K^-1(25～200℃)，高溫強(qiáng)度200MPa左右，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：①因強(qiáng)度偏低導(dǎo)致葉片容易變形、磨損；②因熱膨脹系數(shù)偏大導(dǎo)致葉片尺寸變形、卡死在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子槽內(nèi)；③在壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高溫(200℃)工作環(huán)境下，由于葉片高溫強(qiáng)度低，會(huì)出現(xiàn)葉片軟化失效情況。為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)階段需要開發(fā)一種等新型的鋁合金葉片材料，該材料要求具有高的室溫強(qiáng)度和硬度、高的高溫強(qiáng)度、更低的熱膨脹系數(shù)、耐摩擦磨損等綜合性能。

本發(fā)明在上述技術(shù)背景下，開發(fā)一種新型的汽車空調(diào)壓縮機(jī)用鋁合金葉片材料，該材料在Al-Cu-Mg-Si系合金基礎(chǔ)上，通過(guò)添加Fe、Ni或Ag等元素來(lái)提高Al-Cu-Mg-Si合金的高溫耐熱性能(形成AlFe、AlFeNi、Ω等耐熱相)；添加更高含量(達(dá)到16～25％)的Si來(lái)降低材料的熱膨脹系數(shù)；添加具有優(yōu)異減磨潤(rùn)滑作用，超高硬度的Si₃N₄第二相顆粒來(lái)提高材料的強(qiáng)度硬度、降低材料的摩擦系數(shù)和磨損量，增加耐磨性。在上述思路下，本發(fā)明的新型葉片材料成分為Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-X(Fe,Ni,Ag)。

分析Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-X(Fe,Ni,Ag)成分，并結(jié)合材料學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)可知：①要保證葉片材料具有較高的力學(xué)性能，材料中的Si顆粒尺寸必須細(xì)小，不能出現(xiàn)鑄造方法中的大尺寸、板條狀過(guò)共晶Si(16～25％Si屬于過(guò)共晶Si，鑄造方法的Si組織粗大)。因此，葉片材料不能采用傳統(tǒng)的鑄造方法制備，只能采用快速凝固(如粉末冶金氣霧化快速冷卻)進(jìn)行制備，以便抑制Si顆粒的異常長(zhǎng)大。②要保證葉片材料具有高的高溫性能，例如在壓縮機(jī)200℃左右的工作環(huán)境下仍具有較高的高溫強(qiáng)度，必須要求材料中的AlFe、AlFeNi、Ω等耐熱相尺寸細(xì)小，不能出現(xiàn)類似鋳造法中出現(xiàn)的大尺寸耐熱相出現(xiàn)(割裂基體)，造成高溫強(qiáng)度低的現(xiàn)象。而細(xì)小的耐熱相組織只能采用快速凝固方法(例如粉末冶金氣霧化快冷工藝)進(jìn)行制備。③要保證減磨強(qiáng)化作用的Si₃N₄顆粒在鋁合金基體中均勻分散，必須采用合理的制備工藝，如粉末冶金工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)小顆粒的均勻分散(攪拌鋳造法雖也可實(shí)現(xiàn)Si₃N₄顆粒分散，但過(guò)高的制備溫度易造成合金中Si顆粒和耐熱相異常長(zhǎng)大，降低力學(xué)性能)。綜合考慮上述因素，本發(fā)明采用粉末冶金工藝制備新型Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-X(Fe,Ni,Ag)材料，獲得具有細(xì)小尺寸的Si顆粒和耐熱相組織、優(yōu)異的室溫和高溫強(qiáng)度、高硬度、低熱膨脹系數(shù)綜合性能的材料，并最終實(shí)現(xiàn)在汽車空調(diào)壓縮機(jī)葉片上的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有汽車空調(diào)壓縮機(jī)用葉片材料的不足，提供了一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)用鋁基葉片材料及制備方法，其特征在于，該材料由Al-Cu-Mg-Si-X合金和Si₃N₄組成，其中，Al-Cu-Mg-Si-X的體積分?jǐn)?shù)為90％～100％，Si₃N₄體積百分?jǐn)?shù)為0～10％；所述材料中Si顆粒和耐熱相尺寸不大于5μm，材料密度為2.72～2.85g/cm³，硬度90～98HRB，拉伸強(qiáng)度475～560MPa，延伸率1.0～3.0％，200℃時(shí)強(qiáng)度230～300MPa，摩擦系數(shù)0.20～0.36，磨損量14.5～23.6mg，熱膨脹系數(shù)為17.0～18.0×10^-6K^-1。

