一种铝-钨复合材料及其制备方法

摘要

一种铝-钨复合材料，其钨在铝中的含量体积比为：1.4%-4.2%，其制备方法主要是将纯钨颗粒均匀铺在两铝板之间，加热到280-350℃，加热5-20分钟后在轧机上进行轧制，轧制速度为0.4-0.8m/s，压下量为50%，轧制后空冷至室温，反复四次，再对上述合成的复合材料板材按照上述方法进行11次循环的剪切、打磨清洗、叠放、加热和轧制。本发明的铝-钨复合材料具有高强度、高硬度、优异导电性能的优点，其屈服强度为130-152MPa、抗拉强度为145-160MPa、布氏硬度为50-63HB；导电率为2.70-2.83μΩ·cm。

权利要求

1.一种铝-钨复合材料的制备方法，其特征在于：钨在铝中的含量体积比为：

1.4%-4.2%的纯钨颗粒增强铝基复合材料制备方法如下：

（1）原料为退火态1060工业纯铝板材和直径为10-15μm的纯钨颗粒；

（2）将铝板表面用钢丝刷进行打磨，然后用酒精进行清洗，将体积比为0.35%-1.05%的纯钨颗粒均匀铺在两片铝板之间，将两片板材叠放好后放入马弗炉中，加热温度为

280-350℃，加热5-20分钟后在轧机上进行轧制，轧制的过程中不使用润滑油，轧制速度为

0.4-0.8m/s，压下量为50%，轧制完成后空冷至室温，以上过程为第一道次轧制；

将第一道次轧制后的复合板材从中间切断，分别用钢刷和酒精对板材表面进行打磨、清洗，在切断后的两板材之间均匀铺放与第一道次质量相同的纯钨颗粒，其加热、轧制与第一道次相同，重复剪切、打磨清洗、铺放纯钨颗粒、叠放、加热和轧制至第4道次，合成出钨体积比为1.4%-4.2%的铝-钨复合材料板材；

（3）在不加入纯钨颗粒的条件下，将上述合成的铝-钨复合材料板材按照上述方法进行11次循环的剪切、打磨清洗、叠放、加热和轧制。

说明书

一种铝-钨复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种金属复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 铝基复合材料具有低密度、高拉伸强度、高弹性模量和高耐磨性等优点。因此，铝基复合材料在航空航天中具有很大的应用潜能。目前生产铝基复合材料的方法大多为挤压铸造法、无压浸渗法和喷射成形法，这些方法存在一定的缺点，比如强化颗粒在基体中分散不均匀，强化颗粒与铝基体润湿性差，制备的复合材料孔隙度高和较低的经济效益等。累积叠轧焊做为一种崭新的方法克服了上述的缺点，近年来，人们利用该方法已经生产出了多种铝基复合材料，比如B4C强化铝基复合材料，SiCP强化铝基复合材料，Al2O3强化铝基复合材料，SiO2强化铝基复合材料，ZrO2强化铝基复合材料和ZnO2强化铝基复合材料。这些铝基复合材料的增强相均为陶瓷颗粒，因此，他们的导电性能受到了很大程度的限制。静电积聚严重地威胁了航空组件的安全。因此，在选择航空组件的材料时，电导率必须要考虑在内。用硬度较高的金属钨颗粒增强铝基复合材料有可能在不牺牲原有铝基复合材料优良力学性能的前提下解决它们导电率低下的问题，进而达到航空组件材料的要求。到目前为止，通过累积叠轧焊方法生产纯金属颗粒增强铝基复合材料的报道至今还尚未发现。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种具有高强度、高硬度、优异导电性能的铝-钨复合材料及其制备方法。本发明主要是利用工业纯铝板材和适量的纯钨金属颗粒作为原料，借助于累积叠轧焊手段，可得到具有优异力学性能和导电性能的铝-钨复合材料。

[0004] 本发明的技术方案如下：

[0005] 一、本发明的铝-钨复合材料为纯钨颗粒增强铝基复合材料，钨在铝中的含量体积比为：1.4%-4.2%。

[0006] 二、上述铝-钨复合材料的制备方法：

[0007] 1、原材料：退火态1060工业纯铝板材和直径为10-15μm的纯钨颗粒。

[0008] 2、合成复合板材：将铝板表面用钢丝刷进行打磨，然后用酒精进行清洗。将体积比为0.35%-1.05%的纯钨颗粒均匀铺在两片铝板之间；将两片板材叠放好后放入马弗炉中，加热温度为280-350℃，加热5-20分钟后在轧机上进行轧制。轧制的过程中不使用润滑油，轧制速度为0.4-0.8m/s，压下量为50%。轧制完成后空冷至室温。以上过程为第一道次轧制。

[0009] 将第一道次轧制后的复合板材从中间切断，分别用钢刷和酒精对板材表面进行打磨、清洗，在切断后的两板材之间均匀铺放与第一道次质量相同的纯钨颗粒，其加热、轧制与第一道次相同。重复剪切、打磨清洗、铺放纯钨颗粒、叠放、加热和轧制至第4道次。合成出钨体积比为1.4%-4.2%的铝-钨复合材料板材。

