CN105734360A - 一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Si?Al合金汽车刹车盘材料的制备方法的制备方法，包括制坯烧结处理、淬火处理、回火处理和磷化处理四个步骤，本发明在合金中加入的Y2O3对金属有良好的润湿性，在基体内弥散分布，使制备的合金材料分散均匀，且具有各向同性，适用于各种复杂应力状态。合金材料经磷化处理后，其耐腐蚀和耐磨性能明显增强。本发明制备的合计材料重量轻、机械性能好导热性能好，并且制备比较容易、成本低，适于工业应用。

Description

一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法
技术领域
本发明涉及刹车盘材料领域，具体涉及一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法。
背景技术
汽车行驶时，在紧急制动的情情况下，工作面受到刹车机构施加的巨大的摩擦力的作用而使汽车在凡秒钟内停止，汽车的动能在瞬间转化为摩擦产生的热能。由于摩擦产生的能量转化成热量并且被刹车盘吸收，导致刹车盘温度升高。刹车盘导热性应该良好，能迅速将产生的热量散去，否则，会对刹车盘本身及车轮造成损害。刹车盘就是依靠摩擦力来制动，从安全的角度出发，一般规定其报废的最大磨损量单面不大于1毫米，从这一点不难看出，刹车盘的材料应具有很高的耐磨损性能。
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，并且铸铁刹车盘的重量重且耐磨性较差。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
针对现有技术的不足，本发明提供一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，制备得到的材料整体结构科学合理，机械性能和导热性能优异。
本发明采用的技术方案如下：
一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制坯烧结处理：按重量份计，取Al100份，Si25～40份，Fe5～15份，Mg1～6份，Mn0.1～1.2份，Ti0.2～0.8份，Zn3～15份，C3～10份，Na2SiF60.5～2.5份，CaCO35～20份，CCl62～10份，Y2O30.6～2份，聚酰胺蜡片状粉末1～8份，将混合物加入反应釜中搅拌均匀，再在300℃～500℃条件下压制成坯体，将坯体在1200℃～1400℃烧结成型；
(2)淬火处理：将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到750℃～800℃，并保温3h～5h；然后用淬火油冷却至200℃～250℃；
(3)回火处理：将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到350℃～400℃，保温1h～2h，进行自然空冷；再以40℃/h～50℃/h的加热速率加热至500℃～550℃，保温0.5h～1.5h，再以100℃/h～120℃/h的加热速率加热至800℃～850℃，保温3h～4h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温；
(4)磷化处理：在常温下将合金材料在热火封闭温度为120℃～160℃，采用PH值为7.5的表面调整剂处理1min～2min，经滴空1min～2min后，采用磷化剂处理15min～20min，再经滴空1min～2min后，采用清水清洗1min～2min，再滴空1min～2min后，将合金材料置于60℃～90℃的热水中处理0.5min～1min，即制备得到Si-Al合金汽车刹车盘材料。
所述步骤(1)中按重量份计，取Al100份，Si30份，Fe8份，Mg1.8份，Mn0.6份，Ti0.5份，Zn12份，C8份，Na2SiF61份，CaCO315份，CCl66份，Y2O31.6份，聚酰胺蜡片状粉末6份。
所述步骤(1)中聚酰胺蜡片状粉末的平均粒径为200±15μｍ，厚度为30±3μｍ。
所述步骤(2)中将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到750℃，并保温3.5h；然后用淬火油冷却至220℃。
所述步骤(3)中将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到360℃，保温1h，进行自然空冷；再以45℃/h的加热速率加热至550℃，保温1h，再以110℃/h的加热速率加热至800℃，保温3.5h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温；
所述步骤(4)中表面调整剂为HENKEL357型表面调整剂，磷化剂为CW260型磷化剂。
所述步骤(4)中在常温下将合金材料在热火封闭温度为150℃，采用PH值为7.5的表面调整剂处理1min，经滴空1.5min后，采用磷化剂处理18min，再经滴空1.5min后，采用清水清洗1.5min，再滴空1.5min后，将合金材料置于80℃的热水中处理0.8min。
有益效果：本发明在合金中加入的Y2O3对金属有良好的润湿性，在基体内弥散分布，使制备的合金材料分散均匀，且具有各向同性，适用于各种复杂应力状态。合金材料经磷化处理后，其耐腐蚀和耐磨性能明显增强。本发明制备的合计材料重量轻、机械性能好导热性能好，并且制备比较容易、成本低，适于工业应用。
具体实施方式
实施例1
一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制坯烧结处理：按重量份计，取Al100份，Si40份，Fe15份，Mg6份，Mn1.2份，Ti0.8份，Zn15份，C10份，Na2SiF62.5份，CaCO320份，CCl610份，Y2O32份，平均粒径为200±15μｍ，厚度为30±3μｍ的聚酰胺蜡片状粉末8份，将混合物加入反应釜中搅拌均匀，再在500℃条件下压制成坯体，将坯体在1400℃烧结成型；
(2)淬火处理：将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到750℃，并保温3h；然后用淬火油冷却至200℃；
(3)回火处理：将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到350℃，保温1h，进行自然空冷；再以40℃/h的加热速率加热至500℃，保温0.5h，再以100℃/h的加热速率加热至800℃，保温3h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温；
(4)磷化处理：在常温下将合金材料在热火封闭温度为160℃，采用PH值为7.5的HENKEL357型表面调整剂处理2min，经滴空2min后，采用CW260型磷化剂处理20min，再经滴空2min后，采用清水清洗2min，再滴空2min后，将合金材料置于90℃的热水中处理1min，即制备得到Si-Al合金汽车刹车盘材料。
