[发明专利]一种通过压力浸渗铝合金制备铝/碳基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种通过压力浸渗铝合金制备铝/碳基复合材料的方法，首先将石油焦、沥青焦、石墨和炭黑粉混合均匀，置入混捏机中预热后加入高温沥青捏合，粉碎后获得粉料；随后采用模压预成型和温压成型方式制备碳预制素坯，碳预制素坯再经高温煅烧后得到碳基多孔预制件；最后采用快速加压至2‑15MPa压力浸渗的方式在700‑800℃向碳基多孔预制件中浸渗液态铝合金，获得铝/碳基复合材料。本发明可制得具有优良耐磨性和自润滑性、低电阻率、低密度、结构均匀致密、较高的机械强度和冲击韧性等特点的铝/碳基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体地说是一种通过压力浸渗铝合金制备铝/碳基复合材料的方法。

背景技术

随着我国高速铁路和电气化铁路的飞速发展，降低铁路接触网导线和滑板的磨损，提高自润滑性能和使用寿命成为了世界铁路发展重要的研究项目。

电力机车的牵引动力通过受电弓滑板取自于与之相连的供电系统。受电弓滑板在供电系统中发挥着极其重要的作用。

受电弓滑板主要有三大类：粉末冶金滑板、纯碳滑板和浸金属碳滑板。粉末冶金滑板具有机械强度高和电阻率低的特点，但由于其对接触网导线磨损严重在一些工业发达国家逐渐被碳滑板取代。纯碳滑板自润滑性能优越，但强度较低，稳定性较差。浸金属碳基复合材料成为结合粉末冶金滑板和纯碳滑板二者优越性能的理想材料。现在较多出现的铜/碳基复合材料正在大量应用于现代高速铁路中，但由于铜与碳浸润性较差，铜/碳复合材料中存在较多缺陷影响了滑板整体的致密性、机械强度和运行稳定性，并且其密度仍然较高。

发明内容

本发明旨在提供一种通过压力浸渗铝合金制备铝/碳基复合材料的方法。本发明铝/碳基复合材料具有优良的耐磨和自润滑性、低电阻率、低密度、结构均匀致密、较高的机械强度和冲击韧性等优点。

本发明通过压力浸渗铝合金制备铝/碳基复合材料的方法，包括如下步骤：

步骤1：将平均粒径为45-180μm的石油焦、沥青焦、石墨和炭黑混合均匀，随后在混捏机中预热至100-140℃，将高温沥青加入混捏机混捏0.5-2h，高温沥青加入量占混合物料总重的10-40wt％(混合物料是指石油焦、沥青焦、石墨和炭黑以及高温沥青的总和)，混捏后冷却，再粉碎至250μm以下制得粉料；

步骤1中，石油焦、沥青焦、石墨和炭黑的配比按质量百分比构成为：

石油焦10-50wt％，沥青焦10-52wt％，石墨5-35wt％，炭黑粉1-5wt％。

步骤2：将步骤1所得粉料先在150-200MPa压力下预压成型，再在140-170℃、150-200MPa压力下温压成型并保持1-2h，获得碳预制素坯；

步骤3：将碳预制素坯置入碳化炉中，在氮气气氛下，以2-10℃/h升温至1100-1350℃，保温24-50h，随后冷却至室温制得碳基体；

步骤4：将碳基体与铝合金装入石墨模具中，置入压力熔渗炉中以20-40℃/min升温至700-800℃，并在1-10min内快速加压至2-15MPa的压力浸渗5-60min；自然冷却至室温后出炉，脱模得到铝/碳基复合材料。

所述高温沥青为粘结剂，其软化点为100-120℃，残碳率为50-60％wt％。调控高温沥青的加入量实现碳基体密度的可控，从而获得不同铝含量的铝/碳复合材料。

所述炭黑为N234炭黑。

所述铝合金为牌号6系列g高强导电铝合金，加入量为碳基体质量的10-40％。