耐磨陶瓷材料、陶瓷局部增强铝基复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开的耐磨陶瓷材料的组成包括体积比为（5～30）：（1～25）的陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料，该耐磨陶瓷材料耐磨性好，适用于对耐磨性要求较高的场合，可局部复合于铝合金基体表面，提高铝合金基体耐磨性；本发明专利技术公开的陶瓷局部增强铝基复合材料及其可操作性强的制备方法，在铝合金基体的表面局部复合耐磨陶瓷材料制成的耐磨层，可改善铝合金的局部耐磨性，同时充分利用铝合金密度低、导热性好的特点，使该复合材料可适用于各种对耐磨性和散热性要求高并有轻量化要求的场合，尤其适用于像制动毂、制动盘等刹车制动系统，可有效延长刹车制动系统的使用寿命，降低油耗，改善车辆的通过性能并缩短刹车距离，提高汽车的安全性。

【技术实现步骤摘要】
耐磨陶瓷材料、陶瓷局部增强铝基复合材料及制备方法
本专利技术涉及陶瓷及陶瓷复合材料
，具体是一种耐磨陶瓷材料以及利用该耐磨陶瓷材料进行局部增强的铝基复合材料和该铝基复合材料的制备方法。
技术介绍
耐磨陶瓷材料具有优异的耐磨性，其与金属材料复合后形成的金属基复合材料可充分利用其耐磨性，起到较好的局部耐磨效果。制动毂和制动盘为汽车上关键的安全件，起摩擦制动作用，要求具有良好的耐磨性及综合力学性能。在行车过程中，制动毂或制动盘能否安全可靠地制动非常重要，若紧急情况下发生刹车失灵，将会造成安全事故，甚至造成车毁人亡大事故。因此，对制动毂和制动盘的各项要求非常严格。历来，国内外的汽车制动毂和制动盘大多是用铸铁整体铸造而成，其耐磨性和力学性能好，铸造工艺成熟，可成形大型复杂铸件，价格较低，适合大批量生产。但是铸铁制动毂和制动盘有下列不足处；1、铸铁密度高，密度达7.3g/cm2左右，因此制动毂和制动盘的重量较重，而制动毂和制动盘的重量属于非簧载重量，相当于3~5倍的簧载重量，无疑会明显增加车辆油耗，降低车辆机动性能，此外，相关部件拆装、维修较困难；2、铸铁的导热性较差，刹车时磨擦产生的热量散发慢，易造成刹车系统因温升过高而工作失灵。3、铸铁制动毂和制动盘一般用型砂铸造，铸件尺寸精度、表面光洁度差，内部缩松气孔不易控制，且铸造生产的劳动强度高，对环境污染较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种耐磨陶瓷材料。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种利用耐磨陶瓷材料进行局部增强的陶瓷局部增强铝基复合材料。本专利技术所要解决的第三个技术问题是提供一种陶瓷局部增强铝基复合材料的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：该耐磨陶瓷材料的组成包括体积比为（5～30）：（1～25）的陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料。作为优选，所述的陶瓷骨架材料为氧化铝短纤维和/或硅酸铝短纤维，所述的陶瓷颗粒材料为粉煤灰颗粒和/或碳化硅颗粒，所述的氧化铝短纤维的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的硅酸铝短纤维的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的粉煤灰颗粒的粒度为10～100μm，所述的碳化硅颗粒的粒度为10～100μm。作为优选，所述的陶瓷骨架材料为氧化铝短纤维，所述的陶瓷颗粒材料为粉煤灰颗粒。利用上述耐磨陶瓷材料进行局部增强得到的陶瓷局部增强铝基复合材料，包括铝合金基体及局部复合于该铝合金基体表面的耐磨层，所述的耐磨层由陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂经混合、抽真空、加压、去水、压制、烘干、烧结而成，陶瓷骨架材料、陶瓷颗粒材料、低温粘合剂和高温粘合剂的体积比为（5～30）：（1～25）：（20～40）：（20～60）。作为优选，所述的陶瓷骨架材料为氧化铝短纤维和/或硅酸铝短纤维，所述的陶瓷颗粒材料为粉煤灰颗粒和/或碳化硅颗粒，所述的氧化铝短纤维的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的硅酸铝短纤维的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的粉煤灰颗粒的粒度为10～100μm，所述的碳化硅颗粒的粒度为10～100μm。作为优选，所述的陶瓷骨架材料为氧化铝短纤维，所述的陶瓷颗粒材料为粉煤灰颗粒。作为优选，所述的低温粘合剂是浓度为3～20%的羧甲基纤维素水溶液，所述的高温粘合剂是浓度为10～60%的硅溶胶溶液。上述陶瓷局部增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：按体积分数计，将5～30%的陶瓷骨架材料、1～25%的陶瓷颗粒材料、20～40%的低温粘合剂和20～60%的高温粘合剂均匀混合后，定量浇入预制件模具中，加压20～30MPa，去水并压制成预制件；然后将预制件先在150～200℃温度下烘干处理10～20h，再在700～1000℃温度下烧结处理2.5～4h，得到预制件成品；最后采用挤压铸造工艺将预制件成品复合于事先准备好的铝合金基体，使耐磨层与铝合金基体冶金结合，即得到陶瓷局部增强铝基复合材料。