所述Al-Cu-Mg-Si-X合金中的X組元為Fe、Ni、Ag、Fe-Ni、Fe-Ag、Ni-Ag、Fe-Al、Ni-Al中的一種。

所述Al-Cu-Mg-Si-X合金中，按重量百分比計(jì)，各金屬成分的含量為：Cu含量為3.0～6.0％，Mg含量為0.8～1.8％，Si含量為16～25％，X含量為0～7％，余量為Al。

一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)用鋁基葉片材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將Al錠、Cu錠、Mg錠、Si塊，X組分按比例進(jìn)行配置，在真空爐內(nèi)加熱進(jìn)行熔煉制備Al-Cu-Mg-Si-X合金坯錠；

(2)對(duì)真空熔煉制備的Al-Cu-Mg-Si-X合金坯錠進(jìn)行氣霧化制粉；

(3)將Al-Cu-Mg-Si-X霧化粉末、Si₃N₄粉末按比例裝入球磨機(jī)中進(jìn)行混粉；

(4)將球磨混合后的Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-X粉末進(jìn)行冷等靜壓成型，將冷等靜壓后的坯錠裝入金屬包套進(jìn)行真空除氣，然后對(duì)真空除氣后的坯錠進(jìn)行擠壓成型；

(5)對(duì)擠壓后的坯料進(jìn)行固溶時(shí)效處理強(qiáng)化。

步驟(1)中所述Al錠、Cu錠、Mg錠、Si塊純度均>99.9％，X組元純度>99.5％；Al-Cu-Mg-Si-X坯錠真空熔煉溫度750～950℃，真空度≤10^-2Pa。

步驟(2)中Al-Cu-Mg-Si-X合金坯錠化料溫度750～950℃，保溫時(shí)間10-15min；氣霧化澆注溫度750～950℃，霧化保護(hù)氣氛為氮?dú)?、氬氣或氦氣中的一種，氣體純度≥99.5％。

步驟(3)中所述的Si₃N₄粉末的平均粒徑為1.0～10μm，純度>99.5％。

步驟(3)中所述的Si₃N₄粉末表面涂覆一層Cu或Ni金屬薄膜，薄膜的厚度為2nm～20nm，涂覆方式為電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積工藝中的一種。

步驟(4)所述冷等靜壓壓力為100～200MPa，保壓時(shí)間為10～30min，冷壓坯相對(duì)致密度為60％～80％。

步驟(4)所述真空除氣用金屬包套材質(zhì)為純Al或6061Al中的一種，包套厚度為2～6mm。

步驟(4)所述的真空除氣的溫度為420～560℃，保溫時(shí)間為30～90min。

步驟(4)所述的擠壓坯料加熱溫度420-520℃,擠壓模具溫度400～500℃，擠壓比為10:1～30:1。

步驟(5)中所述固溶溫度450～520℃，保溫時(shí)間1～3h；水冷，水溫20～30℃；時(shí)效溫度160～220℃，保溫時(shí)間2～10h。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

通過(guò)在Al-Cu-Mg-Si中加入特定含量、特定粒徑的Si₃N₄顆粒，進(jìn)一步增強(qiáng)了鋁合金基體的強(qiáng)度外，還提高了材料的耐磨性；在Al-Cu-Mg-Si中添加Fe、Ni、Ag元素形成耐熱相，提高了材料的高溫強(qiáng)度；在Al-Cu-Mg-Si中將Si含量進(jìn)一步增加到16～25％的程度，進(jìn)一步降低了材料的熱膨脹系數(shù)，利于材料尺寸穩(wěn)定。本發(fā)明的新型葉片材料具有密度低、高溫強(qiáng)度高、線膨脹系數(shù)低、耐磨損的綜合性能，能夠滿足汽車空調(diào)壓縮機(jī)葉片輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐磨、長(zhǎng)使用壽命的綜合要求。

