一种高硬度耐热复合金属材料及其成型方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104191731 A(43)申请公布日 2014.12.10

(21)申请号 201410451118.6(22)申请日 2014.09.06

(71)申请人无棣向上机械设计服务有限公司

地址251900 山东省滨州市无棣县朝阳小区

35号楼一单元401室(72)发明人李瑞国(51)Int.Cl.

B32B 15/14(2006.01)B32B 19/00(2006.01)B32B 27/12(2006.01)B32B 33/00(2006.01)B32B 37/15(2006.01)B32B 37/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页权利要求书1页 说明书4页

(54)发明名称

一种高硬度耐热复合金属材料及其成型方法(57)摘要

本发明公开了一种高硬度耐热复合金属材料，包括金属材料层、无机纤维层和高分子材料层，金属材料层为钛合金，无机纤维层为硼纤维，高分子材料层为合成树脂，其创新点在于：所述铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：10～15%铝镁合金、25～30%硼纤维和合成树脂60～65%。本发明的高硬度耐热复合金属材料，选用10～15%铝镁合金、25～30%硼纤维和合成树脂60～65%的合适的质量百分比，具有质量轻，耐热和耐疲劳的特点。本发明的高硬度耐热复合金属材料，选用混合比例为酚醛树脂：脲醛树脂：环氧树脂=1～1.5：2～3.5：5.5～6.5的高分子材料，还具有散热性较好、抗压性较强和超高的硬度。CN 104191731 A CN 104191731 A

权 利 要 求 书

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1.一种高硬度耐热复合金属材料，包括金属材料层、无机纤维层和高分子材料层，金属材料层为钛合金，无机纤维层为硼纤维，高分子材料层为合成树脂，其特征在于：所述铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：10～15%铝镁合金、25～30%硼纤维和合成树脂60～65%。

2.根据权利要求1所述的高硬度耐热复合金属材料，其特征在于：所述铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：12～14%铝镁合金、26～28%硼纤维和合成树脂62～64%。

3.根据权利要求1所述的高硬度耐热复合金属材料，其特征在于：所述铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：13%铝镁合金、27%硼纤维和合成树脂60%。

4.根据权利要求1所述的高硬度耐热复合金属材料，其特征在于：所述合成树脂为酚醛树脂、脲醛树脂和环氧树脂的混合物；所述混合物的混合比例为酚醛树脂：脲醛树脂：环氧树脂=1～1.5：2～3.5：5.5～6.5。

5.一种权利要求1所述的高硬度耐热复合金属材料的成型方法，包括金属层熔化浇铸、无机纤维层涂覆和高分子材料层覆盖步骤，其特征在于：所述金属层熔化浇铸步骤采用四级加热方式进行金属熔化。

6.根据权利要求5所述的高硬度耐热复合金属材料的成型方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）先将铝镁合金进行四级加热方式进行熔化，首先控制温度为400～500℃进行快速熔化，设置熔化时间为0.5～1h，接着升温至500～750℃继续熔化0.2～0.3h，然后保温0.3～0.5h后继续升温至750～1000℃，控制熔化时间0.5～1h，最后升温至1000～1550℃，控制融化时间为1～1.2h；

（2）熔化结束后，按照常规浇铸工艺进行浇铸完成，放入冷水中放置3～8s后，立即进行涂覆无机纤维层，控制涂覆的厚度为2～5cm；

（3）无机纤维层涂覆完成未干时，将预先按照常规工艺制得的高分子材料层覆盖在有粘性的无机纤维层上，风干即可。

7.根据权利要求6所述的高硬度耐热复合金属材料的成型方法，其特征在于：所述步骤（2）中放入冷水中的放置时间为5s。

8.根据权利要求6所述的高硬度耐热复合金属材料的成型方法，其特征在于：所述步骤（2）中的无机纤维层的涂覆厚度为3cm。

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CN 104191731 A

说 明 书

一种高硬度耐热复合金属材料及其成型方法

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技术领域

本发明涉及一种高硬度耐热复合金属材料，本发明还涉及一种高硬度耐热复合金属材料的成型方法，属于金属材料及制备领域。

[0001]

背景技术

复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维增强复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄 ；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。

[0003] 金属材料的应用范围极为广泛，其中汽车制造中所用的金属材料非常多，这其中金属材料的强度和抗冲击不够是目前主要解决的一大因素。金属模具在工业上常用，现有技术的模具制造方法是采用数控机床进行加工，要经过下料、锻坯、退火、初加工、精加工、淬火、回火、打磨、修模等十几道工序完成，其中后工序的淬火工艺要求严格，其报废率也较大，制造要一年时间才能够完成，如果在最后的淬火工艺出现问题，如淬火温度控制不好模具硬度达不到要求，或淬裂导致报废，则损失重大。[0004] 与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。复合材料 60 年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于 4×106 厘米（cm），比模量大于 4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。[0005] 按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。其使用温度分别达 250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。先进复合材料除作为结构材料外，还可用作功能材料，如梯度复合材料 ( 材料的化学和结晶学组成、结构、空隙等在空间连续梯变的功能复合材料 )、机敏复合材料（具有感觉、处理和执行功能，能适应环境变化的功能复合材料）、仿生复合材料、隐身复合材料等。[0006] 目前，复合材料的强度均有一定的限制，使得强度较普通金属材料比较弱，如何解决复合材料耐热的同时，具有高强度的特性，是本领域技术人员需要解决的难题。

[0002]

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种高硬度耐热复合金属材料及其成型方法，具有质量轻，耐热和耐疲劳散热性较好、抗压性较强和超高的硬度。

[0007]

