本發(fā)明涉及一種AlMgB₁₄/Si復(fù)合材料及其制備方法，屬于耐磨材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

AlMgB₁₄是一種新型的陶瓷材料，具有極高的硬度（32~35 GPa）、良好的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性（Scripta Materialia, 2000, 42: 597-602），且在濕潤的環(huán)境下具有一定的自潤滑性能（Surface & Coatings Technology, 2010, 205: 2296-301）。可用作刀具材料來切削加工性能差的合金材料，如鈦合金（Tribology International, 2009, 42: 706-13）；也可用作耐磨防護(hù)涂層（US2005/0100748, CN 102128009 A）保護(hù)工件延長其使役壽命、提高工作效率（Wear, 2011, 271: 2111-5）。

然而，AlMgB₁₄的韌性較差僅3~4 MPa?m^1/2，難以制備大尺寸純AlMgB₁₄塊體材料。截止目前，已報道的純AlMgB₁₄塊體材料尺寸均不超過13 mm（Tribology International, 2009, 42: 706-13）。研究人員往往采用復(fù)合化手段來改善AlMgB₁₄的韌性，已添加的顆粒相包括Co-17 at.% Mn、碳納米管、SiC晶須（CN 104591769 A）、TiB₂、AlN、TiC等，其中Co-17 at.% Mn雖能明顯提高AlMgB₁₄韌性，但顯著降低其硬度（Journal of Alloys and Compounds, 2004, 366:145-51），而添加TiB₂對其硬度和韌性均有不同程度的提高，同時隨著TiB₂含量增加到70 wt.%，材料的耐磨性也得到提高（Tribology International, 2009, 42: 706-13）。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種AlMgB₁₄/Si復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明制備的AlMgB₁₄/Si復(fù)合材料具有高硬度、良好的耐磨性和優(yōu)異的自潤滑性能。

一種AlMgB₁₄/Si復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料由5~45 wt.% Si粉和55~95 wt.% AlMgB₁₄粉組成。

如上所述AlMgB₁₄/Si復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：將Si粉和AlMgB₁₄粉混合，在低能球磨機(jī)中以200~350 r/min的速度混合2~5 h，球料比為1.2:1~2:1，將球磨后的粉料放入石墨模具中，然后置于等離子燒結(jié)爐中燒結(jié)（SPS），加載30 MPa，升溫速率50~300℃/min（其中溫度低于1000℃時升溫速率為100~300℃/min，高于1000℃時為50℃/min），當(dāng)溫度達(dá)到1250~1500℃時，保溫保壓5~10 min，然后關(guān)閉加熱電源，隨爐冷卻。

本發(fā)明所制備的復(fù)合材料的尺寸直徑為20~30 mm，厚度為4~10 mm。制備復(fù)合材料的硬度為27~32 GPa，韌性為4~6 MPa?m^1/2，磨損率為10^-6 mm³/N m量級，摩擦系數(shù)在0.10~0.45之間。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：（1）Si的加入在不降低AlMgB₁₄硬度的前提下提高其韌性，從而能夠制備尺寸較大的塊體材料。（2）Si的加入提高AlMgB₁₄材料的耐磨性并降低其摩擦系數(shù)。（3）制備過程中使用的SPS的燒結(jié)法，具有燒結(jié)速度快，能量高等特點，能夠有效降低燒結(jié)溫度，節(jié)約能源，降低加工成本。

附圖說明

圖1為純AlMgB₁₄和AlMgB₁₄-30% Si復(fù)合材料在不同載荷條件下的磨損率。

圖2為純AlMgB₁₄和AlMgB₁₄-30% Si復(fù)合材料在不同載荷條件下的摩擦系數(shù)。

具體實施方式

實施例1

將5 wt.% Si粉與95% wt.% AlMgB₁₄粉混合，在球磨機(jī)中以300 r/min的速度混合4.5 h，球料比為2:1，將混合均勻的粉料放入石墨模具中，然后置于放電等離子燒結(jié)爐中加熱，加載30 MPa，升溫速率在溫度低于1000℃時為100℃/min，高于1000℃時為50℃/min，保溫10 min。然后關(guān)閉電源，隨爐冷卻。

實施例2

將30 wt.% Si粉與70 wt.% AlMgB₁₄粉混合，在球磨機(jī)中以250 r/min的速度混合4 h，球料比為1.5:1，將混合均勻的粉放入石墨模具中，然后置于放電等離子燒結(jié)爐中燒結(jié)，加載30 MPa，升溫速率在溫度低于1000℃時為200℃/min，高于1000℃時為50℃/min，保溫8 min。然后關(guān)閉電源，隨爐冷卻。

實施例3

將40 wt.% Si粉與60 wt.% AlMgB₁₄粉混合，在球磨機(jī)中以200 r/min的速度混合3 h，球料比為1.25:1，將混合均勻的粉放入石墨模具中，然后置于放電等離子燒結(jié)爐中燒結(jié)，加載30 MPa，升溫速率在溫度低于1000℃時為250℃/min，高于1000℃時為50℃/min，保溫5 min。然后關(guān)閉電源，隨爐冷卻。