傳統(tǒng)鑄造工藝由于制備溫度高(高于合金液相線)，合金中的Si顆粒和耐熱相(例如AlFe相)尺寸粗大，容易割裂基體，材料力學(xué)性能較差；本發(fā)明葉片的制備工藝為粉末冶金工藝，通過(guò)粉末氣霧化過(guò)程中的氮?dú)?氬氣、氦氣)等氣體的快速凝固作用，合金容易獲得尺寸細(xì)小的Si顆粒和耐熱相，有利于材料力學(xué)性能的提高；本發(fā)明采用的粉末冶金工藝為典型的固相工藝，燒結(jié)溫度低，在將氣霧化粉末制備成坯錠過(guò)程中，Si顆粒和耐熱相長(zhǎng)大程度較小，保持了細(xì)小顆粒組織，維持材料高的力學(xué)性能。

附圖說(shuō)明

圖1為5％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe材料光學(xué)顯微照片；

圖2是汽車空調(diào)壓縮機(jī)用鋁基葉片材料的制備工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種汽車空調(diào)壓縮機(jī)用鋁基葉片材料及制備方法，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。

如圖2所示，本發(fā)明葉片材料的制備工藝為：Al-Cu-Mg-Si-X(Fe,Ni,Ag)合金坯錠真空熔煉、氣霧制粉、Al-Cu-Mg-Si-X霧化粉末與Si₃N₄顆粒混合、冷等靜壓成型、冷壓坯錠裝包套、真空除氣、坯錠擠壓成型、固溶時(shí)效處理最后獲得葉片材料。

實(shí)施例1

本實(shí)施例所制備的葉片材料為Al-4.5Cu-1.0Mg-20Si-6.0Fe(4.5，1.0，20和6.0表示Cu、Mg、Si、Fe的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為4.5％，1.0％，20％，6.0％)。

首先將Al錠(純度>99.9％)、Cu錠(純度>99.9％)、Mg錠(純度>99.9％)、Si塊(純度>99.9％)、Al-Fe中間合金(雜質(zhì)<0.5％)按比例進(jìn)行配置，在真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉制備Al-Cu-Mg-Si-Fe合金坯錠，熔煉溫度850℃，真空度<10^-2Pa；對(duì)熔煉的Al-Cu-Mg-Si-Fe坯錠進(jìn)行氣霧化制粉，坯錠化料溫度850℃，氣霧化澆注溫度800℃，霧化介質(zhì)為氮?dú)?純度>99.5％)；將霧化后的粉末進(jìn)行冷等靜壓成型，冷等靜壓壓力120MPa，保壓時(shí)間20min；冷等靜壓后的坯錠裝入6061Al包套并進(jìn)行焊接，之后將包套放入井式電阻爐內(nèi)進(jìn)行真空除氣，除氣溫度550℃，真空度小于1×10^-2Pa；將真空除氣后帶包套的Al-Cu-Mg-Si-Fe坯料進(jìn)行熱擠壓，坯料加熱溫度500℃，擠壓模具加熱溫度500℃，擠壓比10:1；擠壓后的材料進(jìn)行固溶時(shí)效處理，固溶溫度510℃，保溫時(shí)間2h，25℃水冷。時(shí)效溫度160℃，保溫時(shí)間10h。

所得的Al-4.5Cu-1.0Mg-20Si-6.0Fe材料Si顆粒和耐熱相最大尺寸4μm，材料密度為2.79g/cm³，致密度接近100％，熱膨脹系數(shù)17.5×10^-6K^-1(25～200℃)，室溫拉伸強(qiáng)度480MPa，延伸率3.0％，硬度92HRB，200℃拉伸強(qiáng)度235MPa，平均摩擦系數(shù)為0.35(摩擦系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷100N，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分鐘)，磨損量為23.0mg(耐磨性實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷600N，轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘，測(cè)試時(shí)間20min)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例所制備的葉片材料為Al-4.6Cu-1.4Mg-22Si-6.5Ni(4.6，1.4，22和6.5表示Cu、Mg、Si、Ni的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為4.6％，1.4％，22％，6.5％)。

