[发明专利]一种金刚石颗粒增强铝基制动耐磨复合材料及制备方法

说明书

本发明是一种金刚石颗粒增强铝基制动耐磨材料及制备方法，属于耐磨材料领域。其特征是将表面改性5‑15μm金刚石颗粒与Al‑Cu合金粉末混合后置于成形模具中，抽真空后，利用高压气体，在750‑950℃和0.1‑2.0MPa条件下，驱动Al‑Si合金熔体熔渗成形，保温保压5‑30min，获得增强相体积分数为5‑25％复合材料应用于制动耐磨部件；实现复合材料两相界面和组织形貌精确调控和优化，保证实际制动工况下增强相优异性能稳定而充分发挥。本发明制备复合材料，相较于传统用钢铁材料，在摩擦磨损特性优化的同时，密度明显降低，热导率大幅提升，满足交通装备向更加高速、轻量化方向发展对制动材料及部件的全新要求。

技术领域

本发明属于耐磨材料领域，特别是提供了一种制动耐磨部件用金刚石颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

制动耐磨材料是属于耐磨材料的一个重要领域，目前最主要应用集中于制造交通运输装备的制动部件(如制动盘、制动鼓等)，它们是确保装备由高速运动态平稳可靠制动的重要功能部件，因此高性能制动耐磨材料及相关制动部件成为提升装备安全性、舒适性、高性能性的关键技术。

传统制动部件用材主要为铸铁、铸钢或锻钢等钢铁材料，而随着以高速铁路列车为代表的交通运输装备不断且迅速地向高速化、轻量化和节能化方向发展，对制动耐磨材料提出了更加苛刻的要求，除更为优异的摩擦磨损特性外，对两方面性能需求的提升最为突显：首先是提高导热性能，从而快速将制动过程中产生的热量传递散发出去，以确保制动系统工作在理想的温度范围，避免制动失效；其次降低密度，以服务于装备整体减重，降低单位能耗。而传统钢铁制动材料热导率低(～45W/mK)，密度大(～7.8g/cm3)，已经难以满足装备升级革新的发展需求。

金属铝密度低(～2.7g/cm³)，热导率高(～230W/mK)，将其作为基体，与适当增强相制备为复合材料，可以在保持上述优点的同时，显著改善单相金属的摩擦磨损特性，因此铝基复合材料成为新型制动部件的重要备选材料。当前，制动耐磨铝基复合材料的增强相主要以碳化物(如SiC)、氧化物(如Al₂O₃)、硼化物(TiB₂)等颗粒为主(The effect of wearparameters and heat treatment on two body abrasive wear of Al–SiC–Grhybridcomposites,Tribology International,2016,96:184-190；Abrasive wear behaviour ofSiCp/Al alloy composite in comparison with ausferritic ductile iron,Wear,2011,271(11-12):2766-2774；一种刹车盘用外加碳化硅颗粒增强硅铝合金基复合材料的制备方法,201310008715.7；碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法,201310008726.5)，但由于上述陶瓷颗粒的本证热导率较低，从而限制了复合材料散热性能的提升上限，更为重要的是，目前广泛应用的增强相陶瓷颗粒普遍呈现为不规则多边形几何形态，制备成复合材料后，在大量尖角界面位置会存在较大应力集中，使得增强相颗粒更易发生破碎和剥落，导致整体材料的耐磨性能降低，同时摩擦系数波动幅度大；利用复合材料原位成形技术虽然可以获得几何形态更加优异的增强相颗粒(Mechanical propertiesand tribological behavior of aluminum matrix composites reinforced with in-situ AlB2 particles,Tribology International,2016,98:41-47；The effect ofreinforcement ratio on the wear behaviour of AlB2 flake reinforced metalmatrix composites,Acta Physica Polonica A,2014,125(2):590-592；原位制备TiB2增强铝基复合材料的方法，201210289172.6)，但由于原位增强相尺寸和体积分数的局限性，复合材料的制动耐磨性能并不理想。