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铝基复合材料具备高比强度、高模量、高导电性、膨胀系数小、耐磨性好、表面稳定性好和耐高温等优异性能。为满足这种对材料性能的要求,新型金属基复合材料的研究、开发和应用就显得日益重要。
航空航天铝合金复合材料金属基复合材料(MMCs)是由连续的金属或合金基体和增强体所构成。增强体一般都是具有高强度,高模量的非金属材料,如碳纤维,硼纤维或陶瓷材料等。不同金属及合金基体与不同增强体的优化组合,可使金属基复合材料具有各种特殊和优异的综合性能。
目前用作金属基复合材料基体的种类有铝基、镁基、钛基、钢基、铜基等多种,增强体主要有连续纤维、短纤维和晶须、颗粒。而其中铝基复合材料除了具备高强度、高模量等特点外,还具有密度低、重量轻、制造工艺设备相对简单、可大规模批量生产等优点。铝基复合材料作为一种区别于传统金属材料的新型材料,对于整个社会的进步都有着十分重要的作用。
铝基复合材料始终无法被完全替代在航空航天和军事领域有很多铝基复合材料应用的例子,比如Cercast公司采用熔模铸造工艺成功研制出了A+20%SiC复合材料,用该材料代替钛合金制造直径达mm,重17.3公斤的飞机摄像镜方向架,使其重量降低,导热性能提升。而纤维增强复合材料在美国也已成功应用于制造航天飞机机身框架、哈勃望远镜的长方形天线支架、发动机活塞等。
碳纤维因为成本相对低廉,应用最为广泛。硼纤维虽然制造成本相对较高,但其具有高弹性模量Gpa、室温下断裂强度是~MP,与金属基体润湿性好,反应性较低的优点,因此在美国几乎全部应用于军用飞机和航天领域,如制造航天飞机的主隔板、翼肋构架支柱和管子。
氮化硼纳米管氮化硼纳米管,其比强度是碳纤维3倍,弹性模量是硼纤维的3.25倍,室温下断裂强度是硼纤维的12倍,空气中的耐高温度高达摄氏度,还具备优异的抗腐蚀性,用氮化硼纳米管所制成的铝基复合材料,具备更高弹性模量、更高强度,并能提升铝合金的耐高温性,且氮化硼纳米管同样具备与金属基体润湿性好,因其化学惰性较强与铝基体反应性低的优点。
而与碳化硅颗粒增强铝基复合材料在复合材料中占比为20%-35%相比,氮化硼纳米管在铝合金中的含量仅为0.4%,即可达到同等甚至更强的增强效果,碳化硅的密度为3.2g/cm3,氮化硼纳米管的密度为2.1g/cm3,含量低,密度小更能提升铝合金的减重效果。
大连义邦引入的氮化硼纳米管铝基母合金增强颗粒,已应用于国外铝基复合材料领域,尤其是汽车、航空航天以及军事等领域。
大连义邦铝基母合金增强颗粒该铝基母合金增强颗粒,采用氮化硼纳米管与金属铝混合,形成的铝基母合金增强颗粒复合材料,氮化硼纳米管在该复合材料中的占比为5wt%,纳米管直径60nm,长度20um,成功从微米级的增强体升级到纳米级增强体。
经国外ECKIndustries军工企业验证,将氮化硼纳米管铝基复合材料颗粒,加入到一种先进铝合金铸件中,仅需0.4%的添加比例,即可实现铝合金机械强度70%,或同样的原始强度下,减重高达50%以上。目前该公司已将新技术,广泛应用于飞机纵向推力杆、飞机汽缸盖、防弹衣、战车机枪支架、转向节、电力汽车和混合动力汽车气缸外壳等。
根据实际测试反馈,同强度下实现减重,防弹背心的重量可由3公斤减少到1公斤,但防弹标准是一样的。
此增强产品适用于铸铝工艺,仅需在铸铝工序中的铝熔液状态下,添加其他金属和非金属元素时,将此颗粒于搅拌结束前的十分钟加入铝熔液即可,后面工序正常。
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