本發(fā)明屬于鋁基復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有物理結(jié)合界面的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、niti(smas)在受到外部刺激時(shí)，會(huì)發(fā)生馬氏體相變。利用smas的形狀記憶效應(yīng)或超彈性變形，使其在材料受外力過(guò)程中發(fā)生變形而發(fā)揮能量耗散和相變?cè)鲰g的作用。先前的研究已經(jīng)表明了niti合金增強(qiáng)的al、mg和ag復(fù)合材料的力學(xué)性能得到較大改善。niti合金獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)(sme)或超彈性變形已經(jīng)被用來(lái)對(duì)基體施加壓縮應(yīng)力，從而增強(qiáng)了復(fù)合材料的延性和抗疲勞性。

2、然而，目前的niti/al復(fù)合材料存在以下問(wèn)題：(1)nitip易與基體合金發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)和界面擴(kuò)散，導(dǎo)致金屬間化合物的形成，不僅損害界面結(jié)合強(qiáng)度，還會(huì)導(dǎo)致niti組分發(fā)生變化而使sme能力降低。(2)nitip/al復(fù)合材料中nitip大多是圓球形，與al基體的界面結(jié)合面積小且可變形能力差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有nitip增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料存在的基體-增強(qiáng)相顆粒界面在加載過(guò)程中過(guò)早失效的技術(shù)問(wèn)題，而提供了一種具有物理結(jié)合界面的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有物理結(jié)合界面的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，所述方法按以下步驟進(jìn)行：

4、s1：將sicnp與小尺寸鋁基基體粉末高能球磨混合，得到al-sicnp混合粉末；

5、s2：將nitip與大尺寸鋁基基體粉末高能球磨混合，得到al-nitip混合粉末；

6、s3：將al-sicnp混合粉末、al-nitip混合粉末和未球磨鋁粉低速球磨混合，得到al-sicnp-nitip復(fù)合粉末；

7、s4：將al-sicnp-nitip復(fù)合粉末先進(jìn)行低溫放電等離子體燒結(jié)，隨后進(jìn)行低溫?zé)釘D壓，得到具有物理結(jié)合界面的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料。

8、進(jìn)一步限定，s1中sicnp添加量為小尺寸鋁基基體粉末的1.1～7.5wt.％。

9、進(jìn)一步限定，s1中小尺寸鋁基基體粉末包括鋁粉及其合金粉，尺寸為5～15μm。

10、進(jìn)一步限定，s1中高能球磨轉(zhuǎn)速為300～400rpm，時(shí)間為8～15h。

11、進(jìn)一步限定，s2中nitip添加量為大尺寸鋁基基體粉末的11～50wt.％。

12、進(jìn)一步限定，s2中大尺寸鋁基基體粉末包括鋁粉及其合金粉，尺寸為50～150μm。

13、進(jìn)一步限定，s2中高能球磨轉(zhuǎn)速為300～400rpm，時(shí)間為8～15h。

14、進(jìn)一步限定，s3中al-sicnp混合粉末、al-nitip混合粉末和未球磨鋁粉的質(zhì)量比為1：1：(0.5～0.8)。

15、進(jìn)一步限定，s3中低速球磨轉(zhuǎn)速為100～200rpm，時(shí)間為1～5h。

16、進(jìn)一步限定，s4中低溫放電等離子體燒結(jié)的溫度為500～530℃，壓力為40～60mpa，時(shí)間為5～15min。

17、進(jìn)一步限定，s4中熱擠壓溫度為400～430℃，擠壓比為(16～25)：1，擠壓速率為0.1～0.5mm/s。

18、本發(fā)明的目的之二在于提供一種按上述方法制得的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料，所述復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度≥285gpa，延伸率≥13.5％。

19、本發(fā)明的目的之三在于提供一種按上述方法制得的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料在航空航天以及汽車工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

20、本發(fā)明的目的之四在于提供一種上述方法在制備高強(qiáng)韌金屬基復(fù)合材料中的應(yīng)用。

21、進(jìn)一步限定，金屬基體為mg、fe、ti、cu及其各自合金中的一種。

22、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)勢(shì)在于：

23、(1)本發(fā)明采用調(diào)控低溫sps+熱擠壓工藝，制備無(wú)界面反應(yīng)和界面結(jié)合良好的niti/al復(fù)合材料。采用較低溫度進(jìn)行燒結(jié)，確保無(wú)界面反應(yīng)，但致密性較低；結(jié)合低溫?zé)釘D壓，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的致密化和良好的界面結(jié)合(有效的載荷傳遞作用)。

24、(2)本發(fā)明采用高能球磨，將圓形的nitip與al粉末進(jìn)行球磨，在較高的球磨能量下，nitip發(fā)生變形，由圓球形狀變?yōu)闄E圓形或扁條狀，通過(guò)提高nitip與al基體接觸的表面積來(lái)提高其與al基體的界面結(jié)合。而后選擇低溫?zé)釘D壓，利用其具有較大的塑性流變應(yīng)力，可以進(jìn)一步促進(jìn)nitip發(fā)生變形。這一制備方法很大程度上解決了傳統(tǒng)niti/al復(fù)合材料的基體-增強(qiáng)相顆粒界面在加載過(guò)程中過(guò)早失效的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種具有物理結(jié)合界面的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s1中sicnp添加量為基體粉末的1.1～7.5wt.％，鋁基基體粉末包括鋁粉及其合金粉，尺寸為5～15μm，球磨轉(zhuǎn)速為300～400rpm，時(shí)間為8～15h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s2中nitip添加量為基體粉末的11～50wt.％，鋁基基體粉末包括鋁粉及其合金粉，尺寸為50～150μm，球磨轉(zhuǎn)速為300～400rpm，時(shí)間為8～15h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s3中al-sicnp混合粉末、al-nitip混合粉末和未球磨鋁粉的質(zhì)量比為1：1：(0.5～0.8)，球磨轉(zhuǎn)速為100～200rpm，時(shí)間為1～5h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s4中燒結(jié)的溫度為500～530℃，壓力為40～60mpa，時(shí)間為5～15min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s4中熱擠壓溫度為400～430℃，擠壓比為(16～25)：1，擠壓速率為0.1～0.5mm/s。

7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法制得的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度≥285gpa，延伸率≥13.5％。

8.權(quán)利要求7所述的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料在航空航天以及汽車工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

9.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法在制備高強(qiáng)韌金屬基復(fù)合材料中的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，金屬基體為mg、fe、ti、cu及其各自合金中的一種。

技術(shù)總結(jié)
一種具有物理結(jié)合界面的高強(qiáng)韌鋁基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明屬于鋁基復(fù)合材料領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有NiTip增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料存在的基體?增強(qiáng)相顆粒界面在加載過(guò)程中過(guò)早失效的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的方法：先將SiCnp與小尺寸鋁基基體粉末高能球磨混合；隨后將NiTip與大尺寸鋁基基體粉末高能球磨混合；再將上述兩種混合粉末和未球磨鋁粉低速球磨混合，得到Al?SiCnp?NiTip復(fù)合粉末；最后對(duì)其進(jìn)行低溫放電等離子體燒結(jié)和低溫?zé)釘D壓。本發(fā)明的方法還可以用于其他金屬及其合金復(fù)合材料的制備。所得復(fù)合材料兼具高強(qiáng)韌性，應(yīng)用于航空航天以及汽車工程領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：錢明芳,張雪,賈政剛,張學(xué)習(xí),耿林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2