一种汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法技术

一种汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法，属于汽车材料应用技术领域。该铝基电复合材料是以增强相碳化钛和铝组成，增强相碳化钛在基体铝的三维空间中连续均匀分布，两相界面结合良好且无明显反应产物，碳化钛的体积分数为35

【技术实现步骤摘要】
一种汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于汽车材料应用
，特别涉及一种汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着汽车行业的日益发展，汽车轻量化对减少汽车质量、燃油消耗、降低排放及环境保护等具有重要意义。刹车盘是汽车的重要制动部件，起减速或停车的作用，其制动效果取决于材料的性能。铝基复合材料具有轻质高强、导热性好且具有良好的耐磨性，不仅满足刹车盘对材料服役性能的要求，而且有利于汽车轻量化。
[0003]碳化钛因具有高模量、高硬度、轻质且与铝能够形成良好的晶格匹配关系，常用作增强相来提高金属铝的力学性能。基于目前的制备工艺，如粉末冶金、热等静压、放电等离子烧结和液态制造等，增强相在铝基体上呈团聚分布问题，是对复合材料的力学性能、耐磨性能不利的关键问题；其次是增强相碳化钛的添加量少，在基体中呈弥散分布，不仅对材料力学性能的强化效果低，导致其硬度、强度的提高有限，而且增强相之间无键合连接，在摩擦磨损过程中，增强相容易从基体中剥落，导致耐磨性无法明显提高。
[0004]目前，关于以一种形状记忆效应合金增强的银基电接触材料及其制备方法，专利1(CN 115094280A)公开了汽车刹车盘用铝基复合材料及其制备方法；专利2(CN 115058619A)一种纳米碳化钛增强2024铝基复合材料及其制备方法；专利3(CN 107641743 A)一种纳米碳化钛增强铝硅基复合材料及其制备方法；专利4(CN 115505779A)专利技术名称为原位生成铝基碳化钛复合材料的制备方法。
[0005]专利1
‑
4均是采用熔炼铸造的制备工艺，其工艺特点是原料配方组成的难以避免会引入杂质(如氧化物夹杂)，在基体铝的晶界处团聚，影响应力和摩擦热的传导，易发生脆性断裂并且对材料的力学性能造成影响，杂质的掺杂使得复合材料的硬度低，易被磨损，表现耐磨性差，并且杂质与基体的结合强度低，在摩擦磨损行为过程中，杂质因不能与基体协调变形更易被磨损，导致剥落而形成空隙，在应力的作用下促进裂纹萌发、扩展，最终发生失效；其次，添加碳化钛的含量少，微观上碳化钛则是以不连续的形式分布于铝基体中，导致材料的强硬化效率低，耐磨性差，降低材料的使用寿命；而添加的碳化钛的含量高于基体含量，则又会造成团聚现象，难以充分综合两相的各自优势(如铝的导热性、韧性和碳化钛的高硬度、耐磨性)。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料及其制备方法，目的在于以工业成熟、安全可靠、能耗低的制备工艺，得到具有轻质高强、耐磨和良好导热性的铝基复合材料。本专利技术提供碳化钛增强的铝基复合材料，该复合材料采用无明显反应的碳化钛和铝或铝合金所组成，其碳化钛的体积分数为35
‑
60％，余量为铝。采用热压烧结工艺预制碳化钛多孔骨架，在高温下熔渗金属铝，得到碳化钛增强的铝基
复合材料，其中增强相碳化钛以连续空间网格的形式均匀分布于铝基体中，增强相碳化钛连续可获得高强化效率和高耐损伤容限。并且热压碳化钛和铝粉或铝合金粉，制备的多孔复合骨架，可有效调节铝基复合材料中两相占比，不仅可降低烧结碳化钛的能耗，而且通过添加不同形状的铝粉，可调节铝基复合材料的微观组织结构，进而调控材料的不同性能，最终实现材料强度、硬度、耐磨性和热导性能的协同提高，在进行刹车减速摩擦时，增强相的连续性可起到减擦、润滑的效果，减少复合材料的磨损量，而基体铝连续有利于材料散热，避免材料热脆性断裂，提高材料的疲劳使用寿命。
[0007]制备工艺采用热压烧结制备铝
‑
碳化钛复合多孔骨架，实现纳米碳化钛能够在三维空间均匀分布，再以高温熔渗金属铝时，对碳化钛颗粒进行间接烧结，使碳化钛以空间网格的形式连续分布于铝基体中，该空间构型的强化效率高，耐损伤容限，有效发挥两相各自的性能特点。
[0008]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术的一种汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1：将铝粉和纳米碳化钛粉进行球磨混合，得到混合浆料；将混合浆料静置沉淀，固液分离后干燥，制得铝
‑
碳化钛混合粉；
[0011]步骤2，热压烧结
[0012]将铝