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CN 104191731 A[0008]

说 明 书

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为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高硬度耐热复合金属材料，包括金属材料层、无机纤维层和高分子材料层，金属材料层为钛合金，无机纤维层为硼纤维，高分子材料层为合成树脂，其创新点在于：所述铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：10～15%铝镁合金、25～30%硼纤维和合成树脂60～65%。[0009] 进一步的，所述铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：12～14%铝镁合金、26～28%硼纤维和合成树脂62～64%。[0010] 进一步的，所述铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：13%铝镁合金、27%硼纤维和合成树脂60%。[0011] 进一步的，所述合成树脂为酚醛树脂、脲醛树脂和环氧树脂的混合物；所述混合物的混合比例为酚醛树脂：脲醛树脂：环氧树脂=1～1.5：2～3.5：5.5～6.5。[0012] 本发明的另一个目的是提供一种高硬度耐热复合金属材料的成型方法，包括金属层熔化浇铸、无机纤维层涂覆和高分子材料层覆盖步骤，其创新点在于：所述金属层熔化浇铸步骤采用四级加热方式进行金属熔化。[0013] 进一步的，具体步骤如下：

（1）先将铝镁合金进行四级加热方式进行熔化，首先控制温度为400～500℃进行快速熔化，设置熔化时间为0.5～1h，接着升温至500～750℃继续熔化0.2～0.3h，然后保温0.3～0.5h后继续升温至750～1000℃，控制熔化时间0.5～1h，最后升温至1000～1550℃，控制融化时间为1～1.2h；

（2）熔化结束后，按照常规浇铸工艺进行浇铸完成，放入冷水中放置3～8s后，立即进行涂覆无机纤维层，控制涂覆的厚度为2～5cm；

（3）无机纤维层涂覆完成未干时，将预先按照常规工艺制得的高分子材料层覆盖在有粘性的无机纤维层上，风干即可。[0014] 进一步的，所述步骤（2）中放入冷水中的放置时间为5s。[0015] 进一步的，所述步骤（2）中的无机纤维层的涂覆厚度为3cm。[0016] 本发明的有益效果如下：

（1）本发明的高硬度耐热复合金属材料，选用10～15%铝镁合金、25～30%硼纤维和合成树脂60～65%的合适的质量百分比，具有质量轻，耐热和耐疲劳的特点；

（2）本发明的高硬度耐热复合金属材料，选用混合比例为酚醛树脂：脲醛树脂：环氧树脂=1～1.5：2～3.5：5.5～6.5的高分子材料，还具有散热性较好、抗压性较强和超高的硬度；

（3）本发明的高硬度耐热复合金属材料的成型方法，采用独特的四级加热熔化模式，更好的制备出型胚，制备出来的成品品质好，工艺简单，操作方便。具体实施方式

[0017] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。[0018] 实施例1

一种高硬度耐热复合金属材料，包括金属材料层、无机纤维层和高分子材料层，金属材料层为钛合金，无机纤维层为硼纤维，高分子材料层为合成树脂，其创新点在于：铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：10%铝镁合金、25%硼纤维和合成

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说 明 书

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树脂65%。

[0019] 其中，合成树脂为酚醛树脂、脲醛树脂和环氧树脂的混合物；所述混合物的混合比例为酚醛树脂：脲醛树脂：环氧树脂=1：3.5：5.5。[0020] 一种高硬度耐热复合金属材料的成型方法，包括金属层熔化浇铸、无机纤维层涂覆和高分子材料层覆盖步骤，其创新点在于：金属层熔化浇铸步骤采用四级加热方式进行金属熔化。

[0021] 成型方法具体步骤如下：

（1）先将铝镁合金进行四级加热方式进行熔化，首先控制温度为400℃进行快速熔化，设置熔化时间为0.5h，接着升温至750℃继续熔化0.3h，然后保温0.5h后继续升温至860℃，控制熔化时间0.7h，最后升温至1050℃，控制融化时间为1h；

（2）熔化结束后，按照常规浇铸工艺进行浇铸完成，放入冷水中放置3s后，立即进行涂覆无机纤维层，控制涂覆的厚度为2cm；

（3）无机纤维层涂覆完成未干时，将预先按照常规工艺制得的高分子材料层覆盖在有粘性的无机纤维层上，风干即可。

[0022] 本实施例的高硬度耐热复合金属材料，选用10%铝镁合金、25%硼纤维和合成树脂65%的合适的质量百分比，具有质量轻，耐热和耐疲劳，选用混合比例为酚醛树脂：脲醛树脂：环氧树脂=1：3.5：5.5的高分子材料，还具有散热性较好、抗压性较强和超高的硬度。[0023] 实施例2

在实施例1的基础之上，改变铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数比，具体的铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：12～14%铝镁合金、26～28%硼纤维和合成树脂62～64%。[0024] 按照实施例1的成型方法进行成型，改变步骤（2）中放入冷水中的放置时间为5s；步骤（2）中的无机纤维层的涂覆厚度为3cm。[0025] 实施例3

在实施例1的基础之上，改变铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数比，具体的铝镁合金、硼纤维和合成树脂占复合金属材料主体质量分数分别为：13%铝镁合金、27%硼纤维和合成树脂60%。

[0026] 按照实施例1的成型方法进行成型，改变步骤（2）中放入冷水中的放置时间为5s；步骤（2）中的无机纤维层的涂覆厚度为3cm。[0027] 以上实施例的性能参数实验具体如下：

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说 明 书

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如表1 所示的结果可知，实施例1～3 的硬度、拉伸强度和耐热性等均比属于现有技术优异，本发明的效果明显。

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