铝基复合材料及应用

目录

综述制备工艺应用阳极氧化

一、综述

金属基复合材料常用基体有铝、镍、镁、钛及其合金，其中铝基复合材料发展最快。

◆质量轻，密度小，可塑性好，熔点低，制备工

艺简单灵活；

◆铝基复合技术容易掌握，易于加工，比强度和

比刚度高，热处理性和高温性能好，更耐疲劳

和更耐磨，阻尼性好，热膨胀系数低；

◆基体合金选择范围广，能组合特定的力学和物

理性能，满足产品需要。

●工业纯铝●变形铝合金●铸造铝合金●焊接铝合金●烧结铝合金

常见铝合金基体

铝基体合金的性能

●分类：连续的和非连续的纤维、晶须、颗粒

●特性：高强度、高模量、高刚度、抗疲劳、耐热、耐磨、抗腐蚀、热膨胀系数小、导电、导热以及润湿性、化学相容性、易加工等。

铝合金材料可按增强相，铝基体及材料特性三方面进行分类复合材料增强基

长纤维增强复合材料

短纤维增强复合材料

颗粒增强复合材料

混合增强复合材料

纳米增强复合材料

层合复合材料

倾斜复合材料表面复合材料

按增强体

以铝基体分类铸造铝合金基复合材料变形铝合金基复合材料工业纯铝基复合材料新型铝合金基复合材料

以特性分类结构复合材料功能复合材料智能复合材料

二、铝基复合材料制造工艺

●粉末冶金法

●高能-高速固结工艺

●压力浸渗铸造工艺

●反应自生成法

●液态金属搅拌铸造法

●半固态搅拌复合铸造

粉末冶金法制备颗粒增强铝基复合材料的工艺流程

优点：可将增强物

颗粒和铝合金粉按

任意比例混合，且

均匀性好，不会出

现偏析和偏聚。

缺点：制造工艺和

装备复杂，生产成

本高。

金属粉末冶金液压机

高能-高速固结工艺

是在短时间内使陶瓷颗粒和铝合金粉末的混合物受到高脉冲电流的放电作用后，迅速提高能量，并在较小外力作用下，使之固结成复合材料的工艺。

优点：高能量高速度脉冲有利于将冷模中的导电粉体快速加热到指定温度，从而控制相变和组织粗化，这是常规粉末冶金工艺无法实现的。该法可使复合材料的相对密度达95%以上。

压力浸渗工艺

压力浸渗工艺是先将增强体制成预制件，再将预制件放入模具后，以惰性气体或机械装置为压力媒体将铝液压入预制件的间隙，凝固后即形成复合材料液态金属搅拌铸造法

液态金属搅拌铸造法的基本原理是将颗粒增强物直接加入到熔融的铝合金中，通过一定方式的搅拌使颗粒均匀的分散在基体熔体中，复合成颗粒增强铝基复合材料。

三、应用

铝基复合材料的研究主要集中在两方面：

①连续纤维增强的复合材料

②不连续颗粒增强的复合材料（相对来说：制备工艺简单、增强体

成本低廉、材料各向同性、应用范围广、工业化生产潜力更大）

1）长纤维增强铝基复合材料

1、硼/铝基复合材料

工艺：硼纤维是用化学气相沉积法由钨丝上用氢还原三氯化硼制得。

硼/铝复合材料制备：a等离子喷涂法获得铝-硼预制带，b用热压法制成零件。

特点：有优异的疲劳强度，比强度和比模量高，尺寸稳定性好，线膨胀系数与半导体芯片非常接近

硼纤维增强铝基复合材料用于飞机主舱体龙骨桁架和支柱

2、铝/碳化硅复合材料

特点：有碳纤维：优异的室温、高温力学性能和耐热性，与铝的界面状态较好。其长度与直径比例对碳-铝复合材料的性能有很大的影响

应用：可用于飞机、导弹结构件及发动机构件。

3、铝/氧化铝复合材料

特点：具有高强度和高刚度，并有高蠕变抗力和高疲劳抗力。

2）晶须和颗粒增强铝基复合材料

特点：优异的性能，制造方法简单，增强体主要是碳化硅和氧化铝。

短纤维增强铝基复合材料优点：在室温和高温下较大的提高弹性模量，耐磨性改善，有良好的导热性，热膨胀系数有所下降。

碳化硅：随它的含量增加，抗拉强度和弹性模量都增加。

氧化铝：比强度和比刚度高。

应用：航空、航天、先进武器和汽车领域

“玉兔号”月球车的行走机构和“嫦娥三号”

光学系统碳化硅颗粒增强复合材料在汽车上应用

颗粒增强复合材料在飞机刹机片上的应用

四、阳极氧化

图（1）铝合金的阳极氧化示意图

阳极氧化实验示意图如图（1）所示；

1、阳极工件-铝

2、阴极板-铝

3、电解溶液

4、阳极上电解析出氧

5、阴极板上电解析出

氢铝阳极氧化定义：铝及其合金在电

解液中作为阳极连接到外电源的正极，

电解槽液的阴极连接到外电源的负极，

在外加电压下通过电流在表面发生电

化学反应生成氧化膜层，此氧化过程

称为阳极氧化。这层膜具有防护性、

装饰性以及一些其他功能特性。

阳极氧化膜的性质与应用

阳极氧化膜具有较高的硬度和耐磨性、极强的附着能力、较强的吸附能力、良好的抗蚀性和电绝缘性及高的热绝缘性。由于这些特异的性能, 使之在各方面都获得了广泛的应用。

主要用途有：

（1）提高零件的耐磨、耐蚀性、耐气候腐蚀。

（2）氧化生成的透明膜，可以着色制成各种彩色膜。

（3）作为电容器介质膜。

（4）提高与有机涂层的结合力。作涂装底层。

（5）作电镀、搪瓷的底层。

（6）正在开发的其它用途，太阳能吸收板、超高硬质膜、干润滑膜、触媒膜、纳米线、在多孔膜中沉积磁性合金作记忆元件。