首先將Al錠(純度>99.9％)、Cu錠(純度>99.9％)、Mg錠(純度>99.9％)、Si塊(純度>99.9％)、Al-Ni中間合金(雜質(zhì)<0.5％)按比例進(jìn)行配置，在真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉制備Al-Cu-Mg-Si-Ni合金坯錠，熔煉溫度900℃，真空度<10^-2Pa；對(duì)熔煉的Al-Cu-Mg-Si-Ni坯錠進(jìn)行氣霧化制粉，坯錠化料溫度850℃，氣霧化澆注溫度780℃，霧化介質(zhì)為氦氣(純度>99.5％)；將霧化后的粉末進(jìn)行冷等靜壓成型，冷等靜壓壓力180MPa，保壓時(shí)間30min；冷等靜壓后的坯錠裝入6061Al包套并進(jìn)行焊接，之后將包套放入井式電阻爐內(nèi)進(jìn)行真空除氣，除氣溫度450℃，真空度小于1×10^-2Pa；將真空除氣后帶包套的Al-Cu-Mg-Si-Ni坯料進(jìn)行熱擠壓，坯料加熱溫度450℃,擠壓模具加熱溫度400℃，擠壓比15:1；擠壓后的材料進(jìn)行固溶時(shí)效處理，固溶溫度470℃，保溫時(shí)間2h，25℃水冷，時(shí)效溫度160℃，保溫時(shí)間10h。

所得的Al-4.6Cu-1.4Mg-22Si-6.5Ni材料的Si顆粒和耐熱相最大尺寸4.5μm，材料密度為2.79g/cm³，致密度接近100％，熱膨脹系數(shù)17.3×10^-6K^-1(25～200℃)，室溫拉伸強(qiáng)度475MPa，延伸率2.5％，硬度90HRB，200℃拉伸強(qiáng)度230MPa，平均摩擦系數(shù)為0.36(摩擦系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷100N，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分鐘)，磨損量為23.6mg(耐磨性實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷600N，轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘，測(cè)試時(shí)間20min)。

實(shí)施例3

本實(shí)施例所制備的葉片材料為5vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe，即Si₃N₄的含量為5vol.％；鋁合金的成分為Al-4.5Cu-1.0Mg-20Si-6.0Fe(4.5，1.0，20和6.0表示Cu、Mg、Si、Fe的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為4.5％，1.0％，20％，6.0％)，圖2為該材料的光學(xué)顯微照片。

首先將Al錠(純度>99.9％)、Cu錠(純度>99.9％)、Mg錠(純度>99.9％)、Si塊(純度>99.9％)、Al-Fe中間合金(雜質(zhì)<0.5％)按比例進(jìn)行配置，在真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉制備Al-Cu-Mg-Si-Fe合金坯錠，熔煉溫度800℃，真空度<10^-2Pa；對(duì)熔煉的Al-Cu-Mg-Si-Fe坯錠進(jìn)行氣霧化制粉，坯錠化料溫度850℃，氣霧化澆注溫度850℃，霧化介質(zhì)為氮?dú)?純度>99.5％)；將表面化學(xué)鍍Ni(鍍Ni層厚度20nm)處理的5vol.％Si₃N₄顆粒與Al-4.5Cu-1.0Mg-20Si-6.0Fe粉末進(jìn)行球磨混粉，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間20h，球料比2:1；將球磨后的5vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe粉末進(jìn)行冷等靜壓成型，冷等靜壓壓力150MPa，保壓時(shí)間20min；冷等靜壓后的坯錠裝入6061Al包套并進(jìn)行焊接，之后將包套放入井式電阻爐內(nèi)進(jìn)行真空除氣，除氣溫度530℃，真空度小于1×10^-2Pa；將真空除氣后帶包套的5vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe坯料進(jìn)行熱擠壓，坯料加熱溫度490℃，擠壓模具加熱溫度500℃，擠壓比10:1；擠壓后的材料進(jìn)行固溶時(shí)效處理，固溶溫度500℃，保溫時(shí)間1.5h，25℃水冷。時(shí)效溫度190℃，保溫時(shí)間10h。