[0010] 3、颗粒均匀化处理：在不加入纯钨颗粒的条件下，将上述合成的铝-钨复合材料板材按照上述方法进行11次循环的剪切、打磨清洗、叠放、加热和轧制。

[0011] 本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明的铝基复合材料在不破坏纯铝优良导电性能的前提下，力学性能得到了大幅的提高。其屈服强度为130-152MPa、抗拉强度为145-160MPa、布氏硬度为50-63HB，分别为退火态1060工业纯铝的3.25-3.8倍、1.812-2倍和1.72-2.172倍。由于制备该种复合材料时，没有引入金属间化合物，所以导电性能良好，其导电率为2.70-2.83μΩ·cm，分别为退火态1060工业纯铝、2024 T3态铝合金、5052 H1态铝合金、6061 T6态铝合金、7075 T6态铝合金的1.01-1.04倍、0.46-0.48倍、0.54-0.56倍、0.68-0.7倍和0.52-0.54倍。

附图说明

[0012] 图1为本发明实施例1获得的复合材料板材的XRD图谱。

[0013] 图2为本发明实施例1获得的复合材料板材的金相图。

[0014] 具体的实施方式：

[0015] 实施例1

[0016] 将尺寸为150mm×100mm×7mm的退火态1060工业纯铝板(西南铝业有限公司生产)表面用钢丝刷进行打磨，然后用酒精进行清洗。将直径为10-15μm 的14g纯钨颗粒(上海水田材料科技有限公司生产)均匀铺在两片铝板之间，两片铝板叠放好后放入温度为280℃马弗炉中，加热5分钟后在直径为300mm，长度为220mm的轧机上进行轧制。轧制的过程中不使用润滑油，轧制速度和压下量分别为0.6m/s和50%。轧制完成后空冷至室温。将首道次轧制后的复合板材从中间切断，分别用钢刷和酒精对板材表面进行打磨、清洗，在切断后的两板材之间均匀铺放与第一道次质量相同的纯钨颗粒（14g），在280℃加热5分钟后进行第2道次轧制。轧制条件与第一道次相同。重复剪切、打磨清洗、铺放纯钨颗粒、叠放、加热和轧制至第4道次。最后合成出Al/1.4vol%W复合材料板材。将合成的复合材料板材进行11次循环的剪切、打磨清洗、叠放、加热和轧制。最终得到颗粒分布均匀的Al/1.4vol%W复合材料板材。

[0017] 实施例2

[0018] 将尺寸为150mm×100mm×7mm的退火态1060工业纯铝板(西南铝业有限公司生产)表面用钢丝刷进行打磨，然后用酒精进行清洗。将直径为10-15μm 的29g纯钨颗粒(上海水田材料科技有限公司生产)均匀铺在两片铝板之间，两片铝板叠放好后放入温度为350℃马弗炉中，加热10分钟后在直径为300mm，长度为220mm的轧机上进行轧制。轧制的过程中不使用润滑油，轧制速度和压下量分别为0.4m/s和50%。轧制完成后空冷至室温。将首道次轧制后的复合板材从中间切断，分别用钢刷和酒精对板材表面进行打磨、清洗，在切断后的两板材之间均匀铺放与第一道次质量相同的纯钨颗粒（29g），在350℃加热10分钟后进行第2道次轧制。轧制条件与第一道次相同。重复剪切、打磨清洗、铺放纯钨颗粒、叠放、加热和轧制至第4道次。最后合成出Al/2.8vol%W复合材料板材。将合成的复合材料板材进行11次循环的剪切、打磨清洗、叠放、加热和轧制。最终得到颗粒分布均匀的Al/2.8vol%W复合材料板材。

[0019] 实施例3

[0020] 将尺寸为150mm×100mm×7mm的退火态1060工业纯铝板(西南铝业有限公司生产)表面用钢丝刷进行打磨，然后用酒精进行清洗。将直径为10-15μm 的44.3 g纯钨颗粒(上海水田材料科技有限公司生产)均匀铺在两片铝板之间，两片铝板叠放好后放入温度为310℃马弗炉中，加热20分钟后在直径为300mm，长度为220mm的轧机上进行轧制。轧制的过程中不使用润滑油，轧制速度和压下量分别为0.8m/s和50%。轧制完成后空冷至室温。将首道次轧制后的复合板材从中间切断，分别用钢刷和酒精对板材表面进行打磨、清洗，在切断后的两板材之间均匀铺放与第一道次质量相同的纯钨颗粒（44.3g），在310℃加热20分钟后进行第2道次轧制。轧制条件与第一道次相同。重复剪切、打磨清洗、铺放纯钨颗粒、叠放、加热和轧制至第4道次。最后合成出Al/4.2vol%W复合材料板材。将合成的复合材料板材进行11次循环的剪切、打磨清洗、叠放、加热和轧制。最终得到颗粒分布均匀的Al/4.2vol%W复合材料板材。

[0021] 对最终得到的铝-钨复合材料板材进行拉伸、硬度和电阻率测试。室温单轴拉伸-4 -1试验在Instron5982力学性能测试系统上进行，拉伸速率为：5×10 · s 。布氏硬度性能测试在10mm直径钢球，500kgf载荷条件下进行。室温电阻率测试在PPMS-9物理性能分析系统上进行，实验采用标准4线连接方法。

[0022] 本发明AMMCs的室温力学性能为：拉伸强度≥145MPa，屈服强度≥130MPa，伸长率≥3.8%，布氏硬度≥50HB，电阻率≤2.83μΩ·cm。测试的具体数据见表1。

[0023] 表1 本发明获得的铝基复合材料力学及导电性能测试结果

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