一种高耐磨铝合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料，尤其涉及一种高耐磨铝合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、6xxx系铝合金材料是轨道交通、汽车、电子等领域的关键材料。从20世纪80年代起，欧美、日本等发达国家和地区研发了车用铝合金，注册了6009、6016、6010、6111、6022、6082等牌号，形成了较完整的汽车车身板、挤压材、锻件等生产和应用体系。我国6xxx系铝合金车身板和锻件的产业化研发刚刚起步，存在明显差距。例如低温环境下，目前的6系铝合金的低温耐磨性较差，从而无法满足特殊作业环境的使用要求。

2、高熵合金一般含有四种及以上的合金元素，根据所需合金性能的要求，通过选择性的添加某些合金元素并控制合金元素的比例，可以改变合金的晶体结构和相组成，从而实现合金性能的突破。独特的设计理念赋予了高熵合金优异的力学性能和功能性能，例如高强度、高韧性、低温断裂韧性、优异的磁性能及导电性能等。从而有可能解决6系铝合金基材在低温环境中摩擦系数较高的问题。

3、基于上述情况，本发明提出了一种高耐磨铝合金材料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高耐磨铝合金材料及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高耐磨铝合金材料，所述高耐磨铝合金材料以铝合金或纯铝为基材，以crmonbtiz高熵合金为第一增强相，以碳化钨(wc)为第二增强相，以max相金属为第三增强相。

3、优选地，所述高耐磨铝合金材料由以下重量百分比的原料组成：crmonbtiz高熵合金8～12wt％、碳化钨(wc)：0.1～0.3wt％、max相金属1.2～1.6wt％，余量为6系铝合金。

4、优选地，所述max相金属包括二钛铝氮(ti2aln)、钛铝氮(tialn)、二钛铝碳(ti2alc)、钛碳氮(ticn)的其中一种。

5、优选地，所述max相金属为二钛铝氮(ti2aln)。

6、优选地，所述二钛铝氮(ti2aln)的比表面积为120m2/g，平均粒径为50μm，cas号为：60317-94-4。

7、优选地，所述碳化钨(wc)的比表面积为60m2/g，平均粒径为300nm。

8、优选地，所述crmonbtizr高熵合金通过以下方法制备而成：在氩气为保护气体的氛围下，将cr、mo、nb、ti、zr五种金属元素粉末按照摩尔比为1:0.5:0.5:1:0.5配制，采用球磨机机械合金化的方法制备而成；球磨时间为18～20h，转速为700～760r/min；球料比为8:1。

9、优选地，所述cr、mo、nb、ti、zr五种金属元素粉末的平均粒径为300～400mn，纯度≥99.8％。

10、本发明还提供一种多相增强铝合金材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

11、(1)在氩气为保护气体的氛围下，将cr、mo、nb、ti、zr五种金属粉按照摩尔比为1:0.5:0.5:1:0.5配制混合后装入不锈钢球磨罐，按球粉重量比8：1加入不锈钢球，不锈钢球分15mm、10mm、5mm三个尺寸，按质量比1：3：5称量大中小球，同时加入按crmonbtizr的合金粉末质量比98～99％：1～2％加入加入由体积比例为1:1的正己烷与正丙醇组成的球磨剂，采用行星式球磨机，球磨时间为18～20h，转速为700～760r/min；球料比为8:1，得到crmonbtizr高熵合金粉末；

12、(2)将crmonbtizr高熵合金粉末、max相金属粉、碳化钨粉末装入不锈钢球磨罐，按球粉重量比5：1加入不锈钢球，不锈钢球分15mm、10mm、5mm三个尺寸，按质量比1：3：5称量大中小球，转速为380～420r/min，球磨6～8h后得到增强相复合粉末；

13、(3)将增强相复合粉末与铝合金基材粉末装入不锈钢球磨罐，按球粉重量比5：1加入不锈钢球，不锈钢球分15mm、10mm、5mm三个尺寸，按质量比1：3：5称量大中小球，转速为140～160r/min，球磨5～6h后得到多相增强铝合金粉末；

14、(4)将多相增强铝合金粉末装入石墨模具中，再将石墨模具装入放电等离子烧结炉中，炉体抽真空，以150℃/min的升温速率升温至1250～1280℃，在升温的同时对增强相复合粉末施加压力，压力值为85～90mpa；在此温度和压力下保持10～15min，然后随炉冷却，获得高耐磨铝合金材料。

15、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、1.本发明制备通过加入max相金属，与高熵合金共同作为铝合金基材的增强相，起到增强6系铝合金基材硬度和屈服强度的作用；同时，通过选择合适的max相金属，从而增强铝合金基材的自润滑性能，有效降低超低温状态下的铝基材料磨损情况。

17、2.本发明原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制；同时，制备方法简单，总体生产成本不高，有利于工业的大规模生产。

技术特征：

1.一种高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述高耐磨铝合金材料以铝合金或纯铝为基材，以crmonbtiz高熵合金为第一增强相，以碳化钨(wc)为第二增强相，以max相金属为第三增强相。

2.根据权利要求1所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述高耐磨铝合金材料由以下重量百分比的原料组成：crmonbtiz高熵合金8～12wt％、碳化钨(wc)：0.1～0.3wt％、max相金属1.2～1.6wt％，余量为6系铝合金。

3.根据权利要求2所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，，所述max相金属包括二钛铝氮(ti2aln)、钛铝氮(tialn)、二钛铝碳(ti2alc)、钛碳氮(ticn)的其中一种。

4.根据权利要求3所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述max相金属为二钛铝氮(ti2aln)。

5.根据权利要求4所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述二钛铝氮(ti2aln)的比表面积为120m2/g，平均粒径为50μm。

6.根据权利要求2所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述碳化钨(wc)的比表面积为60m2/g，平均粒径为300nm。

7.根据权利要求2所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，述crmonbtizr高熵合金通过以下方法制备而成：在氩气为保护气体的氛围下，将cr、mo、nb、ti、zr五种金属元素粉末按照摩尔比为1:0.5:0.5:1:0.5配制，采用球磨机机械合金化的方法制备而成；球磨时间为18～20h，转速为700～760r/min；球料比为8:1。

8.根据权利要求7所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述cr、mo、nb、ti、zr五种金属元素粉末的平均粒径为300～400mn，纯度≥99.8％。

9.根据权利要求2所述的高耐磨铝合金材料，其特征在于，所述高耐磨铝合金材料由以下重量百分比的原料组成：crmonbtiz高熵合金8～12wt％、碳化钨(wc)：0.1～0.3wt％、二钛铝氮(ti2aln)1.2～1.6wt％，余量为6系铝合金。

10.一种制备权利要求1～9任一所述高耐磨铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种高耐磨铝合金材料及其制备方法。所述高耐磨铝合金材料以铝合金或纯铝为基材，以CrMoNbTiZ高熵合金为第一增强相，以碳化钨(WC)为第二增强相，以MAX相金属为第三增强相。本发明制备通过加入Max相金属，与高熵合金共同作为铝合金基材的增强相，起到增强6系铝合金基材硬度和屈服强度的作用；同时，通过选择合适的Max相金属，从而增强铝合金基材的自润滑性能，有效降低超低温状态下的铝基材料磨损情况。

技术研发人员：崔立新,赵晓光,吴胜利,高尚辉,焦培勇,崔雷,吕涛,辛文侠,成凯,李明壮,王志伟,李芳,杨国强,李明,许英杰,王环宇
受保护的技术使用者：山东创新金属科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13