专利名称：一种自润滑铝基复合材料及其制备方法
一种自润滑铝基复合材料及其制备方法技术领域禾发明涉及一种铝基复合材料及其制备方法。
技术背景自润滑材料分为高分子基、陶瓷基和金属基三大类，只有金属基材料适用 于高精度滑动部件。金属基自润滑材料主要有固体润滑剂镶嵌轴承材料、铝硅 和金-石墨自润滑复合材料、铁-石墨系含油自润滑复合材料、空间用银基自润 滑复合材料、镍合金基自润滑材料、青铜基自润滑复合材料等等目前，制备的自润滑材料的方法，普遍存在对设备要求较高，成本高，反 应物的残留导致材料性能差，例如强度较低、机械性能较差、精度损失大以及 材料的二次成型和机械加工困难的问题。fe明内容本发明为了解决现有的自润滑铝基复合材料在合成中对设备和环境的要 求较高，成本高，材料性能差以及材料的二次成型和机械加工困难的问题，而 提供的一种自润滑铝基复合材料及其制备方法。自润滑铝基复合材料按体积比由10% 40%的二硼化钛增强体颗粒、 10% 30%的铝颗粒或铝合金颗粒、5% 10%的氮化硼颗粒和余量的基体铝合 金制成；其中二硼化钛增强体颗粒的粒径为0.5 5pm，铝颗粒或铝合金颗粒 的粒径为5 10nm，氮化硼颗粒的粒径为0.5 5pm。自润滑铝基复合材料按以下方法进行制备 一、按体积百分比取10% 40%的二硼化钛增强体颗粒、10% 30%的铝颗粒或铝合金颗粒、5% 10%的 氮化硼颗粒和余量的基体铝合金；二、将除基体铝合金之外的颗粒状原材料混 合，得增强体粉末，然后将增强体粉末在15 40MPa的成型压力条件下，保 压20 40s预成型，得预制体，之后放入模具从室温升温到450 600。C;三、 将基体铝合金从室温升温到750 850°C，得熔融的基体铝合金溶液；四、将 熔融的基体铝合金溶液倒入装有增强体的模具中，然后在压力为25 45MPa 的条件下，保压10 20min;五、冷却后脱模，取出铸锭，即为自润滑铝基复合材料；其中二硼化钛增强体颗粒的粒径为0.5 5iim，铝颗粒或铝合金颗粒 的粒径为5 l(Him，氮化硼颗粒的粒径为0.5 5pm。本发明自润滑铝基复合材料在合成过程中通过控制增强体粉末的含量来 实现颗粒增强体体积分数的控制；由于降低了颗粒增强体的体积分数，同样使 得颗粒的分布也更加均匀，二次成型、机械加工也更加容易，并降低了对设备 的要^。摩擦系数的高低决定了自润滑性的好坏，本发明自润滑铝基复合材料的摩 擦系数仅为0.1 0.3，磨损量变小，因此本发明材料与材料之间的精度损失也 随之变小。本发明自润滑铝基复合材料与利用原位自生法制备的TiB2P/Al复合材料 相比，由于克服了界面上的有害的金属间化合物的形成，因此，具有较高的强 度和延伸率。与高体积分数的TiB2p/Al复合材料相比，具有良好的塑性，使复 合材料的二次热加工成为可能，可大大降低材料的加工成本。本发明自润滑铝基复合材料的制备方法简单、易操作、工艺容易控制。真体实施方式具体实施方式
一本实施方式自润滑铝基复合材料按体积比由10% 40%的二硼化钛增强体颗粒、10% 30%的铝颗粒或铝合金颗粒、5% 10%的氮化 硼颗粒和余量的基体铝合金制成；其中二硼化钛增强体颗粒的粒径为0.5 5pm，铝颗粒或铝合金颗粒的粒径为5 10pm，氮化硼颗粒的粒径为0.5 5|im。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是自润滑铝基 复合材料按体积比由20% 30%的二硼化钛增强体颗粒、15% 25%的铝颗粒 或铝合金颗粒、6% 8%的氮化硼颗粒和余量的基体铝合金制成。其它与具体 实施方式一相同。真体实施方式三本实施方式与具体实施方式
一或二的不同点是铝合金颗粒为锻铝或硬铝合金。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是基体铝合金为A1-Cu-Mg、 Al-Mg-Si、 Al-Zn-Mg。其它与具体实施方式