所得的5vol.％Si₃N₄/Al-4Cu-Mg-Si-Fe材料的Si顆粒和耐熱相最大尺寸3.5μm，材料密度為2.81g/cm³，致密度接近100％，熱膨脹系數(shù)17.4×10^-6K^-1(25～200℃)，室溫拉伸強(qiáng)度535MPa，延伸率1.5％，硬度95HRB，200℃拉伸強(qiáng)度263MPa，平均摩擦系數(shù)為0.26(摩擦系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷100N，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分鐘)，磨損量為18.5mg(耐磨性實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷600N，轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘，測(cè)試時(shí)間20min)。

實(shí)施例4

本實(shí)施例所制備的葉片材料為10vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe，即Si₃N₄的含量為5vol.％；鋁合金的成分為Al-3.5Cu-1.3Mg-17Si-6.0Fe(3.5，1.3，17和6.0表示Cu、Mg、Si、Fe的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為3.5％，1.3％，17％，6.0％)。

首先將Al錠(純度>99.9％)、Cu錠(純度>99.9％)、Mg錠(純度>99.9％)、Si塊(純度>99.9％)、Al-Fe中間合金(雜質(zhì)<0.5％)按比例進(jìn)行配置，在真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉制備Al-Cu-Mg-Si-Fe合金坯錠，熔煉溫度800℃，真空度<10^-2Pa；對(duì)熔煉的Al-Cu-Mg-Si-Fe坯錠進(jìn)行氣霧化制粉，坯錠化料溫度850℃，氣霧化澆注溫度850℃，霧化介質(zhì)為氮?dú)?純度>99.5％)；將表面化學(xué)鍍Ni(鍍Ni層厚度15nm)處理的10vol.％Si₃N₄顆粒與Al-3.5Cu-1.3Mg-17Si-6.0Fe粉末進(jìn)行球磨混粉，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間20h，球料比2:1；將球磨后的5vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe粉末進(jìn)行冷等靜壓成型，冷等靜壓壓力150MPa，保壓時(shí)間20min；冷等靜壓后的坯錠裝入6061Al包套并進(jìn)行焊接，之后將包套放入井式電阻爐內(nèi)進(jìn)行真空除氣，除氣溫度530℃，真空度小于1×10^-2Pa；將真空除氣后帶包套的5vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe坯料進(jìn)行熱擠壓，坯料加熱溫度490℃，擠壓模具加熱溫度500℃，擠壓比20:1；擠壓后的材料進(jìn)行固溶時(shí)效處理，固溶溫度500℃，保溫時(shí)間1.5h，25℃水冷。時(shí)效溫度190℃，保溫時(shí)間10h。

所得的10vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe材料的Si顆粒和耐熱相最大尺寸4μm，材料密度為2.82g/cm³，致密度接近100％，熱膨脹系數(shù)17.2×10^-6K^-1(25～200℃)，室溫拉伸強(qiáng)度555MPa，延伸率1.0％，硬度97HRB，200℃拉伸強(qiáng)度275MPa，平均摩擦系數(shù)為0.20(摩擦系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷100N，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分鐘)，磨損量為15.0mg(耐磨性實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷600N，轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘，測(cè)試時(shí)間20min)。

實(shí)施例5

本實(shí)施例所制備的葉片材料為10vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe-Ni，即Si₃N₄的含量為10vol.％；鋁合金成分為Al-4.0Cu-1.5Mg-18Si-3.0Ni-3.0Fe(4.0，1.5，18和3.0，3.0表示Cu、Mg、Si、Ni、Fe的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為4.0％，1.5％，18％，3.0％，3.0％)。

