金属基质复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种制品，其包括：包括至少一个用于固定至少一个插入物部分的插入物固持器，该插入物固持器包括选自铝、其合金及其组合物的第一种金属，该插入物固持器具有外表面，及在该第一种金属外表面上的第二种金属，该第二种金属在高于至少２００℃时具有正的Ｇｉｂｂｓ氧化自由能，该第二种金属的厚度至少为８微米；及固定在用于固定至少一个插入物的至少一个部分中的至少一个含有金属的增强插入物。本发明专利技术还公开一种包括用于增强金属基质复合材料制品的插入物的固持器及其制备方法。在另一个方面中，本发明专利技术提供用插入物增强的金属基质复合材料制品及其制备方法。包括插入物的有用的金属基质复合材料制品包括制动钳。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属基质复合材料插入物固持器及使用金属基质复合材料插入物固持器制备的金属基质复合材料制品。相关技术说明用陶瓷增强金属基质在本领域中是公知的(请参见例如美国专利4,705,093(Ogino)，4,852,630(Hamajima等人)，4,932,099(Corwin等人)，5,199,481(Corwin等人)，5,234,080(Pantale)和5,394,930(Kennerknecht)；分别公开于1987年5月28日和1988年9月14日的英国专利2,182,970 A和B；2002年4月4日公布的公布WO 02/26658、WO 02/27048和WO 02/27049的PCT申请。用于增强的陶瓷材料的实例包括颗粒、不连续的纤维(包括细丝)和连续的纤维及陶瓷预型件。通常，陶瓷材料加到金属中，以提供金属基质复合材料(MMC)，其与没有加入陶瓷材料的金属制得的制品相比，机械性能有所提高。例如机动车辆的常规制动钳(例如小汽车和卡车)通常由铸铁制成。为降低车辆的总重，尤其是非弹簧负荷重量如制动钳，需要使用轻重的元件和/或材料。一种用于设计MMC的方法是有限元分析，包括为特定应用放置陶瓷氧化物材料及最小化陶瓷氧化物材料的所需量。由铸铝制成的制动钳比由铸铁制成的相同(即相同尺寸和结构)制动钳轻约50wt.％。铸铝和铸铁的机械性能不相同(例如铸铁的杨氏模量约为100-170GPa，而铸铝的杨氏模量约为70-75GPa；铸铁的屈服强度为300-700MPa，而铸铝的屈服强度为200-3000MPa)。因此，对于给定尺寸和形状而言，由铸铝制成的制动钳其机械性能如弯曲硬度和屈服强度明显低于铸铁制动钳。通常，这种铝制动钳的机械性能与铸铁制动钳相比低至不可接受的程度。需要由铝金属基质复合材料(例如用陶瓷纤维增强的铝)制成的制动钳与铸铁制动钳相比结构相同，且机械性能如弯曲硬度和屈服强度至少相同(或更好)。对于某些MMC制品的一种考虑是需要形成后加工(例如添加孔或螺纹，或切削材料以提供所需要的形状)或其他处理(例如将两个MMC制品焊接在一起，以制得复杂形状的零件)。许多常规MMC通常含有足量的陶瓷增强材料，因而使加工或焊接是不实际的或甚至是不可能的。然而需要制备″网形″制品，而要求较少的形后成加工或处理。制备″网形″制品的方法在本领域中是公知的(请参见例如美国专利5,234,045(Cisko)和5,887,684(Doll等人))。此外或可选择地，在某种实用程度上，可以减少陶瓷增强，或不放在会影响加工或其他处理如焊接的区域。在设计和制备MMC的另一种考虑是陶瓷增强材料的成本。连续多晶α-氧化铝纤维(如由3M Company，St.Paul，MN以商品名″NEXTEL610″出售的那些)的机械性能高于低密度金属如铝。此外，陶瓷氧化物材料如多晶α-氧化铝纤维的成本上基本上高于金属如铝。因此，需要最小化陶瓷氧化物材料的所用量，并最优化陶瓷氧化物材料的放置，以最大化陶瓷氧化物材料产生的性能。此外，需要在包装中提供陶瓷增强材料，或从陶瓷增强材料可相对容易地制备金属基质复合材料制品。公布WO 02/26658、WO 02/27048和WO 02/27049(2002年4月4日公布)的PCT申请包括对解决需要在包装中提供陶瓷增强材料或从陶瓷增强材料可相对容易地制备金属基质复合材料制品的实施方案的说明。这些申请也包括在金属基质复合材料制品(例如制动钳)形成过程中用于增强的连续的陶瓷纤维在模具中的位置的讨论。尽管放置增强纤维的方法在金属基质复合材料领域中是公知的，但也需要额外的方法。