一种纳米晶增强的耐磨镁合金刹车盘的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米晶增强的耐磨镁合金刹车盘的制备方法，属于刹车盘技术领域。通过加入纳米晶作为耐磨增强剂，通过对纳米晶的表面进行离子液体的接枝，使其与表面碳化后的镁粉之间通过静电自组装技术进行包覆，提高了原料的相容性，使成品的耐磨性和成品率得到提高。

Preparation method of nano crystal reinforced wear resistant magnesium alloy brake disc

The invention relates to a preparation method of nano crystal reinforced wear-resistant magnesium alloy brake disc, which belongs to the technical field of brake disc. By adding nano crystal as wear-resistant reinforcing agent, grafting ionic liquid through the surface of nano crystal, and the surface between the magnesium carbide after coated by electrostatic self-assembly technology, improving the compatibility of raw materials, finished the wear resistance and the rate of finished products can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米晶增强的耐磨镁合金刹车盘的制备方法
本专利技术涉及一种纳米晶增强的耐磨镁合金刹车盘的制备方法，属于刹车盘

技术介绍
刹车盘固定在车轮上，随车轮转动，以端平面为摩擦工作面，通过摩擦将动能转化为热能的圆盘形运动部件。由于全球节能环保意识的觉醒，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6～8%。为了减轻汽车重量，越来越多的钢铁零部件改用轻质材料制造，例如镁、铝、工程塑料、陶瓷和各种复合材料。乘用车的制动系统通常采用前轮刹车盘，后轮刹车鼓。由于刹车盘的制动效果更好，前后轮都采用刹车盘已渐成趋势。目前刹车盘和与其配套的卡钳基本上都是由铸铁制造，汽车行业一直希望能减轻制动系统的重量。到目前为止，三种刹车盘轻量化技术已经开始了有限的商业化应用：例如：碳/碳刹车盘、陶瓷刹车盘、铝基复合材料刹车盘。由于多种原因，这三种技术并不适合乘用车广泛使用，因此有必要研发能被多数乘用车采用的轻质刹车盘。金属镁具有价格相对低廉、资源丰富的轻质材料，又适合用铸造、锻造、焊接和机械加工的方法制造零部件，生产成本低。与铸铁相比，镁基材料具有重量轻、耐腐蚀、韧性好、相同或更高的强度、高导热率、高比热，是制造轻质刹车盘的优选材料。但是镁合金不耐磨、不能承受高温。为了解决这些缺陷，陶瓷颗粒增强的铝基复合材料刹车盘曾经经历过大量的研究。使用过的陶瓷颗粒有SiC、Al2O3等。在镁合金刹车盘当中加入耐磨陶瓷作为耐磨增强剂时，由于在原料的混合不均匀和相容性差的现象和由于金属凝固收缩率的不同，会导致烧结过程中气孔和凝固时形成缩孔，使刹车盘出现开裂、成品率低、抗磨性能不好的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：在镁合金刹车盘当中加入耐磨陶瓷作为耐磨增强剂时，由于在原料的混合不均匀和相容性差的现象和由于金属凝固收缩率的不同，会导致烧结过程中气孔和凝固时形成缩孔，使刹车盘出现开裂、成品率低、抗磨性能不好的问题。本专利技术采用的关键技术是：通过加入纳米晶作为耐磨增强剂，通过对纳米晶的表面进行离子液体的接枝，使其与表面碳化后的镁粉之间通过静电自组装技术进行包覆，提高了原料的相容性，使成品的耐磨性和成品率得到提高。