一相同。 本实施方式中的铝合金也可为其他系列的铝合金。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是自润滑铝基复合材料按体积比由25%的二硼化钛增强体颗粒、7.5%的氮化硼颗粒、20%的 铝颗粒和47.5%的基体铝合金制成。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式自润滑铝基复合材料按以下方法进行制备 一、按体积百分比取10% 40%的二硼化钛增强体颗粒、10% 30%的铝颗粒 或铝合金颗粒、5% 10%的氮化硼颗粒和余量的基体铝合金；二、将除基体 铝合金之外的颗粒状原材料混合，得增强体粉末，然后将增强体粉末在15 40M^a的成型压力条件下，保压20 40s预成型，得预制体，之后放入模具从 室温升温到450 600°C;三、将基体铝合金从室温升温到750 850°C，得熔 融的基体铝合金溶液；四、将熔融的基体铝合金溶液倒入装有增强体的模具中， 然后在压力为25 45MPa的条件下，保压10 20min;五、冷却后脱模，取 出铸锭，即为自润滑铝基复合材料；其中步骤一中二硼化钛增强体颗粒的粒径 为0.5 5pm，铝颗粒或铝合金颗粒的粒径为5 10pm，氮化硼颗粒的粒径为 0.5 5pm。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
六的不同点是步骤一中按体积百分比取20% 30%的二硼化钛增强体颗粒、15% 25%的铝颗粒或铝合 金颗粒、6% 8%的氮化硼颗粒和余量的基体铝合金。其它步骤及参数与具体 实施方式六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
六的不同点是步骤二中成型压力为20 30MPa。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
六的不同点是步骤二中保压时间为30s。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
六的不同点是步骤二中从室温升温到500 550°C。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
六的不同点是步骤二中升温到525'C。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
六的不同点是步骤三中将基体铝合金从室温升温到soo。c。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
六的不同点是步骤四中压力为40MPa。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。实施方式与具体实施方式
六的不同点是步骤四中保压15min。其它步骤及参数与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
十五本实施方式自润滑铝基复合材料按以下方法进行制备 一、按体积百分比取10%的二硼化钛增强体颗粒、10%的氮化硼颗粒和 30%的铝颗粒混合，得增强体粉末；二、将增强体粉末在20MPa的成型压力 条件下，保压30s预成型，得预制体，之后放入模具从室温升温到525。C;三、 将50。/。的基体铝合金升温到85(TC，得熔融的基体铝合金溶液；四、将熔融的 基体铝合金溶液倒入装有增强体的模具中，然后在压力为25MPa的条件下， 保压20min;五、冷却后脱模，取出铸锭，即为自润滑铝基复合材料；其中二 硼化钛增强体颗粒的粒径为l(im，铝颗粒粒径为5|im。本实施方式是采用销盘式磨损试验机在滑动速度为0.4m/s，载荷为50g， 滑动距离为2000m，在大气条件下与GCrl5轴承钢对磨时测得的摩擦系数为 为0.22，自身对磨的摩擦系数为0.13，磨损量为0.0010g，时效处理后的弹性 模量为95Gpa，拉伸强度为320Mpa，延伸率为6.8%。
具体实施方式
十六本实施方式自润滑铝基复合材料按以下方法进行制 备 一、按体积百分比取25%的二硼化钛增强体颗粒、7.5%的氮化硼颗粒和 20%的铝颗粒混合，得增强体粉末；二、将增强体粉末在40MPa的成型压力 条件下，保压20s预成型，得预制体，之后放入模具从室温升温到45(TC;三、 将W.5y。的基体铝合金升温到80(TC，得熔融的基体铝合金溶液；四、将熔融 的基体铝合金溶液倒入装有增强体的模具中，然后在压力为45MPa的条件下， 保压15min;五、冷却后脱模，取出铸锭，即为自润滑铝基复合材料；二硼化 钛增强体颗粒的粒径为3nm，铝颗粒粒径为7|im。本实施方式是采用销盘式磨损试验机在滑动速度为0.4m/s,载荷为50g， 滑动距离为2000m，在大气条件下与GCrl5轴承钢对磨时测得的摩擦系数为 为0.19，自身对磨的摩擦系数为0.10，磨损量为0.0006g，时效处理后的弹性 模量为125GPa，拉伸强度为447MPa，延伸率为5.3%。