专利技术概述在一个方面中，本专利技术提供用于固持插入物(例如含有金属的增强插入物(例如金属基质复合材料插入物)和/或含有陶瓷的增强插入物)的插入物固持器及其制备方法，该插入物用于增强金属基质复合材料制品。在一个实施方案中，本专利技术提供第一种制品(例如用于增强金属基质复合材料制品的制品)，其包括包括至少一个用于固定至少一个插入物的部分的插入物固持器，该插入物固持器包括选自铝、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些实施方案中，优选6000系列)铝合金)及其组合的第一种金属，该插入物固持器具有外表面，及在高于至少200℃时具有正的Gibbs氧化自由能的第一种金属外表面上的第二种金属，该第二种金属的厚度至少为8微米(在某些实施方案中，优选为10微米、12微米或甚至15微米；更优选为12～15微米)；及固定在用于固定至少一个插入物的该至少一个部分中的至少一个增强插入物(例如含有金属的增强插入物(例如金属基质复合材料插入物)和/或含有陶瓷的增强插入物)。可选择地，该第一种金属基质复合材料制品在该第二种金属和该第一种金属的外表面之间还包括金属(例如Ni)。可选择地，插入物固持器还包括用于固定插入物的一个或多个额外(例如第二、第三、第四、第五、第六等)部分，及相应位于用于固定插入物的该额外部分中的一个或多个额外(例如第二、第三、第四、第五、第六等)插入物(例如含有金属的增强插入物(例如金属基质复合材料插入物)和/或含有陶瓷的增强插入物)。可选择地，插入物固持器还包括一个或多个(例如第一、第二、第三、第四、第五、第六等)额外插入物(例如含有金属的增强插入物(例如金属基质复合材料插入物)。在某些实施方案中，本专利技术提供一种优选的第二种制品，其包括包括至少一个用于固定至少一个插入物的部分的插入物固持器，该插入物固持器包括选自铝、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些实施方案中，优选6000系列)铝合金)及其组合的第一种金属，该插入物固持器具有外表面，及在该第一种金属外表面上的第二种金属，该第二种金属在高于至少200℃时具有正的Gibbs氧化自由能；及固定在用于固定至少一个插入物的该至少一个部分中的至少一个金属基质复合材料插入物，其中至少一个这种插入物包括基本上连续的陶瓷氧化物纤维和选自铝、其合金(例如200、300、400、700和/或6000系列(在某些实施方案中，优选200系列)铝合金)及其组合的第三种金属，其中该第三种金属将该基本上连续的陶瓷氧化物纤维固定在适当位置，及其中该第三种金属沿该基本上连续的陶瓷氧化物纤维的长度的至少一部分延伸，该第三种金属具有外表面；及在该第三种金属外表面上的第四种金属，该第四种金属在高于至少200℃时具有正的Gibbs氧化自由能，及该第四种金属的厚度至少为8微米(在某些实施方案中，优选为10微米、12微米或甚至15微米；更优选为12～15微米)。可选择地，该第二种金属基质复合材料制品在该第二种金属和该第一种金属的外表面之间还包括金属(例如Ni)。此外或可选择地，该第三种金属基质复合材料制品在该第四种金属和该第三种金属的外表面之间还包括金属(例如Ni)。可选择地，插入物固持器还包括用于固定插入物的一个或多个额外(例如第二、第三、第四、第五、第六等)部分，及相应位于用于固定插入物的该额外部分中的一个或多个额外(例如第二、第三、第四、第五、第六等)插入物(例如含有金属的增强插入物(例如金属基质复合材料插入物)和/或含有陶瓷的增强插入物)。在某些实施方案中，本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制品，其包括：包括至少一个用于固定至少一个插入物的部分的插入物固持器，所述插入物固持器包括选自铝、其合金及其组合物的第一种金属，所述插入物固持器具有外表面，及在所述第一种金属外表面上的第二种金属，所述第二种金属在高于至少２００℃ 时具有正的Ｇｉｂｂｓ氧化自由能，所述第二种金属的厚度至少为８微米；及固定在用于固定至少一个插入物的至少一个部分中的至少一个含有金属的增强插入物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔F格雷瑟，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]