为解决上述问题，采用了如下技术手段：一种纳米晶增强的耐磨镁合金刹车盘的制备方法，包括如下步骤：第1步，镁粉的粉碎：通过高能球磨的方式对镁粉进行球磨处理；第2步，镁粉的表面碳沉积：第1步得到的镁粉装载在真空碳管炉中，进行沉积增密；本步骤重复多次，并且每次之间需要将镁粉翻动；第3步，镁粉表面的阴离子化处理：按重量份计，将40～50份第2步得到的镁粉置于甲醛水溶液中，再加入0.05～0.1份的NaOH，搅拌均匀，进行第一次反应，反应结束后水洗、烘干，得到表面羟甲基化的碳包覆镁粉；再将表面羟甲基化的碳包覆镁粉、4～8份对苯酚磺酸、400～600份的甲醇水溶液、0.2～0.4份NaOH混合，进行第二次反应，反应结束后水洗、烘干，得到表面阴离子化的镁粉；第4步，制备Ce0.3Y0.4Pd0.3O2-δ纳米晶：按照摩尔份数比，将0.3份的Ce(NO3)3·6H2O、0.4份的YCl3、0.3份的Pd(NO3)3溶解于80～120摩尔份的水中，再加入1～3份的柠檬酸，加热反应，再进行陈化，得到凝胶，再将凝胶减压蒸干后，将粉末进行煅烧，得到纳米晶；第5步，硅烷偶联剂接枝的离子液体的制备：在醇类溶剂中，加入1～5wt%的硅烷偶联剂和5～10%的咪唑类离子液体，在80～100℃下反应10～20h后，得到硅烷偶联剂接枝的离子液体的溶液；第6步，纳米晶的表面阳离子化：将纳米晶浸泡在硅烷偶联剂接枝的离子液体的溶液中进行处理，滤出后洗涤、烘干，得到表面阳离子化的纳米晶；第7步，镁粉的表面包覆：将第3步中得到的表面阴离子化的镁粉配制成10～20wt%水悬浮液，边搅拌边向其中缓慢加入第6步得到的纳米晶，纳米晶的加入量是镁粉重量的3～6%，搅拌均匀后，将固体滤出，烘干后得到表面包覆纳米晶的镁粉；第8步，刹车盘材料的制备：按重量份计，将50～65份表面包覆纳米晶的镁粉、铝粉5～10份、铁粉4～8份、碳化硅2～4份混合均匀，加入模具中，在压力机上压制成刹车片压坯；再将坯体置于烧结箱中，进行加压烧结，烧结后自然冷却得到镁合金刹车盘材料。所述的第1步中，球磨后使镁粉的粒径在50～200μm之间。所述的第2步中，沉积增密温度1200～1300℃，天然气压力控制为3～5KPa，沉积时间为30～45h。所述的第3步中，甲醛水溶液的浓度是20～30wt%；第一次反应的温度是40～50℃，反应时间1～2h；甲醇水溶液的质量浓度是20～35vol.%。所述的第4步中，加热反应的温度是85～95℃，反应时间是1～3h；陈化时间是12～24h；煅烧温度是850～900℃，煅烧时间是3～4h。所述的第5步中，咪唑类离子液体选自氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑或氯化1-丁基-3-甲基咪唑中的一种或几种的混合；所述的醇类溶剂选自甲醇、乙醇、丙二醇、丁醇或异戊醇中的一种或几种的混合；所述的硅烷偶联剂为双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(Si69)、双(三乙氧基硅基丙基)二硫化物(Si75)、γ-巯丙基三乙氧基硅烷(KH-580)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)中的一种或几种。所述的第8步中，压制压力为350～400Mpa；加压烧结时在烧结柱上施加1.2～2.0MPa的垂直方向压力，烧结温度为700～820℃，保温时间2～4h；烧结箱内气氛为氢气。有益效果本专利技术提供的刹车盘的制备方法中通过加入纳米晶作为耐磨增强剂，通过对纳米晶的表面进行离子液体的接枝，使其与表面碳化后的镁粉之间通过静电自组装技术进行包覆，提高了原料的相容性，使成品的耐磨性和成品率得到提高。附图说明图1是实施例3制备得到的刹车盘的表面电镜图；图2是对照例1制备得到的刹车盘的表面电镜图；具体实施方式实施例1第1步，镁粉的粉碎：通过高能球磨的方式对镁粉进行球磨处理，球磨后使镁粉的粒径在50～200μm之间；第2步，镁粉的表面碳沉积：第1步得到的镁粉装载在真空碳管炉中，进行沉积增密，沉积增密温度1200℃，天然气压力控制为3KPa，沉积时间为30h；本步骤重复3次，并且每次之间需要将镁粉翻动；第3步，镁粉表面的阴离子化处理：按重量份计，将40份第2步得到的镁粉置于20wt%甲醛水溶液中，再加入0.05份的NaOH，搅拌均匀，40℃反应1h，反应结束后水洗、烘干，得到表面羟甲基化的碳包覆镁粉；再将表面羟甲基化的碳包覆镁粉、4份对苯酚磺酸、400份的20vol.