CN105671353A - 一种无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法，属于刹车盘技术领域。步骤：将硫酸钡粉体、氧化硅粉体、水混合均匀，再加入锌盐和铝酸钠，然后加热反应，再把混合液加入高压反应釜中，熟化反应，过滤后将颗粒物烘干，得到无机化合物包覆的粉体；将无机化合物包覆的粉体与铝粉混合均匀，在真空下压块，制备铝基块体；将镁粉进行熔炼，制备铝合金，其中需要调节铝合金中镁、锌、锰、镍含量，得铝合金；将铝合金与铝基块体进行熔炼，压压铸成型，得到本发明的刹车盘材料。本发明通过无机粒子对铝合金材料进行改进，使刹车盘存在的抗拉强度、耐久度、耐磨性能得到了明显的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法，属于刹车盘技术领域。
背景技术
刹车盘在汽车的制动系统中发挥着至关重要的作用，性能优良的刹车盘是汽车安全行驶的前提条件之一。虽然经过多年的应用与发展，但是从早期的石棉刹车盘到目前广泛使用的铸铁刹车盘，在环保、质量等方面都存在一些缺陷，并不能完全满足市场需求。汽车产业的迅猛发展，汽车产量的大幅度增加，降低能源消耗、加强环境保护对汽车用材料轻量化的要求，迫使人们不停地开展对汽车刹车盘的研究。
刹车盘材料可以粗略分为钢铁材料、合金材料、复合材料等三大类别，与钢制汽车刹车盘相比，铝合金汽车刹车盘具有如下优点：1、重量轻，可比钢制车刹车盘重量减轻30%-40%，通常使用1kg铝合金，汽车自重要下降2.25kg。美国目前每辆轿车用铝合金至少100kg，可减重225kg，按一辆轿车使用10年、行驶400km计算，可节约6.3t汽油，效益可观。铝合金汽车刹车盘有明显的减重效果；2、减震性能好，吸收冲击能量强，从而可以改善车辆的行驶性能，提高安全性；3、导热性好，热导率约为钢的3倍，可以降低轮胎的工作温度，提高轮胎的使用寿命；4、外形美观，采用不同工艺生产铝合金轮毂的结构可以多样化，可以很好地满足各类使用者的审美要求。
但是，铝合金作刹车盘材料也具有不足之处，主要体现在：1）抗腐蚀性能方面不如复合材料；2）铝合金材质的刹车盘在强度、硬度、耐磨性、抗疲劳等方面仍有待提高；现有技术中，对提高铝合金的抗腐蚀性能方面，以加入某些抗腐蚀的元素为主，但这些元素的加入，会影响铝合金强度、抗疲劳等多方面性能的提高。CN103115098A公开一种机动车用高硅铝合金刹车盘，由铝合金原料铸造而成，铝合金原料的组分及各组分的重量百分含量为：硅17～35%、铜1～3%、镁0.3～2%、镍或铬1～2%，余量为铝，该发明的铝合金刹车盘与传统的铸铁的刹车盘相比减轻50～60%，且所述高硅铝合金刹车盘的导热系数高。CN104315043A公开一种轿车用刹车盘，涉及汽车配件加工生产技术领域，包括高锰钢粉末21%、铝合金33%、防老剂11%、硅油12%、橡胶9%、氧化钙7%、防老剂7%。上述的刹车盘材料存在着抗拉强度不高、耐久度不好、耐磨性能不好的问题。
发明内容
本发明的目的是：解决刹车盘存在的抗拉强度不高、耐久度不好、耐磨性能不好的问题，通过加入包覆材料的无机粒子的方式进行改进。
技术方案是：
一种无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将硫酸钡粉体10～20份、氧化硅粉体10～15份、水100～160份混合均匀，再加入锌盐4～6份和铝酸钠3～5份，然后在50℃～100℃下加热反应，再把混合液加入高压反应釜中，在140～160℃下熟化反应，过滤后将颗粒物烘干，得到无机化合物包覆的粉体；
第2步，按重量份计，将无机化合物包覆的粉体10～20份与铝粉80～120份混合均匀，在真空下压块，制备铝基块体；
第3步，将镁粉进行熔炼，制备铝合金，其中需要调节铝合金中镁含量在8～12%、锌含量0.1～0.2%、锰含量在0.05～0.1%、镍含量在0.03～0.08%，得铝合金；
第4步，按重量份量计，将铝合金80～100份与铝基块体10～15份进行熔炼，压压铸成型，得到本发明的刹车盘材料。
所述的第1步中，加热反应的时间是1～3小时，熟化反应的时间是6～10小时，熟化反应的压力是0.5～0.6MPa。
所述的第1步中，锌盐为硫酸锌、乙酸锌、硝酸锌或无水氯化锌。
