[发明专利]一种铝基复合材料

说明书

技术领域

本发明属于铝合金领域，具体是指在铝合金母材中含有增强材料的铝基复合材料。

背景技术

为了提高金属材料的特性，使用在作为母材的金属材料中含有增强材料的复合材料。在该复合材料中，有母材为铝、增强材料为氧化铝颗粒的铝基复合材料。

该铝基复合材料，金属材料中含有的增强材料有可能与金属材料中的元素发生化学反应。若增强材料与金属材料中的元素发生化学反应，则增强材料的形状改变，难以维持作为复合材料的强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝基复合材料技术方案，通过本技术方案能够提高将氧化铝用作增强材料的复合材料的特性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种铝基复合材料，是以铝合金为母材，并且在该母材中含有氧化铝颗粒和氧化铝纤维的增强材料的铝基复合材料，所述铝基复合材料包含形成于所述增强材料表面的尖晶石层以及形成于该尖晶石层表面的氮化铝层；在增强材料表面与尖晶石层之间还形成有辅助尖晶石层。

所述氧化铝颗粒与氧化铝纤维的体积比为3：1。

所述辅助尖晶石层的厚度为增强材料平均直径的2％-5％。

所述尖晶石层厚度为辅助尖晶石层厚度的2-3倍。

在所述尖晶石层的外表面还形成有一层氮化铝层。

本发明的有益效果是：

通过本技术方案的铝基复合材料的性能有较大的提高，抑制铝基复合材料变脆。

具体实施方式

一种铝基复合材料，是以铝合金为母材，并且在该母材中含有氧化铝颗粒和氧化铝纤维的增强材料的铝基复合材料，所述铝基复合材料包含形成于所述增强材料表面的尖晶石层以及形成于该尖晶石层表面的氮化铝层；在增强材料表面与尖晶石层之间还形成有辅助尖晶石层。通过在增强材料的表面形成辅助尖晶石层，能够容易增加尖晶石层整体的厚度，能够使铝合金更加良好地密合在增强材料的表面上。

尖晶石层是氧化铝与氮化镁反应生成的氧化物层。该尖晶石层优选以均匀的厚度形成于增强材料的表面。

辅助尖晶石层与尖晶石层同样地是由氧化铝与氮化镁反应生成的氧化物层。该辅助尖晶石层优选以均匀的厚度形成于增强材料的表面区域。

所述氧化铝颗粒与氧化铝纤维的体积比为3：1。

所述辅助尖晶石层的厚度为增强材料平均直径的2％-5％。

所述尖晶石层厚度为辅助尖晶石层厚度的2-3倍。

在所述尖晶石层的外表面还形成有一层氮化铝层。

由增强材料和氮化镁(Mg3N2)形成的尖晶石层、形成该尖晶石层时产生的氮气与铝合金的熔液发生反应，形成氮化铝，所以铝合金和增强材料之间的密合性提高。即，通过在尖晶石层的表面形成氮化铝层，能够使铝合金非常良好地与增强材料的表面密合。

为了使铝合金含有增强材料，采用使熔融的铝合金(熔液)渗透到增强材料之间的间隙中的方法。此时，铝合金与增强材料接触，铝合金的成分有可能与增强材料反应。

铝基复合材料的制造方法，所述铝基复合材料是以铝合金为母材，并且在该母材中含有氧化铝颗粒和氧化铝纤维的增强材料的铝基复合材料。

所述制造方法包括：预先在所述增强材料的表面上形成辅助尖晶石层的工序；将所述增强材料和镁混合，形成混合粉体的工序；在该混合粉体上放置铝合金坯料的工序；在0.8MPa-1.0MPa氮气气氛中将该坯料和所述混合粉体加热到镁的升华温度以上20℃-50℃并维持温度5小时，使所述混合粉体中的镁升华的工序；升华的镁与所述氮气反应生成氮化镁，该氮化镁与所述增强材料的氧化铝反应，从而在增强材料的表面上形成尖晶石层的工序；以及形成了该尖晶石层之后，通过加热到所述坯料的熔点温度，使熔融的铝合金渗透到所述混合粉体内，同时在所述尖晶石层的表面形成氮化铝的工序。

预先在增强材料的表面上形成辅助尖晶石层，可以容易地增加尖晶石层整体的厚度。由此，能够进一步使铝合金密合在增强材料的表面上。由于能够控制尖晶石层整体的厚度，因此容易得到符合要求的材料特性的复合材料。

在升华所述镁的工序中，优选在加热到所述镁的升华温度之后，保持该升华温度。因此，镁缓慢升华。由此，可以使镁较长时间停留于增强材料的表面上，从而能够在增强材料的表面上均匀地形成尖晶石层，因此能够更加可靠地确保铝基复合材料的强度。

所述镁，优选粒径为100μm～300μm的粉末。在其它实施例中，镁可以以块状添加，或者作为铝合金中的成分元素添加。