[发明专利]一种具有多层次梯度结构的功能梯度铝基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有多层次梯度结构的功能梯度铝基复合材料，其特征在于，包括变形铝合金层和铝基复合材料层，所述铝基复合材料层以析出强化类铝合金为基体，以碳化硼为增强相，所述铝基复合材料层有多层，每层铝基复合材料层中碳化硼的含量不同，且碳化硼的含量梯度增加，每层碳化硼的含量低于对应铝基复合材料层质量的20％；

所述铝基复合材料层有两层，分别为第一铝基复合材料层和第二铝基复合材料层，所述第二铝基复合材料层中碳化硼的含量高于第一铝基复合材料层中碳化硼的含量，所述第一铝基复合材料层在第二铝基复合材料层和变形铝合金层之间，所述变形铝合金层、第一铝基复合材料层和第二铝基复合材料层的厚度比例为1:1:1、2:1:1、2:2:1或3:2:1；

所述析出强化类铝合金为2024铝合金，颗粒尺寸为100目～300目；

所述碳化硼的纯度≥99％，颗粒尺寸为4μm；

上述具有多层次梯度结构的功能梯度铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.设计梯度结构，并根据梯度结构称取各铝基复合材料层所需的析出强化类铝合金粉末和碳化硼粉末，以及变形铝合金层所需要的变形铝合金粉末；

S2.将步骤S1称取的析出强化类铝合金粉末和碳化硼粉末按照不同铝基复合材料层所需的析出强化类铝合金粉末和碳化硼粉末进行二维混料得到不同铝基复合材料层的复合粉末；

S3.将不同铝基复合材料层的复合粉末以及变形铝合金粉末分别进行冷压，得到不同铝基复合材料层的半致密化冷压粉料坯体和变形铝合金冷压粉料坯体；

S4.将步骤S3得到的不同铝基复合材料层的半致密化的冷压粉料坯体按照梯度结构进行铺层，所述变形铝合金冷压粉料坯体铺在最底层，得到预制坯，并将预制坯装入模具中；

S5.对模具中的预制坯进行表面活化和烧结，去除模具，并进行固溶处理，即得到具有多层次梯度结构的功能梯度铝基复合材料；

所述步骤S2中，将析出强化类铝合金、碳化硼和氧化锆小球一起加入混料瓶中，析出强化类铝合金和碳化硼的质量之和与氧化锆小球的质量比为3:1，室温下在轻型球磨机上进行二维混料24h；

采用上述方法制备的功能梯度铝基复合材料的平均抗弯强度≥1130MPa，塑性≥20％。

2.根据权利要求1所述的具有多层次梯度结构的功能梯度铝基复合材料，其特征在于，所述步骤S3中，冷压的压力为20～50MPa，保压时间为8～10min。

3.根据权利要求1所述的具有多层次梯度结构的功能梯度铝基复合材料，其特征在于，所述步骤S5中，表面活化的活化时间为30～40s，电压为10～30kV，电流为50～150A。

4.根据权利要求1所述的具有多层次梯度结构的功能梯度铝基复合材料，其特征在于，所述步骤S5中，烧结利用粉末冶金法，所述粉末冶金法采用电场辅助烧结技术，在等离子活化烧结炉中进行，升温速率为50～150℃/min，烧结温度为500℃～540℃，保温时间1～5min，烧结压力为10MPa～30MPa，真空度保持低于10Pa。

5.根据权利要求1所述的具有多层次梯度结构的功能梯度铝基复合材料，其特征在于，所述步骤S5中，固溶处理为在480℃～500℃下保温1～3h，之后立即进行水淬。