‑
碳化钛混合粉或纳米碳化钛粉装入热压模具中，在真空环境或保护气氛下进行热压烧结，然后保温保压处理，随炉冷却得到多孔骨架；
[0013]步骤3，高温熔渗金属铝：
[0014]将步骤2中的多孔骨架和金属铝放入石墨坩埚中，置于真空环境或保护气氛中进行熔渗处理并保温，然后随炉冷却，得到纳米TiC增强的铝基复合材料。
[0015]步骤1中球磨混合时间为至少24h，球磨转速为10～60rpm；球磨选用干法或湿法球磨；湿法球磨采用的溶剂为酒精，选用的球磨介质为氧化锆球，料球比为(5
‑
10)：1；
[0016]步骤1中所述铝粉和纳米碳化钛粉，其中，铝粉为片状、球状铝粉，或片状、球状铝合金粉，所述铝粉或铝合金粉的粒径为5
‑
50μm；所述铝粉或铝合金粉为片状时，片径为5
‑
30μm，厚度为0.1
‑
2μm；所述铝粉或铝合金粉为球状时，球径为5～15μm；纳米碳化钛的粒径为20
‑
100nm；所述铝粉占混合粉的体积分数为0
‑
50vol％；
[0017]步骤1中所述干燥为：自然风干或放置通风橱挥发；
[0018]步骤2中所述热压烧结具体为，从室温以升温速率5～10℃/min升至热压烧结温度，当温度升至烧结温度时，压力加载至5MPa，保温保压时间为1h，然后随炉冷却并保压至室温；所述多孔骨架具体为，当装入热压模具中的为铝
‑
碳化钛混合粉时，得到的多孔骨架为铝
‑
碳化钛的复合多孔骨架，热压烧结铝
‑
碳化钛的复合多孔骨架的温度为550
‑
600℃；当装入热压模具中的为纳米碳化钛粉时，得到的多孔骨架为碳化钛多孔骨架，其中，热压烧结碳化钛多孔骨架的温度为1000
‑
1300℃；
[0019]步骤2、步骤3中所述真空环境的真空度不高于10
‑3Pa，所述保护气氛为氩气；
[0020]步骤3中所述铝
‑
碳化钛的复合多孔骨架和金属铝的质量比不低于1:3；
[0021]步骤3中所述熔渗具体为，从室温以升温速率5℃/min升至熔渗温度900
‑
1000℃，保温时间至少为0.5h；
[0022]本专利技术所述刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料，包括增强相碳化钛和基体铝；复合
材料的增强相碳化钛在基体铝中分布均匀且无明显缺陷其中，增强相碳化钛的体积分数为35％～60％，余量为铝；
[0023]所述刹车盘用陶瓷增强铝基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料，其特征在于，所述的刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料，包括增强相碳化钛和基体铝。2.根据权利要求1所述的一种汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料，其特征在于，所述的增强相碳化钛在基体铝中分布均匀且无明显缺陷，其中，增强相碳化钛的体积分数为35％～60％，余量为铝。3.根据权利要求1所述的一种汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料，其特征在于，所述刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料的硬度为1.8
‑
2.1GPa，弯曲强度为280
‑
580MPa，断裂韧性为10
‑
12MPa
·
m1/2，热导率为55
‑
130W/mK。4.一种基于权利要求1
‑
3所述的汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：将铝粉和纳米碳化钛粉进行球磨混合，得到混合浆料；将混合浆料静置沉淀，固液分离后干燥，制得铝
‑
碳化钛混合粉；步骤(2)，热压烧结：将铝
‑
碳化钛混合粉或纳米碳化钛粉装入热压模具中，在真空环境或保护气氛下进行热压烧结，然后保温保压处理，随炉冷却得到多孔骨架；步骤(3)，高温熔渗金属铝：将步骤2中的多孔骨架和金属铝放入石墨坩埚中，置于真空环境或保护气氛中进行熔渗处理并保温，然后随炉冷却，得到纳米TiC增强的铝基复合材料。5.根据权利要求4所述的汽车刹车盘用陶瓷增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铝粉为片状、球状铝粉，或片状、球状铝合金粉，所述铝粉或铝合金粉为片状时，片径为5
‑
30μm，厚度为0.1
‑
2μm；所述铝粉或铝合金粉为球状时，球径为5～15μm；纳米碳化钛的粒径为20
‑
100nm；所述铝粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，刘增乾，张楠，谢丽文，张哲峰，徐大可，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：