首先將Al錠(純度>99.9％)、Cu錠(純度>99.9％)、Mg錠(純度>99.9％)、Si塊(純度>99.9％)、Al-Fe和Al-Ni中間合金(雜質(zhì)<0.5％)按比例進(jìn)行配置，在真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉制備Al-Cu-Mg-Si-Ni-Fe合金坯錠，熔煉溫度900℃，真空度<10^-2Pa；對(duì)熔煉的Al-Cu-Mg-Si-Ni-Fe坯錠進(jìn)行氣霧化制粉，坯錠化料溫度850℃，氣霧化澆注溫度900℃，霧化介質(zhì)為氮?dú)?純度>99.5％)；將表面化學(xué)鍍Cu(鍍Cu層厚度5nm)處理的10vol.％Si₃N₄顆粒與Al-4.0Cu-1.5Mg-18Si-3.0Ni-3.0Fe粉末進(jìn)行球磨混粉，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間15h，球料比5:1；將球磨后的10vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe-Ni粉末進(jìn)行冷等靜壓成型，冷等靜壓壓力150MPa，保壓時(shí)間20min；冷等靜壓后的坯錠裝入6061Al包套并進(jìn)行焊接，之后將包套放入井式電阻爐內(nèi)進(jìn)行真空除氣，除氣溫度530℃，真空度小于1×10^-2Pa；將真空除氣后帶包套的10vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe-Ni坯料進(jìn)行熱擠壓，坯料加熱溫度490℃，擠壓模具加熱溫度500℃，擠壓比10:1；擠壓后的材料進(jìn)行固溶時(shí)效處理，固溶溫度500℃，保溫時(shí)間1.5h，25℃水冷，時(shí)效溫度190℃，保溫時(shí)間10h。

所得的10vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Fe-Ni材料的Si顆粒和耐熱相最大尺寸4.5μm，材料密度為2.82g/cm³，致密度接近100％，熱膨脹系數(shù)17.1×10^-6K^-1(25～200℃)，室溫拉伸強(qiáng)度560MPa，延伸率1.0％，硬度98HRB，200℃拉伸強(qiáng)度280MPa，平均摩擦系數(shù)為0.21(摩擦系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷100N，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分鐘)，磨損量為14.5mg(耐磨性實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷600N，轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘，測(cè)試時(shí)間20min)。

實(shí)施例6

本實(shí)施例所制備的葉片材料為5vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Ag，即Si₃N₄的含量為5vol.％；鋁合金成分為Al-5.0Cu-0.8Mg-23Si-1.0Ag(5.0，0.8，23和1.0表示Cu、Mg、Si、Ag的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為5.0％，0.8％，23％，1.0％)。

首先將Al錠(純度>99.9％)、Cu錠(純度>99.9％)、Mg錠(純度>99.9％)、Si塊(純度>99.9％)、Ag錠(雜質(zhì)<0.5％)按比例進(jìn)行配置，在真空爐內(nèi)進(jìn)行熔煉制備Al-Cu-Mg-Si-Ag合金坯錠，熔煉溫度900℃，真空度<10^-2Pa；對(duì)熔煉的Al-Cu-Mg-Si-Ag坯錠進(jìn)行氣霧化制粉，坯錠化料溫度860℃，氣霧化澆注溫度900℃，霧化介質(zhì)為氬氣(純度>99.5％)；將表面化學(xué)鍍Cu(鍍Cu層厚度15nm)處理的5vol.％Si₃N₄顆粒與Al-5.0Cu-0.8Mg-23Si-1.0Ag粉末進(jìn)行球磨混粉，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間30h，球料比5:1；將球磨后的5vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Ag粉末進(jìn)行冷等靜壓成型，冷等靜壓壓力150MPa，保壓時(shí)間20min；冷等靜壓后的坯錠裝入6061Al包套并進(jìn)行焊接，之后將包套放入井式電阻爐內(nèi)進(jìn)行真空除氣，除氣溫度530℃，真空度小于1×10^-2Pa；將真空除氣后帶包套的5vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Ag坯料進(jìn)行熱擠壓，坯料加熱溫度450℃，擠壓模具加熱溫度400℃，擠壓比15:1；擠壓后的材料進(jìn)行固溶時(shí)效處理，固溶溫度470℃，保溫時(shí)間2h，25℃水冷。時(shí)效溫度180℃，保溫時(shí)間10h。

所得的5vol.％Si₃N₄/Al-Cu-Mg-Si-Ag材料的Si顆粒和耐熱相最大尺寸4.5μm，材料密度為2.72g/cm³，致密度接近100％，熱膨脹系數(shù)18.0×10^-6K^-1(25～200℃)，室溫拉伸強(qiáng)度539MPa，延伸率1.5％，硬度94HRB，200℃拉伸強(qiáng)度300MPa，平均摩擦系數(shù)為0.27(摩擦系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷100N，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分鐘)，磨損量為19.1mg(耐磨性實(shí)驗(yàn)條件為摩擦對(duì)偶GCr12，附加載荷600N，轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘，測(cè)試時(shí)間20min)。