[发明专利]氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料、其制备方法及应用

说明书

本申请涉及氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料、其制备方法及应用。该氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料包括粉末冶金铝基材料预制件，于所述预制件表面原位生成的氮化铝层及于所述氮化铝层表面原位生成且与所述氮化铝层钉扎结合的氮化硼层。该氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料，不仅具有良好的导热性能，而且耐磨性能也较好。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，特别是涉及氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体，以金属、非金属颗粒、晶须或纤维为增强体的非均质混合物，具有密度小，导电、导热性好，比强度、比模量高，耐高温，耐磨损，热膨胀系数小，尺寸稳定等优点，因此，采用铝基复合材料替代传统的制动盘体材料，成为目前轨道交通车辆轻量化的主要研究方向。

然而随着现代工业的快速发展，人们对铝基复合材料也提出了越来越高的要求，在要求材料具有高强度的同时，也对材料提出了更高的导热性以及更优异的耐磨性要求。使铝基复合材料具备良好的耐磨性的一个比较简单的方法就是增加增强体的体积含量，但是因增强体与铝基体之间的润湿性差，增加增强体体积含量势必增加制备难度，且随着增强体体积含量的增加，材料的导热性能也会受到限制。目前还有一种比较常用的方法是在铝基材料表面涂覆保护层，以保证在耐磨性方面的优点，但保护层与铝基材料的结合力差，在高温条件下容易发生剥离，影响行车安全。

发明内容

基于此，有必要提供一种氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料，该复合材料相较于传统的颗粒增强铝基复合材料，具有更好的导热性、耐磨性和高温稳定性，且制备方法简单。

一种氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料，包括粉末冶金铝基材料预制件，于所述预制件表面原位生成的氮化铝层及于所述氮化铝层表面原位生成且与所述氮化铝层钉扎结合的氮化硼层。

在其中一个实施例中，所述氮化铝层的厚度为5μm～500μm；所述氮化硼层的厚度为10μm～500μm。

上述氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料，采用包括粉末冶金铝基材料预制件、氮化铝层和氮化硼层的复合结构，相较于传统的颗粒增强铝基复合材料，具有更好的导热性和耐磨性。

此外，氮化铝层于预制件表面原位生成，氮化硼层于氮化铝层表面原位生成且与氮化铝层钉扎结合，可实现粉末冶金铝基材料预制件、氮化铝层和氮化硼层之间的强力结合，使得氮化铝层和氮化硼层不易从粉末冶金铝基材料预制件表面脱落，具有良好的高温稳定性。

此外，本申请还提供一种氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料的制备方法，具体方案如下：

一种氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

提供粉末冶金铝基材料预制件；

将所述预制件在含氮气的非氧化性气体氛围中压力烧结，以使所述预制件表面原位生成氮化铝层，得到氮化铝增强的铝基复合材料；

将所述氮化铝增强的铝基复合材料进行表面微纳孔处理后与硼源溶液充分接触，烧结与热处理，以使所述氮化铝层表面原位生成与所述氮化铝层钉扎结合的氮化硼层，得到所述氮化硼和氮化铝增强的铝基复合材料。

在其中一个实施例中，所述非氧化性气体中，氮气的体积含量为50％～100％。

在其中一个实施例中，所述非氧化性气体中还含有氢气，所述氢气的体积含量为0％～5％。

在其中一个实施例中，所述压力烧结的方法具体为：在0℃～600℃，0MPa，保温0.5～2小时；在600℃～660℃，0MPa～1MPa，保温2～4小时；在660℃～820℃，8MPa～12MPa，保温2～4小时。