[发明专利]填充粒子增强的铝合金复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合新材料领域，具体涉及一种填充粒子增强的铝合金复合材料的制备方法。

背景技术

目前复合材料领域得到了快速的发展，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。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。

发明内容

本发明提供一种填充粒子增强的铝合金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导热性差、耐磨性差、易热裂等缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：基体合金选用铸造铝合金ZAlSi8MgBe（即ZL116，其各元素的质量分数为：Si= 6.5-7.5%，Mg=0.35-0.55%，Ti=0.1-0.3%，Be=0.15～0.40，余量为Al）； 填充离子包括四针状氧化锌晶须、芳纶纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和碳化硅，其中四针状氧化锌晶须、芳纶纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和碳化硅的质量分别占铸造铝合金ZAlSi8MgBe质量的6-8%、4-5%、3-4%、1-2%和2-3%；所述的四针状氧化锌晶须长度12-14μm，根部直径2-3μm，所述的芳纶纤维长度为3-4mm、单丝直径8-10μm，所述的玻璃纤维为140-150目的玻璃纤维粉末，所述的纳米二氧化钛粒径为20-25nm；所述的四针状氧化锌晶须需要按照以下方法进行改性：称量0.5-0.8 g 硅烷偶联剂溶解在60-70ml丙酮中，再滴加草酸调节PH至5～6，静置20-25分钟；然后称量12-14g 四针状氧化锌晶须置于上述溶液中，在55-58℃温度下对搅拌5-6小时；然后抽滤、烘干溶剂得到改性四针状氧化锌晶须备用；所述的芳纶纤维需要进行以下预处理：将芳纶纤维在丙酮中浸泡8-10小时，然后分别在水和乙醇中煮沸2-3小时，烘干备用；所述的玻璃纤维需要按照以下方法进行改性：称量1-1.2g 硅烷偶联剂溶解在40-50 ml丙酮中，然后称量8-10g 玻璃纤维置于上述溶液中，在25-30℃温度下对搅拌0.5-1小时；然后再70-75℃干燥2-3小时，在110-112℃活化1-1.5小时后备用；所述的纳米二氧化钛需要按照以下方法进行改性：称取1-1.5g硅烷偶联剂混合在80-120g水中；纳米二氧化钛和三乙醇胺按照质量比1：0.5-1混合研磨；称取研磨料15-20g分散到上述含有硅烷偶联剂的水体中，调节PH至8.5-8.8，搅拌3-4小时，然后抽滤、烘干得到改性纳米二氧化钛备用；碳化硅选用α-SiC颗粒，并经过以下预处理：（1）、SiC颗粒整形：SiC颗粒经破碎机粉碎和涡流式气流分级机分级得到平均粒度为25-35μm的类圆形颗粒，去除SiC颗粒中的一些尖角，因为SiC颗粒带有尖角时，不利于其在铝熔体中均匀分散。制备SiC／Ａ１复合材料时，在SiC颗粒尖角附近基体中存在严重的热残余应变集中，另一方面颗粒形状的不规则导致颗粒内部残余应力分布不规则，在颗粒尖角处应力过大，残余应变不均匀性的集中作用致使材料受到外加载荷时，残余应变集中的颗粒尖角处在较低的应变水平下断裂而形成空洞，降低材料性能。因此，制备SiC／Ａ１合金复合材料之前有必要对SiC颗粒进行整形处理，将不规则的SiC颗粒整形成类球形，既有利于SiC颗粒在Ａ１熔体中均匀分散，又有利于提高SiC／Ａ１合金复合材料的性能；（2）、盐酸酸洗：将步骤（1）整形得到的SiC颗粒加入到质量分数10-20%的盐酸中，并在25-35℃下浸泡3-6小时，过滤并水洗SiC颗粒至PH为6-7为止，烘干后备用，在上述处理过程中SiC颗粒表面的杂质被除掉，使得其表面的粗糙度增加，颗粒表面出现凹凸不同的形貌；（3）、高温氧化：将步骤（2）烘干得到的SiC颗粒在900-1000℃下氧化4-6小时，冷却后备用，此过程中SiC表面氧化反应生成少量SiO₂；（4）、硝酸盐敏化：将步骤（3）冷却得到的SiC颗粒在质量分数10-30%的硝酸镁溶液中浸泡4-5小时，然后在1-2小时内用质量分数10-20%的氨水滴定溶液PH至为8-9为止，过滤并在380-400℃下烘干备用，此过程生成MgO并附着在SiC颗粒表面的凹处，形成活化点；复合材料的具体制备步骤如下：