[发明专利]一种金属基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属基复合材料的制备方法，其包括步骤：(1)使用激光定向成形技术将金属粉末成型为具有孔洞的基材；(2)向所述孔洞中添加复合材料粒子；(3)对基材进行搅拌摩擦加工，以将基材与复合材料粒子进行融合，得到所述金属基复合材料。此外，本发明还公开了一种金属基复合材料，其采用上述的制备方法制得。

技术领域

本发明涉及一种材料及其制备方法，尤其涉及一种金属材料及其制备方法。

背景技术

金属基复合材料(Metal Matrix Composite，简称MMC)是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。金属基复合材料所采用的增强材料大多为无机非金属，例如陶瓷、碳、石墨及硼等。金属基复合材料的特点在力学方面为横向及剪切强度较高，韧性及疲劳等综合力学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好等优点。金属基复合材料所采用的金属基体除金属铝、镁外，还有色金属钛、铜、锌、铅、铍超合金和金属间化合物以及黑色金属可以作为金属基体。现有的制备层状金属基材料的方法主要包括：轧制复合法、化学沉积法、堆积焊接法和喷涂法，但上述方法均存在孔洞缺陷，力学性能较差，制备效率低以及易受环境污染的问题。

例如：公开号为CN108909060A，公开日为2018年11月30日，名称为“一种层状复合材料制备方法”的中国专利文献公开了一种层状复合材料的制备方法。在该专利文献所公开的技术方案中，其通过在金属表面预先形成具有特定形貌的微孔孔壁和进入微孔中的另一种金属材料形成机械互锁作用从而制备获得层状复合材料。该方法过程复杂，且应用到硫酸等化学药水，存在环保风险。并且所制备获得的有些材料仍存在大量的空洞，结合强度不高，力学性能不足。

又例如：公开号为CN107225301A，公开日为2017年10月3日，名称为“预置钎料不锈钢层状复合材料的制备及焊接方法”的中国专利文献公开了一种预置钎料不锈钢层状复合材料的制备及焊接方法。在该专利文献所公开的技术方案中，通过表面处理、冷轧复合、扩散退火等工艺步骤，最终得到用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料。然而，该工艺过程复杂，生产效率低，且需要高真空和高温处理，而且钎焊焊料环保方面存在难点。另外，所制备获得的预制钎料不锈钢层状复合材料的成膜强度低、界面可能存在空隙，结合力不够，综合力学性能差。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种金属基复合材料的制备方法，该制备方法针对现有技术中存在的不足，例如所制备的材料具有孔洞缺陷、力学性能差、制备效率低以及易受环境污染等问题，通过减少层间焊接界面，整体构建材料，并在其上形成具有孔洞的三维结构，同时在孔洞中添加复合材料粒子的方式，得到性能优异的金属基复合材料。

为了实现上述目的，本发明提出了一种金属基复合材料的制备方法，其包括步骤：

(1)使用激光定向成形技术将金属粉末成型为具有孔洞的基材；

(2)向孔洞中添加复合材料粒子；

(3)对基材进行搅拌摩擦加工，以将基材与复合材料粒子进行融合，得到金属基复合材料。

在本发明所述的金属基复合材料的制备方法中，通过激光定向成形技术将预制为金属基体的金属粉末通过3D打印技术加工成具有孔洞的基材。随后，向孔洞中添加复合材料粒子。为了使得添加了复合材料粒子实现均匀分布与整体结合，尤其是实现基材与复合材料粒子的良好结合，本案采用了搅拌摩擦加工，以使得基材与复合材料粒子进行融合。采用搅拌摩擦加工既可以避免现有技术中由于采用层间焊接界面，所导致的液态焊接的力学性能不高，恶化材料性能的缺陷，又可以实现基材与复合材料粒子之间的高效牢固结合。

在本技术方案中，基材可以根据需要选择各种金属材料，例如钢，又例如钛等。

进一步地，在本发明所述的制备方法中，其中金属基复合材料的孔隙率为10％-50％。