本發明屬于金屬材料技術領域，特別涉及一種高強度鋁基材料及其制備方法。
背景技術：
復合材料是應現代科學發展需求而涌現出的具有強大生命力的材料，是由兩種或兩種以上成分不同，性質不同，有時形狀也不同的相容性材料以物理方式合理的進行復合而制成的一種材料，其以最大限度的發揮各種材料的特長，并賦予單一材料所不具備的優良性能，復合材料的性能還具有可設計性的重要特征，鋁在制作復合材料上有許多特點，如質量輕、密度小、可塑性好，鋁基復合技術容易掌握，易于加工等，此外，鋁基復合材料比強度和比剛度高，高溫性能好，更耐疲勞和更耐磨，阻尼性能好，熱膨脹系數低，同其他復合材料一樣，它能組合特定的力學和物理性，鋁及鋁合金很適合作金屬基復合材料的基體，鋁的資源豐富，容易獲得，價格合理，密度小，質量輕，比強度與比彈性模量大，熔點不高，可塑性良好，制造工藝與設備不甚復雜，易于與增強材料復合和進行第二次加工，此外，還有很好的導電性與導熱性、抗蝕性等，這些都是復合材料為滿足使用要求所應具備的特性，也是鋁基復合材料得到快速發展的主要原因。
隨著鋁基復合材料的快速發展，應用領域也在不斷擴大，運用在電子、汽車、航空、航天、軍事工業、交通運輸等領域，對鋁基復合材料的性能要求也越來越嚴格苛刻，其中，強度是考核鋁基復合材料的重要指標，同時也是運用在各個領域的硬性指標，但是目前制備的鋁基復合材料質量參差不齊，難以滿足目前市場的需求，比如一些制備的鋁基材料中含mn、cr等雜質，這些雜質會使得合金形成脆性相，直接降低了鋁基材料的硬度，還比如一些，在制備復合材料時，添加sic來達到增強復合材料強度的目的，但是隨著sic體積分數的增大，復合材料的強度和模量都有較大程度的提高，但是塑性卻顯著降低，可見，目前，一方面由于雜質處理不科學，導致材料中形成可脆性相，降低強度，又或者是通過外加增強劑，提高強度的同時，有損害其他的性能，同樣限制了復合材料的應用，鑒于此，強度是考核鋁基復合材料的重要指標，同時也是運用在各個領域的硬性指標，因此在制備鋁基復合材料時，保證其它性能指標的完整性的同時，進一步提高鋁基材料的強度使得其能運用在各個領域是目前研究的重點。
技術實現要素：
本發明為解決上述技術問題，提供了一種高強度鋁基材料及其制備方法。
具體是通過以下技術方案來實現的：
一種高強度鋁基材料，該鋁基材料含有以下按重量份計的原料純鋁75～105、硼酸鋁35～55、納米碳纖維5～25、復合金屬粉4～15、增強顆粒10～30；
所述的增強顆粒，由增強劑和涂覆劑組成，其中，涂覆劑和增強劑的質量比是1.5～1.8∶1。
更有選地，該鋁基材料含有以下按重量份計的原料純鋁86、硼酸鋁45、納米碳纖維18、復合金屬粉9、增強顆粒20。
為了進一步提高鋁基材料的性能，所述鋁基材料還含有乙酰檸檬酸三辛酯、聚乙二醇和稀土元素，以鋁基材料總重量為基準，乙酰檸檬酸三辛酯的添加量為鋁基材料總重量的2～5％，聚乙二醇的添加量為鋁基材料總重量的3～8％，稀土元素的添加量為鋁基材料總重量的1～3％，優選為乙酰檸檬酸三辛酯的添加量為鋁基材料總重量的3.5％，聚乙二醇的添加量為鋁基材料總重量的5％，稀土元素的添加量為鋁基材料總重量的2％，本發明中還添加乙酰檸檬酸三辛酯，作為一種揮發性較小，性質穩定的增塑劑，可以提高制備的鑄錠的韌性，提高加工性能，進一步提升加工強度，通過聚乙二醇的加入，是有效的使得復合金屬粉和增強顆粒較為均勻的分布在熔融態的純鋁和硼酸鋁中，使得制備的鋁基材料性質穩定，起到較好的分散作用。
為了進一步提高鋁基材料的性能，所述的增強劑，是tib2和al2o3按1∶0.35～0.45的質量比混合制得。
為了進一步提高鋁基材料的性能，所述的涂覆劑，是鋅和鎳中的一種。
為了進一步提高鋁基材料的性能，所述的復合金屬粉、包括銅粉、釩粉、鉻粉，以鋁基材料總重量為基準，銅粉的添加量為鋁基材料總重量的0.8～1.2％，釩粉的添加量為鋁基材料總重量的0.3～0.5％，鉻粉的添加量為鋁基材料總重量的1～2％。