作为优选，加压之前先将预制件模具抽真空至1×10-2Pa，再加压、去水并压制成预制件。作为优选，所述的铝合金基体为铝合金制品，该铝合金制品为制动毂或制动盘，所述的耐磨层局部复合于制动毂或制动盘的表面。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术公开的耐磨陶瓷材料的组成包括体积比为（5～30）：（1～25）的陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料，耐磨性好，适用于对耐磨性要求较高的场合，可局部复合于铝合金基体表面，提高铝合金基体耐磨性。本专利技术公开的陶瓷局部增强铝基复合材料，利用耐磨陶瓷材料进行局部增强，通过选择性的局部强化，在铝合金基体的表面局部复合耐磨陶瓷材料制成的耐磨层，可改善铝合金的局部耐磨性，其耐磨性可达传统铸铁的4倍以上，同时充分利用铝合金密度低、导热性好的特点，使该陶瓷局部增强铝基复合材料可适用于各种对耐磨性和散热性要求高并有轻量化要求的场合，尤其适用于像制动毂、制动盘等刹车制动系统，可有效延长刹车制动系统的使用寿命，降低油耗，减少制动系统的原料成本、加工成本及维护成本，改善车辆的通过性能并缩短刹车距离，提高汽车的安全性。本专利技术公开的陶瓷局部增强铝基复合材料的制备方法，可操作性强，通过将陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂混合、抽真空、加压、去水、压制、烧结制成多孔的预制件，最后采用挤压铸造工艺将预制件成品复合于事先准备好的铝合金基体，即得到陶瓷局部增强铝基复合材料。在挤压铸造过程中铝合金液渗入多孔的预制件内形成复合材料，构成复合材料的耐磨陶瓷材料层与铝合金基体结合紧密，确保陶瓷局部增强铝基复合材料的耐磨性和综合力学性能满足使用要求。附图说明图1为实施例1制得的具有耐磨层的铝合金制动毂的结构示意图；图2为实施例1制得的制动毂中铝合金制动毂本体的金相照片（200×）；图3为实施例1制得的制动毂中铝合金制动毂本体与陶瓷增强材料耐磨层交界处的金相照片（200×）；图4为实施例1制得的制动毂中耐磨层的金相照片（200×）；图5为实施例2制得的具有耐磨层的铝合金制动盘的俯视图；图6为图5中A-A剖视图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1：制备具有耐磨层的铝合金制动毂，该制动毂由英国牌号LM24的铸造铝合金制成，其尺寸为Φ480mm（外径）×227mm（高度），其耐磨陶瓷材料制成的耐磨层的尺寸为Φ420mm（内径）×180mm（高度）×7mm（厚度）。制备方法包括以下步骤：按体积分数计，将12%的硅酸铝短纤维、8%的碳化硅颗粒与20%的浓度为5%的羧甲基纤维素水溶液和60%的浓度为10%的硅溶胶溶液均匀混合后，定量浇入预制件模具中，抽真空至1×10-2Pa，加压20～30MPa，去水并压制成圆环状的预制件，该预制件的尺寸为Φ420mm（内径）×180mm（高度）×7mm（厚度）；然后将预制件先在150～200℃温度下烘干处理15h，再在700～1000℃温度下烧结处理3h，得到预制件成品；最后采用挤压铸造工艺将预制件成品复合于事先准备好的铝合金制动毂基体，最后经T6热处理和机械加工即得到实施例1的具有耐磨层的铝合金制动毂成品，其结构示意图见图1。如图1所示的铝合金制动毂，包括圆筒状的铝合金制动毂本体1，铝合金制动毂本体1的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
耐磨陶瓷材料，其特征在于该耐磨陶瓷材料的组成包括体积比为（5～30）：（1～25）的陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料。

【技术特征摘要】
1.陶瓷局部增强铝基复合材料，其特征在于包括铝合金基体及局部复合于该铝合金基体表面的耐磨层，所述的耐磨层由陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂经混合、抽真空、加压、去水、压制、烘干、烧结而成，陶瓷骨架材料、陶瓷颗粒材料、低温粘合剂和高温粘合剂的体积比为(5～30)：(1～25)：(20～40)：(20～60)；所述的陶瓷骨架材料为氧化铝短纤维，所述的陶瓷颗粒材料为粉煤灰颗粒和碳化硅颗粒，所述的氧化铝短纤维的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的粉煤灰颗粒的粒度为10～100μm，所述的碳化硅颗粒的粒度为10～100μm；所述的低温粘合剂是浓度为3～20％的羧甲基纤维素水溶液，所述的高温粘合剂是浓度为10～60％的硅溶胶溶液；该陶瓷局部增强铝基复合材料的制备方法包括以下步骤：按体积分数计，将5～30％的陶瓷骨架材料、1～25％的陶瓷颗粒材料、20～40％的低温粘合剂和20～60％的高温粘合剂均匀混合后，定量浇入预制件模具中，先将预制件模具抽真空至1×10-2Pa，再加压20～30MPa、去水并压制成预制件；然后将预制件先在150...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐霖，齐丕骧，
申请(专利权)人：余姚市海博机械有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33