[发明专利]一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料及其无压烧结制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料及其制备领域，特别涉及一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料及其无压烧结制备方法。

背景技术

锌铝合金（ZA8、ZA12、ZA22、ZA27等合金系列）具有良好的力学性能、机械加工性能及耐磨减摩性能，同时原材料成本低、熔化能耗小。但由于锌的熔点低（419.5℃），使得锌铝合金工作温度低、抗蠕变性能差、尺寸稳定性不足。为克服这些缺点以提高锌铝合金的使用性能，研究者们通过在锌铝合金中加入颗粒、晶须和纤维等增强相制得锌铝基复合材料，其耐温性能比锌铝合金有明显改善。锌铝基复合材料可替代青铜、黄铜、铝合金等材料，用于制造低速、中温条件使用的轴承、轴套、轴瓦等耐磨密封件，作为一种性能优良的耐磨减摩材料具有很高的经济性。

目前开发的锌铝基复合材料以加入颗粒增强相为主，包括碳化硅、氧化铝、碳化钛、硅及石墨颗粒等。复合材料制备工艺有熔体搅拌铸造法、喷射成型法、粉末热锻法、叠层复合法和原位生成复合法等。例如发明专利“喷射沉积纳米颗粒增强锌基复合材料及其制备方法”（申请号201010557276.1）采用喷射沉积技术制备了纳米碳化钛颗粒增强的锌铝基复合材料；发明专利“一种硅颗粒增强锌基复合材料的制备方法”（申请号200810155784.X）采用熔体浇注法制备了硅颗粒增强的锌基复合材料；发明专利“一种陶瓷粉末增强锌铝合金基复合材料的制备方法”（申请号201110341289.X）采用粉末热锻法制备了碳化硅、氧化铝、氧化锆等陶瓷颗粒增强的锌铝基复合材料；发明专利“原位颗粒增强锌基复合材料的制备方法”（申请号200710020458.3）采用熔体浇注法制备了Al₂O₃、TiB₂+Al₃Ti等陶瓷颗粒原位增强的锌铝基复合材料；发明专利“钛酸钾晶须增强锌铝合金复合材料及其制造方法”（申请号98113701.6）采用熔体挤压复合法制备了钛酸钾晶须增强的锌铝基复合材料。但已有的各种锌铝基复合材料也存在着一些难以克服的问题，如增强相与基体之间润湿性差，颗粒表面易于吸附气体导致材料内部缺陷，以及颗粒与基体之间热膨胀系数差异大造成界面脱开等，这些问题的存在显著影响了锌铝基复合材料的推广应用。为突破锌铝基复合材料发展的这一瓶颈，寻找更为适合的颗粒增强相无疑是一条行之有效的途径。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料，该复合材料中颗粒增强相分布均匀，与基体之间结合紧密，缺陷少，具有良好的物理性能和力学性能。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料的无压烧结制备方法，该方法工艺简单，成本低，适合批量生产。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料，该材料包含下述体积百分数的原料，钛铝碳5～45%，余量为锌铝合金。

优选地，所述钛铝碳为粒度在0.5～20μm的颗粒，其纯度大于90%；所述锌铝合金为粒度100～400目的粉末。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种无压烧结制备上述钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料的方法，该方法包括如下步骤：

1)称量钛铝碳粉和锌铝合金粉，将它们混合配料；

2)步骤1)中的混合配料合金化、过筛、得到均匀细化的混合粉末；

3)将步骤2)的混合粉末放入模具中，进行冷压成型；

4)将步骤3)冷压成型的坯体放入冷等静压机中进行冷等静压成型；

5)将步骤4)冷等静压成型的坯体进行无压烧结，制得钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料。

优选地，步骤2)所述合金化指机械合金化，所述机械合金化指在行星式球磨机中进行的机械合金化，所述机械合金化的合金条件为：球料比5:1～15:1，转速200～500r/min，球磨时间2～12小时。

优选地，步骤3)所述模具为钢模，所述冷压成型压强为50～200MPa。

优选地，步骤4)所述冷等静压是将坯体放入橡胶或塑料包套中，在100～300MPa压强下冷等静压成型。

优选地，步骤5)所述的烧结条件为在真空、氩气或氮气保护下以10～40℃/min的升温速率升至500～900℃，保温0.5～3小时后降温。