所述的高強度鋁基材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備增強顆粒：將增強劑粉碎至粒徑為250～280μm，將涂覆劑熔融后，與增強劑混合，降溫至125～135℃，靜置18～22h，粉碎得增強顆粒；
(2)制備鋁基材料：將熔融態的純鋁和熔融態的硼酸鋁混合，加入復合金屬粉和增強顆粒，混勻，噴霧造粒，再與剩余的原料混勻，在650～700mpa的壓力下冷壓成型，置于1200～1300℃燒結成型即可。
為了進一步提高鋁基材料的性能，在步驟(2)中添加復合金屬粉和增強顆粒時，是先將熔融態的純鋁和熔融態的硼酸鋁混合后，在715～730℃的恒溫條件下靜置2～5h，再加入復合金屬粉，攪拌150～180min，再加入增強顆粒，其中，在步驟(2)反應的整個過程中，通入惰性氣體至反應結束，所述惰性氣體，是指不與反應物發生反應和產物發生反應的任意一種氣體或氣體混合物，如元素周期表零族氣體中的中一種或幾種，優選為氮氣、氬氣和氦氣中的一種或幾種，通入方式為自下而上在熔融時或添加復合金屬粉和增強顆粒時，添加惰性氣體，一是能避免鋁質在熔融狀態時發生氧化，二是能在溶液中產生氣泡，借助上浮的氣泡除去氧化物等雜質，便于打撈清除。
為了進一步提高鋁基材料的性能，所述的增強顆粒，進一步限定其粒徑為300～350μm。
綜上所述，本發明的有益效果在于：本發明提供的鋁基材料是以二硼化鈦和氧化鋁進行金屬噴涂后，與復合金屬粉一起作為增強相，首先二硼化鈦和氧化鋁具有較好的硬度，再通過金屬的涂覆后，有效的增強了鋁基材料的力學性能，同時，添加了氧化鋁能夠與制備的鋁基材料進行良好的結合，具有性能上的相容性，同時，還添加了復合金屬粉，進一步增強鋁基材料的強度，同時，本發明以純鋁和硼酸鋁混合作為基質，在熔融狀態下添加了顆粒形態的增強相，使得二者得到均質的融合，進一步提升了鋁基材料的強度。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，但本發明并不局限于這些實施方式，任何在本實施例基本精神上的改進或代替，仍屬于本發明權利要求所要求保護的范圍。
實施例1
一種高強度鋁基材料，該鋁基材料含有以下按重量份計的原料純鋁75kg、硼酸鋁35kg、納米碳纖維5kg、復合金屬粉4kg、增強顆粒10kg；
所述的增強顆粒，由增強劑和涂覆劑組成，其中，涂覆劑和增強劑的質量比是1.5∶1。
所述的增強劑，是tib2和al2o3按1∶0.35的質量比混合制得。
所述的涂覆劑，優選為鋅。
所述的復合金屬粉、包括銅粉、釩粉、鉻粉，以鋁基材料總重量為基準，銅粉的添加量為鋁基材料總重量的0.8％，釩粉的添加量為鋁基材料總重量的0.3％，鉻粉的添加量為鋁基材料總重量的1％。
所述鋁基材料還含有乙酰檸檬酸三辛酯、聚乙二醇和稀土元素，以鋁基材料總重量為基準，乙酰檸檬酸三辛酯的添加量為鋁基材料總重量的2％，聚乙二醇的添加量為鋁基材料總重量的3％，稀土元素的添加量為鋁基材料總重量的1％。
所述的高強度鋁基材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備增強顆粒：將增強劑粉碎至粒徑為250μm，將涂覆劑熔融后，與增強劑混合，降溫至125℃，靜置18h，粉碎得粒徑為300μm的增強顆粒；
(2)制備鋁基材料：將熔融態的純鋁和熔融態的硼酸鋁混合，在715℃的恒溫條件下靜置2h，再加入復合金屬粉，攪拌150min，再加入增強顆粒，混勻，噴霧造粒，再與剩余的原料混勻，在650mpa的壓力下冷壓成型，置于1200℃燒結成型即可，反應的整個過程中，通入惰性氣體至反應結束。
實施例2