所述的第2步中，压块所需要的真空度要求气体压力不超过0.01Pa，压块所需要的压力为6～8×103Kg/m2；制得的压块的尺寸为1×1×1cm3～4×4×4cm3。
所述的第4步中，熔炼的温度是690～710℃。
所述的第4步中，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌。
有益效果
本发明通过无机粒子对铝合金材料进行改进，使刹车盘存在的抗拉强度、耐久度、耐磨性能得到了明显的提高。
具体实施方式
实施例1
第1步，按重量份计，将硫酸钡粉体10份、氧化硅粉体10份、水100份混合均匀，再加入硝酸锌4份和铝酸钠3份，然后在50℃下加热反应1小时，再把混合液加入高压反应釜中，在140℃下熟化反应6小时，熟化反应的压力是0.5MPa，过滤后将颗粒物烘干，得到无机化合物包覆的粉体；
第2步，按重量份计，将无机化合物包覆的粉体10份与铝粉80份混合均匀，在真空下压块，制备铝基块体，压块所需要的真空度要求气体压力0.005Pa，压块所需要的压力为6×103Kg/m2；制得的压块的尺寸为1×1×1cm3；
第3步，将镁粉进行熔炼，制备铝合金，其中需要调节铝合金中镁含量在8%、锌含量0.1%、锰含量在0.05%、镍含量在0.03%，得铝合金；
第4步，按重量份量计，将铝合金80份与铝基块体10份690℃下进行熔炼，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌，压压铸成型，得到本发明的刹车盘材料。
实施例2
第1步，按重量份计，将硫酸钡粉体20份、氧化硅粉体15份、水160份混合均匀，再加入硫酸锌6份和铝酸钠5份，然后在100℃下加热反应3小时，再把混合液加入高压反应釜中，在160℃下熟化反应10小时，熟化反应的压力是0.6MPa，过滤后将颗粒物烘干，得到无机化合物包覆的粉体；
第2步，按重量份计，将无机化合物包覆的粉体20份与铝粉120份混合均匀，在真空下压块，制备铝基块体，压块所需要的真空度要求气体压力不超过0.005Pa，压块所需要的压力为8×103Kg/m2；制得的压块的尺寸为4×4×4cm3，
第3步，将镁粉进行熔炼，制备铝合金，其中需要调节铝合金中镁含量在12%、锌含量0.2%、锰含量在0.1%、镍含量在0.07%，得铝合金；
第4步，按重量份量计，将铝合金90份与铝基块体12份700℃下进行熔炼，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌，压压铸成型，得到本发明的刹车盘材料。
实施例3
第1步，按重量份计，将硫酸钡粉体15份、氧化硅粉体12份、水120份混合均匀，再加入无水氯化锌5份和铝酸钠4份，然后在80℃下加热反应2小时，再把混合液加入高压反应釜中，在150℃下熟化反应8小时，熟化反应的压力是0.55MPa，过滤后将颗粒物烘干，得到无机化合物包覆的粉体；
第2步，按重量份计，将无机化合物包覆的粉体15份与铝粉100份混合均匀，在真空下压块，制备铝基块体，压块所需要的真空度要求气体压力不超过0.005Pa，压块所需要的压力为7×103Kg/m2；制得的压块的尺寸为2×2×2cm3，
第3步，将镁粉进行熔炼，制备铝合金，其中需要调节铝合金中镁含量在10%、锌含量0.1%、锰含量在0.08%、镍含量在0.05%，得铝合金；
第4步，按重量份量计，将铝合金90份与铝基块体13份710℃下进行熔炼，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌，压压铸成型，得到本发明的刹车盘材料。
对照例1
与实施例3的区别在于：硫酸钡粉体、氧化硅粉体未经过包覆，而是直接制备铝基块体。
第1步，按重量份计，将粉体混合物（硫酸钡粉体：氧化硅粉体=5：4重量比）15份与铝粉100份混合均匀，在真空下压块，制备铝基块体，压块所需要的真空度要求气体压力不超过0.005Pa，压块所需要的压力为7×103Kg/m2；制得的压块的尺寸为2×2×2cm3，
第2步，将镁粉进行熔炼，制备铝合金，其中需要调节铝合金中镁含量在10%、锌含量0.1%、锰含量在0.08%、镍含量在0.05%，得铝合金；
第3步，按重量份量计，将铝合金90份与铝基块体13份710℃下进行熔炼，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌，压压铸成型，得到本发明的刹车盘材料。
