[发明专利]一种铝基复合材料汽车制动盘的制备方法

说明书

本发明提供了一种铝基复合材料汽车制动盘的制备方法，步骤包括：1)增强体颗粒预处理；2)复合熔铸；3)机加工与热处理。本发明所述铝基复合材料中陶瓷增强体的体积含量较高(20％‑45％)，且可通过复合熔铸方法实现铝基复合材料汽车制动盘的近终成型。本发明方法工艺简单高效，制备成本低廉，可实现批量化，制备得到的铝基复合材料汽车制动盘相对铸铁制动盘减重50‑60％，热导率提高2倍以上，高温耐磨性能良好。该种制动盘装车实验行驶20000公里后磨损量只有0.33‑0.36mm，有望取代铸铁汽车制动盘，为汽车轻量化提供助力。

技术领域

本发明涉及汽车制动盘领域，特别涉及一种铝基复合材料汽车制动盘的制备方法。

背景技术

随着汽车工业的飞速发展，在给人类生活带来方便和舒适的同时，也产生了能源与环境问题。汽车轻量化是实现节能减排的重要措施之一，对汽车工业的可持续发展具有重要意义。汽车轻量化的重要方法是使用铝基、镁基等轻质材料替换原有的钢铁材料。

汽车制动盘是汽车制动系统的重要组成部分，目前大多使用铸铁制成。一方面，铸铁的密度高，不利于轻量化；另一方面，铸铁热导率低，在刹车过程中产生的热量难以及时散出，进而导致其表面与内部温度梯度高，易产生热裂，从而降低安全性。与铸铁相比，铝基材料具有重量轻、热导率高、比热高、耐腐蚀和韧性好等优点，是轻质刹车盘的优选材料。但是，铝合金不耐磨且不能承受高温，而陶瓷颗粒增强铝基复合材料的耐磨性能和耐高温性能均强于铝合金，因此，研究人员在汽车刹车盘用铝基复合材料上做了大量的研究工作。

目前，汽车刹车盘用铝基复合材料使用的陶瓷增强体主要有碳化硅和氧化铝等，使用的制备方法多为成本较低的复合熔铸法，增强体的体积分数通常在20％或以下。

经对现有技术进行检索，中国专利CN102703771“刹车盘用碳化硅/铝合金复合材料的制备方法”给出了一种刹车盘用碳化硅/铝合金复合材料的制备方法，其碳化硅体积分数约为17％，制成的铝基复合材料较铸铁轻40％-60％，热导率也获得提高。但是，该种碳化硅铝基复合材料只改善了铝合金的低温耐磨性能，并没有解决耐高温的问题。因此，低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料虽然比铸铁轻且热导率高，但其耐热性和高温耐磨性均有待提高。一种有效的方法是提高铝基复合材料中耐高温、耐磨的陶瓷颗粒的体积含量。但是，随着陶瓷颗粒的含量的提高，其在铝液中的分散和复合熔铸时液体的流动性都将成为难题，进而使得难以制备满足要求的中高陶瓷含量铝基复合材料及其制动盘构件。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种中高陶瓷含量铝基复合材料汽车制动盘的复合熔铸制备方法，该方法工艺简单、制备成本低廉，可实现批量化，制备得到的铝基复合材料汽车制动盘相对铸铁制动盘减重50-60％，热导率提高2倍以上，高温耐磨性能良好。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种铝基复合材料汽车制动盘的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

1)增强体预处理

所述增强体采用陶瓷颗粒，对陶瓷颗粒进行预处理，去除陶瓷颗粒中脏物以及增强体表面的杂质；

2)复合熔铸

根据材料配比计算铝合金和陶瓷颗粒的质量，将计算质量的铝合金加入到坩埚中，将温度升至铝合金的熔点以上；待铝完全熔化，加入计算质量的陶瓷颗粒并开始搅拌，控制搅拌速度和搅拌温度，搅拌一段时间；搅拌结束后，将温度提高到浇铸温度，浇注到预热模具中，以实现铸造成型；随模具迅速冷却至室温，脱模后获得铝基复合材料汽车制动盘半成品；

3)热处理与机加工

将通过2)所获得的汽车制动盘半成品在400-500℃之间进行均匀化处理，将均匀化处理后的汽车制动盘半成品机加工至成品尺寸，最终获得铝基复合材料汽车制动盘成品。