一種高強度鋁基材料，該鋁基材料含有以下按重量份計的原料純鋁105kg、硼酸鋁55kg、納米碳纖維25kg、復合金屬粉15kg、增強顆粒30kg；
所述的增強顆粒，由增強劑和涂覆劑組成，其中，涂覆劑和增強劑的質量比是1.8∶1。
所述的增強劑，是tib2和al2o3按1∶0.45的質量比混合制得。
所述的涂覆劑，優選為鎳。
所述的復合金屬粉、包括銅粉、釩粉、鉻粉，以鋁基材料總重量為基準，銅粉的添加量為鋁基材料總重量的1.2％，釩粉的添加量為鋁基材料總重量的0.5％，鉻粉的添加量為鋁基材料總重量的2％。
所述鋁基材料還含有乙酰檸檬酸三辛酯、聚乙二醇和稀土元素，以鋁基材料總重量為基準，乙酰檸檬酸三辛酯的添加量為鋁基材料總重量的5％，聚乙二醇的添加量為鋁基材料總重量的8％，稀土元素的添加量為鋁基材料總重量的3％。
所述的高強度鋁基材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備增強顆粒：將增強劑粉碎至粒徑為280μm，將涂覆劑熔融后，與增強劑混合，降溫至135℃，靜置22h，粉碎得粒徑為350μm的增強顆粒；
(2)制備鋁基材料：將熔融態的純鋁和熔融態的硼酸鋁混合，在730℃的恒溫條件下靜置2～5h，再加入復合金屬粉，攪拌180min，再加入增強顆粒，混勻，噴霧造粒，再與剩余的原料混勻，在700mpa的壓力下冷壓成型，置于1300℃燒結成型即可，反應的整個過程中，通入惰性氣體至反應結束。
實施例3
一種高強度鋁基材料，該鋁基材料含有以下按重量份計的原料純鋁86kg、硼酸鋁45kg、納米碳纖維18kg、復合金屬粉9kg、增強顆粒20kg；
所述的增強顆粒，由增強劑和涂覆劑組成，其中，涂覆劑和增強劑的質量比是1.7∶1。
所述的增強劑，是tib2和al2o3按1∶0.4的質量比混合制得。
所述的涂覆劑，優選為鎳。
所述的復合金屬粉、包括銅粉、釩粉、鉻粉，以鋁基材料總重量為基準，銅粉的添加量為鋁基材料總重量的1％，釩粉的添加量為鋁基材料總重量的0.4％，鉻粉的添加量為鋁基材料總重量的1.5％。
所述鋁基材料還含有乙酰檸檬酸三辛酯、聚乙二醇和稀土元素，以鋁基材料總重量為基準，乙酰檸檬酸三辛酯的添加量為鋁基材料總重量的3.5％，聚乙二醇的添加量為鋁基材料總重量的5％，稀土元素的添加量為鋁基材料總重量的2％。
所述的高強度鋁基材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備增強顆粒：將增強劑粉碎至粒徑為270μm，將涂覆劑熔融后，與增強劑混合，降溫至130℃，靜置20h，粉碎得粒徑為330μm的增強顆粒；
(2)制備鋁基材料：將熔融態的純鋁和熔融態的硼酸鋁混合，在725℃的恒溫條件下靜置3h，再加入復合金屬粉，攪拌170min，再加入增強顆粒，混勻，噴霧造粒，再與剩余的原料混勻，在680mpa的壓力下冷壓成型，置于1250℃燒結成型即可，反應的整個過程中，通入惰性氣體至反應結束。
實施例4
一種高強度鋁基材料，該鋁基材料含有以下按重量份計的原料純鋁75kg、硼酸鋁55kg、納米碳纖維5kg、復合金屬粉15kg、增強顆粒10kg；
所述的增強顆粒，由增強劑和涂覆劑組成，其中，涂覆劑和增強劑的質量比是1.5∶1。
所述的增強劑，是tib2和al2o3按1∶0.45的質量比混合制得。
所述的涂覆劑，優選為鋅。
所述的復合金屬粉、包括銅粉、釩粉、鉻粉，以鋁基材料總重量為基準，銅粉的添加量為鋁基材料總重量的0.8％，釩粉的添加量為鋁基材料總重量的0.5％，鉻粉的添加量為鋁基材料總重量的1％。
所述鋁基材料還含有乙酰檸檬酸三辛酯、聚乙二醇和稀土元素，以鋁基材料總重量為基準，乙酰檸檬酸三辛酯的添加量為鋁基材料總重量的2％，聚乙二醇的添加量為鋁基材料總重量的8％，稀土元素的添加量為鋁基材料總重量的1％。
