金属基复合材料（MMCS）

项目名称   金属基复合材料（MMCS）  负责人   

通讯地址   西安交通大学  邮政编码   710049
E-mail   auler@sohu.com
所在院所  
联系人   张旭峰  电话    传真  
技术来源  
拥有专利    专利号  
项目简介 一、国内外研究状况

金属基复合材料是近几年来迅速发展起来的一种高技术的新型工程材料，它具有高的比刚度，比强度，优良的高温性能，低的热膨胀系数以及良好的耐磨、减摩性。由于其优良的加工、成型性能，明显的性能价格比之优势，在世界许多国家，如美国、英国、日本以及印度、巴西等对它的研究和应用开发正多层次大面积的展开。

金属基复合材料的成功应用首先是在航空、航天领域，如美国宇航局（NASA）采用B/A1（硼-铝）复合材料制造飞机中部20M长的货舱行桁架；Martin公司用TiB2颗粒增强铝制造机翼。近年来金属基复合材料已逐渐被用于要求更精密的关键零部件，英国航天公司从八十年代起研究用颗粒和晶须增强铝合金制造三叉戟导弹制导元件，美国DWA公司和英国BP公司已制造出专门用于飞机和导弹的复合材料薄板一型材，以及航空结构导槽等。

随复合材料研究的深入其应用范围也开始从军工（飞机、导弹零部件）扩展到民用（汽车、摩托车、纺织、石油、化工等行业），尤其在制造领域有着十分广阔的应用前景。

二、金属基复合材料的性能特点

作为一种新型的工程结构材料，不但要满足所制机械，机器零件在不同工况（简单工况或严酷工况）下所需的各种性能，而且价格、制备工艺、加工工艺等与传统材料相比也应具备其优越性。

金属基复合材料的最大优点是性能可设计性，即按零件在不同工况下的性能要求，对材料的成份、组织进行设计。

金属基复合材料常用的基体材料有铝及铝合金、镁及镁合金、钛及钛合金、不锈钢、铜及铜合金等，其中铝及铝合金最为常用，增强体主要分：颗粒、纤维（长短）及晶须，其中颗粒增强工艺最简单，成本也较低。

铝基复合材料的性能特点：

1、低密度 铝基复合材料的密度一般在2.8左右，基本上与一般铝合金相当，比钢低2/3（同等几何尺寸的零件，其重量仅为钢制的1/3左右）。

2、高的比强度（强度/密度） 颗粒增强的铝基复合材料，其强度在400～700Mpa，与一般结构钢相当（例45#钢正火态σb=600

Mpa，20#钢正火态σb=400 Mpa，16MnNbσb=550 Mpa）其比强度（强度/密度）约为一般结构钢的3倍。

3、高的比刚度（刚度/密度）

颗粒增强的铝及铝合金基复合材料弹性模量E约为80～140Gpa（常用铝合金的E值约为70Gpa左右，钢铁材料约E=200Gpa，一般灰铸铁E=97～180Gpa）其比刚度（E/P）比一般铝合金高约60%，是钢铁材料的1.5～2倍。

4、优良的高温性能及高的抗大气腐蚀能力

一般铝合金（如硬铝超硬铝）的强度对温度较为敏感，而铝基复合材料的强度在高于300℃时才呈快速下降趋势，300℃时短时拉伸强度仍有400Mpa以上。由于此材料的基体为铝及铝合金，故其抗大气腐蚀能力好，但在酸、碱及NaCl介质中抗蚀性较差。

5、高的耐磨性

高的耐磨性是此材料（SiC,Al2O3增强）显著的特点之一，在湿摩擦（有润滑）条件下呈现出优良的耐磨性。实验表明，其耐磨性明显优于铸铁，而且通过成份设计，还可获得满意的减摩性，但在干摩擦条件下（无润滑）耐磨性较差。
现较常用的制备方法有粉末冶金法，铸造法及压延成型法等。

三、金属基复合材料在汽车行业中的应用

提高汽车发动机功效，减少油耗及废气排放，减轻整车重量提高整车性能以及保障其安全性，可靠性，是世界汽车制造业竞争、发展中普遍面临的挑战。

资料表明：汽车整重减少10%，耗油下降约5.5%，也即重量减少91kg，燃油利用率约增加0.43Km/L。因此，应用和研制轻型材料已引起各大汽车公司的极大关注。

目前，国外对非连续体增强铝基复合材料DRA（Discontinuosly Reinforced Aluminum）在汽车重要零部件上的应用与研究主要有如下几种：

1、驱动轴；2、发动机缸体、汽缸缸套；3、刹车轮；4、发动机连杆和活塞。

由于DRA优良的性能及明显的性能/价格比优势（其成本比一般铝合金高约20%），在汽车行业有着十分广阔的应用前景，除以上零件外，还可生产高压油泵啮合件，轮毂等。开展此材料在我国汽车制造行业的应用研究，对我国汽车工业走向世界市场、增强的国际市场上的竞争能力有着十分重要的意义。

项目优势 √ A 市场发展前景很好         B 产品或工艺创新性突出
C 经济效益显著        D 社会效益显著         E 其他
   
现处阶段 A 研发阶段 B 小试阶段 C 中试阶段 D 批量生产阶段
技术领先 

项目可行性分析

合作项目 项目总投资(万) 基建费(万) 设备费(万) 成果转让费(万) 流动资金(万) 其他(万)
                
厂房/办公面积及人员要求  
预计年产量    年销售额  
成本(万)    利润(万)  
年投资回报率%    投资回收期  

其他需要说明的问题