一种高强度耐腐蚀轨道交通用铝基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝基材料制备技术领域，尤其涉及一种高强度耐腐蚀轨道交通用铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝型材就是铝材通过一定工艺而得到不同截面形状的铝材料；生产过程主要包括熔铸和挤压过程；其中熔铸是铝材生产的首道工序，包括配料、熔炼和铸造三道工序，挤压是型材成形的手段。由于铝型材具有诸多优点，因而广泛的应用于各个领域。而由于铝型材还具有成本低、撞击时不产生火花和导热、导电性能好的优点，在城市轨道交通作为导电轨应用是其它金属材料不可替代的。

铝合金型材虽然用于轨道交通的导电轨较为普遍，但是现有技术中用于导电轨的铝合金型材电导率较为普通，保证电导率会使力学性较差，抗拉强度和屈服强度低，具有较差的延伸率，这种型材在与钢板复合时变形部位容易产生表面开裂，导致无法传输电源，不利于保证轨道交通的正常运行。

综上所述，本领域缺乏能解决上述技术问题的一种高强度耐腐蚀轨道交通用铝基复合材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度耐腐蚀轨道交通用铝基复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种高强度耐腐蚀轨道交通用铝基复合材料，所述铝基复合材料由碳化硅晶须、氮化硼晶须、碳化钨、镧、钆、钼、钛锡碳、铝合金基材制备而成。

优选地，所述铝基复合材料由如下重量份的原料在制备而成：碳化硅晶须18～22wt％、氮化硼晶须0.2～0.5wt％、碳化钨4～8wt％、镧2～3wt％、钆1～3wt％、钼2～4wt％、钛锡碳2～3wt％，余量为铝合金基材。

优选地，所述铝合金基材为6系铝合金基材或7系铝合金基材。

优选地，所述6系铝合金基材包括6063铝合金、6061铝合金、6082铝合金、6101铝合中的其中一种或两种以上的组合。

优选地，所述7系铝合金基材包括7005铝合金、7075铝合金、7175铝合金中的其中一种或两种以上的组合。

优选地，所述7系铝合金基材为7075铝合金。

在其中一个实施例中，所述铝基复合材料由如下重量份的原料在制备而成：碳化硅晶须18wt％、氮化硼晶须0.2wt％、碳化钨4wt％、镧2wt％、钆1wt％、钼2wt％、钛锡碳2wt％，余量为铝合金基材。

本发明还提供一种高强度耐腐蚀轨道交通用铝基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将碳化硅晶须、碳化钨、钛锡碳混合，使用球磨机在惰性气体保护的条件下，以球磨转速为300～400r/min，球磨时间为2～3h处理，获得中间粉末；

(2)随后加入其他原料，继续处理12～14h，获得复合粉末；

(3)将步骤(2)获得的复合粉末用80～300目筛过筛，再采用80～300目筛过筛，然后在温度为70～80℃的真空干燥22～24h，得到干燥复合粉末。

(4)将步骤(3)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为10～15MPa的条件下冷压，并保压5～10min，随后在温度为600～640℃、压力为40～45MPa和惰性气体条件下烧结50～60min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。

在其中一个实施例中，所述方法包括如下步骤：

(1)将碳化硅晶须、碳化钨、钛锡碳混合，使用球磨机在惰性气体保护的条件下，以球磨转速为300r/min，球磨时间为3h处理，获得中间粉末；

(2)随后加入其他原料，继续处理12h，获得复合粉末；

(3)将步骤(2)获得的复合粉末用80目筛过筛，再采用300目筛过筛，然后在温度为70℃的真空干燥24h，得到干燥复合粉末。

(4)将步骤(3)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为10MPa的条件下冷压，并保压10min，随后在温度为600℃、压力为40MPa和惰性气体条件下烧结60min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。

在其中一个实施例中，所述方法包括如下步骤：

(1)将碳化硅晶须、碳化钨、钛锡碳混合，使用球磨机在惰性气体保护的条件下，以球磨转速为400r/min，球磨时间为2处理，获得中间粉末；

(2)随后加入其他原料，继续处理14h，获得复合粉末；

(3)将步骤(2)获得的复合粉末用80目筛过筛，再采用300目筛过筛，然后在温度为80℃的真空干燥22h，得到干燥复合粉末。

(4)将步骤(3)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为15MPa的条件下冷压，并保压5min，随后在温度为640℃、压力为45MPa和惰性气体条件下烧结50min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过在铝基材料中添加碳化钨以及钛锡碳，在保持原有7系铝合金高强度的优点的前提下，提升了7系铝合金对抗应力腐蚀的能力，同时也增强了7系铝合金的导电能力，使7系铝合金能作为导电轨材应用于轨道交通，丰富了导电轨材的材料选择性。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。

具体实施方式

按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：

(1)将碳化硅晶须、碳化钨、钛锡碳混合，使用球磨机在的氮气保护的条件下，以球磨转速为300r/min，球磨时间为3h处理，获得中间粉末；

(2)随后加入其他原料，继续处理12h，获得复合粉末；

(3)将步骤(2)获得的复合粉末用80目筛过筛，再采用300目筛过筛，然后在温度为70℃的真空干燥24h，得到干燥复合粉末。

(4)将步骤(3)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为10MPa的条件下冷压，并保压10min，随后在温度为600℃、压力为40MPa和惰性气体条件下烧结60min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。

(1)将碳化硅晶须、碳化钨、钛锡碳混合，使用球磨机在氮气保护的条件下，以球磨转速为400r/min，球磨时间为2处理，获得中间粉末；

(2)随后加入其他原料，继续处理14h，获得复合粉末；

(3)将步骤(2)获得的复合粉末用80目筛过筛，再采用300目筛过筛，然后在温度为80℃的真空干燥22h，得到干燥复合粉末。

(4)将步骤(3)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为15MPa的条件下冷压，并保压5min，随后在温度为640℃、压力为45MPa和惰性气体条件下烧结50min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。

(1)将碳化硅晶须、碳化钨、钛锡碳混合，使用球磨机在氮气保护的条件下，以球磨转速为400r/min，球磨时间为3h处理，获得中间粉末；

(2)随后加入其他原料，继续处理14h，获得复合粉末；

(3)将步骤(2)获得的复合粉末用80目筛过筛，再采用300目筛过筛，然后在温度为80℃的真空干燥24h，得到干燥复合粉末。

(4)将步骤(3)获得的干燥复合粉体装入模具，在压力为15MPa的条件下冷压，并保压10min，随后在温度为640℃、压力为45MPa和惰性气体条件下烧结60min，随后冷却，脱模得到铝基复合材料。

表1

参照相关方法，对本实施例1～3、7075铝合金的硬度、抗拉强度、屈服硬度、断裂韧性、抗应力腐蚀、导电率等性能进行测试并记录。具体结果如表2所示。

表2性能测试结果

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。