[发明专利]碳化硅增强型铝铜基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车刹车盘新材料技术领域，具体涉及一种碳化硅增强型铝铜基复合材料的制备方法。

背景技术

刹车盘是汽车制动系统的重要组成部分，其制动性能的好坏直接关系到车辆的行驶安全。目前广泛使用的铸铁刹车盘因制动摩擦发热而使其表面温度高达６００℃，其工作表面温度很高且温度梯度大，易形成热点而产生热裂，并且铸铁刹车盘的耐磨性较差。目前行业内尝试用铝合金来代替铸铁材料铸造刹车盘，尽管其重量轻、导热性能好，但其强度和硬度较低，阻碍了其在刹车盘上的应用；目前部分中国专利公开了通过在铸造铝合金中加入增强粒子比如碳化硅来提高铝基复合材料的力学性能，但是碳化硅作为非金属化合物，熔融的基体合金对于增强粒子不湿润，以及增强相颗粒容易与基体合金之间容易发生界面反应，比如碳化硅与铝合金基体互不润湿，且碳化硅在铝合金液中不稳定，将于合金液发生化学反应，在界面生成不稳定的化合物Al₄C₃；由于界面是复合材料及其重要的组成部分，界面的结合程度（即相容性）很大程度决定了复合材料的性质。

发明内容

本发明提供一种碳化硅增强型铝铜基复合材料的制备方法，其作为刹车盘的材料，可以解决现有铸铁刹车盘重量重、导热性差、耐磨性差、易热裂等缺陷，同时能够解决现有的铝基复合材料由于界面相容性较差造成性能还不甚理想的缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：制备原料包括100重量份基体合金、8-10重量份增强粒子以及0.05-0.08重量份的精炼剂，所述的基体合金选用80-85重量份的铸造铝合金ZAlSi8MgBe和15-20重量份的铜合金Cu30Ni15Mn，所述的增强粒子为碳化硅或四针状氧化锌晶须；所述的碳化硅的颗粒粒度为40-50μm，所述的四针状氧化锌晶须为长度为10-12μm、根部直径为1-1.5μm的四针状氧化锌晶须；所述的精炼剂为混合稀土，混合稀土由钇、锫和镧组成，三者的质量比为1:（0.20-0.22）:（0.30-0.32），具体制备步骤如下：

（1）、向铸造铝合金ZAlSi8MgBe中加入混合稀土，混合后加热至750-800℃熔化得到铝基基体合金熔液；

（2）、向铜合金Cu30Ni15Mn中加入增强粒子，混合加热至1050-1100℃搅拌均匀得到增强粒子铜基基体合金湿润液；

（3）、将步骤（2）制得的碳化硅铜基基体合金湿润液加入到步骤（1）中的铝基基体合金熔液，控温1150-1200℃并在氮气保护下搅拌1-1.5小时；然后树脂砂型浇铸得到复合材料；

（4）、将复合材料在550-580℃固熔处理6-8小时，淬火，然后在350-400℃时效处理12-14小时得到增强型铝铜基复合材料。

上述步骤进一步优选为：所述的增强粒子为碳化硅与四针状氧化锌晶须的组合，二者质量比为（1-2）:1。

本发明通过将增强离子首先用Cu30Ni15Mn熔融液湿润（实践证明碳化硅、四针状氧化锌晶须二者与Cu30Ni15Mn熔融液均能够充分润湿），从而提高增强粒子与主体铝合金基体材料的界面结合程度；增强粒子碳化硅可以作为铸造的脱氧剂，并且由于化学性能稳定、导热系数高、耐磨性能好，作为增强粒子能够提高材料的综合性能；增强粒子四针状氧化锌晶须的立体的晶型结构分散在基体中能起骨架作用，独特的三维空间结构使其与基体的抓着力更大，增强效果更显著，使抗拉强度明显增加，而且横向和纵向抗拉强度数值基本相同，各向同性地加强基体材料的机械性能，显著地改善基体强度和加工性能；铜基材料中的镍可以提高铜管的耐酸碱腐蚀性、耐高温腐蚀性及焊接性能，此外镍还可以用做冶金工业的“维生素”， 高温下容易硫、氮 、氧直接化合，与具有脱氧、除氮、去硫的作用，降低复合材料中氧、氮、硫的含量；稀土金属钇、锫和镧在铸造中起脱氧脱硫作用，能使两者的含量都降低到0.001%以下，并改变夹杂物的状态，细化晶粒，从而改善合金材料的加工性能，提高强度、韧性、耐腐蚀和抗氧化性等。总之实践证明，本发明制备的铝铜基复合材料重量轻、比强度比刚度高、热膨胀系数低，具有良好的导热性和抗磨耐磨性，并且制备比较容易、成本低而且增强相在基体内弥散分布、界面结合良好且具有各向同性，适用于各种复杂应力状态。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1