所述的高強度鋁基材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備增強顆粒：將增強劑粉碎至粒徑為250μm，將涂覆劑熔融后，與增強劑混合，降溫至135℃，靜置22h，粉碎得粒徑為300μm的增強顆粒；
(2)制備鋁基材料：將熔融態的純鋁和熔融態的硼酸鋁混合，在730℃的恒溫條件下靜置5h，再加入復合金屬粉，攪拌150min，再加入增強顆粒，混勻，噴霧造粒，再與剩余的原料混勻，在650mpa的壓力下冷壓成型，置于1300℃燒結成型即可，反應的整個過程中，通入惰性氣體至反應結束。
實施例5
一種高強度鋁基材料，該鋁基材料含有以下按重量份計的原料純鋁105kg、硼酸鋁35kg、納米碳纖維25kg、復合金屬粉4kg、增強顆粒30kg；
所述的增強顆粒，由增強劑和涂覆劑組成，其中，涂覆劑和增強劑的質量比是1.8∶1。
所述的增強劑，是tib2和al2o3按1∶0.35的質量比混合制得。
所述的涂覆劑，優選為鎳。
所述的復合金屬粉、包括銅粉、釩粉、鉻粉，以鋁基材料總重量為基準，銅粉的添加量為鋁基材料總重量的1.2％，釩粉的添加量為鋁基材料總重量的0.5％，鉻粉的添加量為鋁基材料總重量的1％。
所述鋁基材料還含有乙酰檸檬酸三辛酯、聚乙二醇和稀土元素，以鋁基材料總重量為基準，乙酰檸檬酸三辛酯的添加量為鋁基材料總重量的2％，聚乙二醇的添加量為鋁基材料總重量的8％，稀土元素的添加量為鋁基材料總重量的3％。
所述的高強度鋁基材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備增強顆粒：將增強劑粉碎至粒徑為250μm，將涂覆劑熔融后，與增強劑混合，降溫至125℃，靜置22h，粉碎得粒徑為350μm的增強顆粒；
(2)制備鋁基材料：將熔融態的純鋁和熔融態的硼酸鋁混合，在715℃的恒溫條件下靜置5h，再加入復合金屬粉，攪拌150min，再加入增強顆粒，混勻，噴霧造粒，再與剩余的原料混勻，在650～700mpa的壓力下冷壓成型，置于1300℃燒結成型即可，反應的整個過程中，通入惰性氣體至反應結束。
對比例1
以實施例1為例，采用相同的原料組成進行鋁基材料的制備，不同之處在于，本對比例采用的傳統的鋁基材料的制備方法進行制備。
對比例2
本對比例按照實施例1的方法制備鋁基材料，不同之處在于，原料配方中不添加復合金屬粉。
對比例3
本對比例按照實施例1的方法制備鋁基材料，不同之處在于，原料配方中不添加增強顆粒。
對比例4
本對比例按照實施例1的方法制備鋁基材料，不同之處在于，在制備增強顆粒時，不添加涂覆劑，直接以增強劑作為增強顆粒進行鋁基材料的制備。
對比例5
本對比例按照實施例1的方法制備鋁基材料，不同之處在于，在制備增強顆粒時，采用除鋅或鎳以外的涂覆材料對增強劑進行涂覆后，制備鋁基材料。
對比例6
本對比例按照實施例1的方法制備鋁基材料，不同之處在于，在原料配方時，不添加稀土元素或用其它物質代替稀土元素后進行鋁基材料的制備。
性能測試
以汽車制動盤為例，用實施例1～5以及對比例1～6制備的鋁基材料制備汽車制動盤，采用按國標gbt228的標準對實施例1～5以及對比例1～6制備的汽車制動盤的拉伸強度、屈服強度、斷裂伸長率、彈性模量和布氏硬度進行測試，結果如表1所示：
表1
由上表可知，以汽車制動盤為例，實施例1～5制備的制動盤的性能明顯優于對比例1～6的制備的制動盤，上表的數據是以實施例1為例制得，從實施例1制備的制動盤的性能與對比例1～6的制備的制動盤的性能對比可知，拉伸強度、屈服強度、斷裂伸長率、彈性模量和布氏硬度均有不同程度的提升，可見本發明提供的鋁基材料制備的制品的力學性能都得到了有效的提升，在此需要說明的是，在對比例的設計時，是以實施例1為標準進行設定的，但是以實施例2～5為標準進行相同對比例的設計時，同樣能顯著提升力學性能。