%甲醇水溶液、0.2份NaOH混合，进行第二次反应，反应结束后水洗、烘干，得到表面阴离子化的镁粉；第4步，制备Ce0.3Y0.4Pd0.3O2-δ纳米晶：按照摩尔份数比，将0.3份的Ce(NO3)3·6H2O、0.4份的YCl3、0.3份的Pd(NO3)3溶解于80摩尔份的水中，再加入1份的柠檬酸，加热反应，加热反应的温度是85℃，反应时间是1h，再进行陈化12h，得到凝胶，再将凝胶减压蒸干后，将粉末进行煅烧，煅烧温度是850℃，煅烧时间是3h，得到纳米晶；第5步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米晶增强的耐磨镁合金刹车盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，镁粉的粉碎：通过高能球磨的方式对镁粉进行球磨处理；第2步，镁粉的表面碳沉积：第1步得到的镁粉装载在真空碳管炉中，进行沉积增密；本步骤重复多次，并且每次之间需要将镁粉翻动；第3步，镁粉表面的阴离子化处理：按重量份计，将40～50份第2步得到的镁粉置于甲醛水溶液中，再加入0.05～0.1份的NaOH，搅拌均匀，进行第一次反应，反应结束后水洗、烘干，得到表面羟甲基化的碳包覆镁粉；再将表面羟甲基化的碳包覆镁粉、4～8份对苯酚磺酸、400～600份的甲醇水溶液、0.2～0.4份NaOH混合，进行第二次反应，反应结束后水洗、烘干，得到表面阴离子化的镁粉；第4步，制备Ce0.3Y0.4Pd0.3O2‑δ纳米晶： 按照摩尔份数比，将0.3份的Ce(NO3)3·6H2O、0.4份的YCl3、0.3份的Pd(NO3)3溶解于80～120摩尔份的水中，再加入1～3份的柠檬酸，加热反应，再进行陈化，得到凝胶，再将凝胶减压蒸干后，将粉末进行煅烧，得到纳米晶；第5步，硅烷偶联剂接枝的离子液体的制备：在醇类溶剂中，加入1～5wt%的硅烷偶联剂和5～10%的咪唑类离子液体，在80～100℃下反应10～20h后，得到硅烷偶联剂接枝的离子液体的溶液；第6步，纳米晶的表面阳离子化：将纳米晶浸泡在硅烷偶联剂接枝的离子液体的溶液中进行处理，滤出后洗涤、烘干，得到表面阳离子化的纳米晶；第7步，镁粉的表面包覆：将第3步中得到的表面阴离子化的镁粉配制成10～20wt%水悬浮液，边搅拌边向其中缓慢加入第6步得到的纳米晶，纳米晶的加入量是镁粉重量的3～6%，搅拌均匀后，将固体滤出，烘干后得到表面包覆纳米晶的镁粉；第8步，刹车盘材料的制备：按重量份计，将50～65份表面包覆纳米晶的镁粉、铝粉5～10份、铁粉4～8份、碳化硅2～4份混合均匀，加入模具中，在压力机上压制成刹车片压坯； 再将坯体置于烧结箱中，进行加压烧结，烧结后自然冷却得到镁合金刹车盘材料。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米晶增强的耐磨镁合金刹车盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，镁粉的粉碎：通过高能球磨的方式对镁粉进行球磨处理；第2步，镁粉的表面碳沉积：第1步得到的镁粉装载在真空碳管炉中，进行沉积增密；本步骤重复多次，并且每次之间需要将镁粉翻动；第3步，镁粉表面的阴离子化处理：按重量份计，将40～50份第2步得到的镁粉置于甲醛水溶液中，再加入0.05～0.1份的NaOH，搅拌均匀，进行第一次反应，反应结束后水洗、烘干，得到表面羟甲基化的碳包覆镁粉；再将表面羟甲基化的碳包覆镁粉、4～8份对苯酚磺酸、400～600份的甲醇水溶液、0.2～0.4份NaOH混合，进行第二次反应，反应结束后水洗、烘干，得到表面阴离子化的镁粉；第4步，制备Ce0.3Y0.4Pd0.3O2-δ纳米晶：按照摩尔份数比，将0.3份的Ce(NO3)3·6H2O、0.4份的YCl3、0.3份的Pd(NO3)3溶解于80～120摩尔份的水中，再加入1～3份的柠檬酸，加热反应，再进行陈化，得到凝胶，再将凝胶减压蒸干后，将粉末进行煅烧，得到纳米晶；第5步，硅烷偶联剂接枝的离子液体的制备：在醇类溶剂中，加入1～5wt%的硅烷偶联剂和5～10%的咪唑类离子液体，在80～100℃下反应10～20h后，得到硅烷偶联剂接枝的离子液体的溶液；第6步，纳米晶的表面阳离子化：将纳米晶浸泡在硅烷偶联剂接枝的离子液体的溶液中进行处理，滤出后洗涤、烘干，得到表面阳离子化的纳米晶；第7步，镁粉的表面包覆：将第3步中得到的表面阴离子化的镁粉配制成10～20wt%水悬浮液，边搅拌边向其中缓慢加入第6步得到的纳米晶，纳米晶的加入量是镁粉重量的3～6%，搅拌均匀后，将固体滤出，烘干后得到表面包覆纳米晶的镁粉；第8步，刹车盘材料的制备：按重量份计，将50～65份表面包覆纳米晶的镁粉、铝粉5～10份、铁粉4～8份、碳化硅2～4份混合均匀，加入模具中，在压力机上...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立伟，李小岗，
申请(专利权)人：山东正凯机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37