对照例2
与实施例3的区别在于：未加入硫酸钡，其重量由氧化硅粉体所替代。
第1步，按重量份计，将氧化硅粉体27份、水120份混合均匀，再加入无水氯化锌5份和铝酸钠4份，然后在80℃下加热反应2小时，再把混合液加入高压反应釜中，在150℃下熟化反应8小时，熟化反应的压力是0.55MPa，过滤后将颗粒物烘干，得到无机化合物包覆的粉体；
第2步，按重量份计，将无机化合物包覆的粉体15份与铝粉100份混合均匀，在真空下压块，制备铝基块体，压块所需要的真空度要求气体压力不超过0.005Pa，压块所需要的压力为7×103Kg/m2；制得的压块的尺寸为2×2×2cm3，
第3步，将镁粉进行熔炼，制备铝合金，其中需要调节铝合金中镁含量在10%、锌含量0.1%、锰含量在0.08%、镍含量在0.05%，得铝合金；
第4步，按重量份量计，将铝合金90份与铝基块体13份710℃下进行熔炼，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌，压压铸成型，得到本发明的刹车盘材料。
采用MM-1000摩擦试验机测试本发明的摩擦制动材料的刹车性能，测试条件为：惯量3.8kgf·cm·s2，比压100N/cm2，线速度25m/s。
表1试验结果
从表中可以看出，本发明提供的刹车盘复合材料具有良好的强度性能和摩擦制动性能，硬度可以达到175HBS以上，抗拉强度可以达到431Mpa以上，延伸率可以达到4.2%以上，线磨损率可以达到1.18μm/面·次以下。其实，实施例3相对于对照例1来说，硫酸钡粉体、氧化硅粉体经过包覆，可以明显提高抗拉强度和提高耐磨性能，抗拉强度有明显提高，线磨损率得到降低；实施例3相对于对照例2来说，加入了硫酸钡制备的无机颗粒，明显地提高了硬度和耐磨性能。
Claims (6)
1.一种无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，按重量份计，将硫酸钡粉体10～20份、氧化硅粉体10～15份、水100～160份混合均匀，再加入锌盐4～6份和铝酸钠3～5份，然后在50℃～100℃下加热反应，再把混合液加入高压反应釜中，在140～160℃下熟化反应，过滤后将颗粒物烘干，得到无机化合物包覆的粉体；第2步，按重量份计，将无机化合物包覆的粉体10～20份与铝粉80～120份混合均匀，在真空下压块，制备铝基块体；第3步，将镁粉进行熔炼，制备铝合金，其中需要调节铝合金中镁含量在8～12%、锌含量0.1～0.2%、锰含量在0.05～0.1%、镍含量在0.03～0.08%，得铝合金；第4步，按重量份量计，将铝合金80～100份与铝基块体10～15份进行熔炼，压压铸成型，得到本发明的刹车盘材料。
2.根据权利要求1所述的无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法，其特征在于：所述的第1步中，加热反应的时间是1～3小时，熟化反应的时间是6～10小时，熟化反应的压力是0.5～0.6MPa。
3.根据权利要求1所述的无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法，其特征在于：所述的第1步中，锌盐为硫酸锌、乙酸锌、硝酸锌或无水氯化锌。
4.根据权利要求1所述的无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，压块所需要的真空度要求气体压力不超过0.01Pa，压块所需要的压力为6～8×103Kg/m2；制得的压块的尺寸为1×1×1cm3～4×4×4cm3。
5.根据权利要求1所述的无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法，其特征在于：所述的第4步中，熔炼的温度是690～710℃。
6.根据权利要求1所述的无机粒子增强的铝基刹车盘材料的制备方法，其特征在于：所述的第4步中，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌。
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