具体实施方式
十七本实施方式自润滑铝基复合材料按以下方法进行制 备 一、按体积百分比取40%的二硼化钛增强体颗粒、5%的氮化硼颗粒和100/。 的铝颗粒混合，得增强体粉末；二、将增强体粉末在30MPa的成型压力条件下，保压30s预成型，得预制体，之后放入模具从室温升温到450°C;三、将 45%的基体铝合金升温到800°<3，得熔融的基体铝合金溶液；四、将熔融的基 体铝合金溶液倒入装有增强体的模具中，然后在压力为45MPa的条件下，保 压15min;五、冷却后脱模，取出铸锭，即为自润滑铝基复合材料；二硼化钛 增强体颗粒的粒径为3pm，铝颗粒粒径为7pm。本实施方式是采用销盘式磨损试验机在滑动速度为0.4m/s，载荷为50g， 滑动距离为2000m，在大气条件下与GCrl5轴承钢对磨时测得的摩擦系数为 0.16，自身对磨的摩擦系数为0.07，磨损量为0.0002g，时效处理后的弹性模 量为'180Gpa，拉伸强度为545Mpa，延伸率3.1%。
权利要求
1、一种自润滑铝基复合材料，其特征在于自润滑铝基复合材料按体积比由10％～40％的二硼化钛增强体颗粒、10％～30％的铝颗粒或铝合金颗粒、5％～10％的氮化硼颗粒和余量的基体铝合金制成；其中二硼化钛增强体颗粒的粒径为0.5～5μm，铝颗粒或铝合金颗粒的粒径为5～10μm，氮化硼颗粒的粒径为0.5～5μm。
2、 根据权利要求1所述的自润滑铝基复合材料，其特征在于自润滑铝基 复合材料按体积比由20% 30%的二硼化钛增强体颗粒、15% 25%的铝颗粒 或铝合金颗粒、6% 8%的氮化硼颗粒和余量的基体铝合金制成。
3、 根据权利要求1或2所述的自润滑铝基复合材料，其特征在于铝合金 颗粒为锻铝或硬铝合金。
4、 根据权利要求1所述的自润滑铝基复合材料，其特征在于基体铝合金 为Al-Cu-Mg、 Al-Mg-Si或Al-Zn-Mg。
5、 如权利要求1所述的一种自润滑铝基复合材料的制备方法，其特征在 于自润滑铝基复合材料按以下方法进行制备 一、按体积百分比取10% 40% 的二硼化钛增强体颗粒、10% 30%的铝颗粒或铝合金颗粒、5% 10%的氮化 硼颗粒和余量的基体铝合金；二、将除基体铝合金之外的颗粒状原材料混合， 得增强体粉末，然后将增强体粉末在15 40MPa的成型压力条件下，保压20 40s预成型，得预制体，之后放入模具从室温升温到450 60(TC;三、将基体 铝合金从室温升温到750 850°C，得熔融的基体铝合金溶液；四、将熔融的 基体^合金溶液倒入装有增强体的模具中，然后在压力为25 45MPa的条件 下，保压10 20min;五、冷却后脱模，取出铸锭，即为自润滑铝基复合材料； 其中步骤一中二硼化钛增强体颗粒的粒径为0.5 5pm，铝颗粒或铝合金颗粒 的粒径为5 10pm，氮化硼颗粒的粒径为0.5 5pm。
6、 根据权利要求5所述的一种自润滑铝基复合材料的制备方法，其特征 在于步骤二中成型压力为20 30MPa。
7、 根据权利要求5所述的一种自润滑铝基复合材料的制备方法，其特征 在于步骤二中保压时间为30s。
8、 根据权利要求5所述的一种自润滑铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤四压力为40MPa。
9、根据权利要求5所述的一种自润滑铝基复合材料的制备方法，其特征 在于步骤四中保压15min。
全文摘要
一种自润滑铝基复合材料及其制备方法，它涉及一种铝基复合材料及其制备方法。它解决了现有自润滑铝基复合材料在合成中对设备要求较高，成本高，材料性能差以及材料的二次成型和机械加工困难的问题。自润滑铝基复合材料由二硼化钛增强体颗粒、铝颗粒或铝合金颗粒、氮化硼颗粒和基体铝合金制成。制备方法1.按体积百分比称取原材料；2.将除铝合金外的原材料混合、预成型后，得预制体，将预制体放入模具并加热；3.将铝合金加热至熔融；4.浇铸到模具内，进行压力浸渗；5.冷却后脱模，即得。本发明自润滑铝基复合材料具有良好的强度和弹性模量，低摩擦系数，高耐磨性，而且具有良好的塑性，可实现热加工成型。本发明制备方法简单、易操作、工艺容易控制。
文档编号B22D19/02GK101328553SQ20081006478
公开日2008年12月24日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者修子扬, 姜龙涛, 康鹏超, 强 张, 武高辉, 苟华松, 陈国钦 申请人:哈尔滨工业大学