实施例2
一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制坯烧结处理：按重量份计，取Al100份，Si25份，Fe5份，Mg1份，Mn0.1份，Ti0.2份，Zn3份，C3份，Na2SiF60.5份，CaCO35份，CCl62份，Y2O30.6份，平均粒径为200±15μｍ，厚度为30±3μｍ的聚酰胺蜡片状粉末1份，将混合物加入反应釜中搅拌均匀，再在300℃条件下压制成坯体，将坯体在1200℃烧结成型；
(2)淬火处理：将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到800℃，并保温5h；然后用淬火油冷却至250℃；
(3)回火处理：将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到400℃，保温2h，进行自然空冷；再以50℃/h的加热速率加热至550℃，保温1.5h，再以120℃/h的加热速率加热至850℃，保温4h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温；
(4)磷化处理：在常温下将合金材料在热火封闭温度为120℃℃，采用PH值为7.5的HENKEL357型表面调整剂处理1min，经滴空1min后，采用CW260型磷化剂处理15min，再经滴空1min后，采用清水清洗1min，再滴空1min后，将合金材料置于60℃的热水中处理0.5min，即制备得到Si-Al合金汽车刹车盘材料。
实施例3
一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制坯烧结处理：按重量份计，取Al100份，Si35份，Fe7份，Mg2份，Mn0.9份，Ti0.4份，Zn6份，C5份，Na2SiF61.8份，CaCO314份，CCl65.5份，Y2O31.9份，平均粒径为200±15μｍ，厚度为30±3μｍ的聚酰胺蜡片状粉末3份，将混合物加入反应釜中搅拌均匀，再在400℃条件下压制成坯体，将坯体在1300℃烧结成型；
(2)淬火处理：将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到760℃，并保温3.5h；然后用淬火油冷却至240℃；
(3)回火处理：将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到380℃，保温1.5h，进行自然空冷；再以42℃/h的加热速率加热至530℃，保温0.8h，再以105℃/h的加热速率加热至830℃，保温3.8h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温；
(4)磷化处理：在常温下将合金材料在热火封闭温度为130℃，采用PH值为7.5的HENKEL357型表面调整剂处理1.8min，经滴空1.2min后，采用CW260型磷化剂处理18min，再经滴空1.8min后，采用清水清洗1.2min，再滴空1.2min后，将合金材料置于70℃的热水中处理0.9min，即制备得到Si-Al合金汽车刹车盘材料。
实施例4
一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制坯烧结处理：按重量份计，取Al100份，Si30份，Fe8份，Mg1.8份，Mn0.6份，Ti0.5份，Zn12份，C8份，Na2SiF61份，CaCO315份，CCl66份，Y2O31.6份，平均粒径为200±15μｍ，厚度为30±3μｍ的聚酰胺蜡片状粉末6份，将混合物加入反应釜中搅拌均匀，再在300℃～500℃条件下压制成坯体，将坯体在1200℃～1400℃烧结成型；
(2)淬火处理：将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到750℃，并保温3.5h；然后用淬火油冷却至220℃。
(3)回火处理：将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到360℃，保温1h，进行自然空冷；再以45℃/h的加热速率加热至550℃，保温1h，再以110℃/h的加热速率加热至800℃，保温3.5h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温；
(4)磷化处理：在常温下将合金材料在热火封闭温度为150℃，采用PH值为7.5的表面调整剂处理1min，经滴空1.5min后，采用磷化剂处理18min，再经滴空1.5min后，采用清水清洗1.5min，再滴空1.5min后，将合金材料置于80℃的热水中处理0.8min，即制备得到Si-Al合金汽车刹车盘材料。
对比例1
与实施例4的区别在于：在步骤(2)中没有加入Y2O3。
一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制坯烧结处理：按重量份计，取Al100份，Si30份，Fe8份，Mg1.8份，Mn0.6份，Ti0.5份，Zn12份，C8份，Na2SiF61份，CaCO315份，CCl66份，平均粒径为200±15μｍ，厚度为30±3μｍ的聚酰胺蜡片状粉末6份，将混合物加入反应釜中搅拌均匀，再在300℃～500℃条件下压制成坯体，将坯体在1200℃～1400℃烧结成型；
(2)淬火处理：将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到750℃，并保温3.5h；然后用淬火油冷却至220℃。
(3)回火处理：将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到360℃，保温1h，进行自然空冷；再以45℃/h的加热速率加热至550℃，保温1h，再以110℃/h的加热速率加热至800℃，保温3.5h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温；
(4)磷化处理：在常温下将合金材料在热火封闭温度为150℃，采用PH值为7.5的表面调整剂处理1min，经滴空1.5min后，采用磷化剂处理18min，再经滴空1.5min后，采用清水清洗1.5min，再滴空1.5min后，将合金材料置于80℃的热水中处理0.8min，即制备得到Si-Al合金汽车刹车盘材料。
对比例2
与实施例4的区别在于：最后少了磷化处理步骤。
一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制坯烧结处理：按重量份计，取Al100份，Si30份，Fe8份，Mg1.8份，Mn0.6份，Ti0.5份，Zn12份，C8份，Na2SiF61份，CaCO315份，CCl66份，Y2O31.6份，平均粒径为200±15μｍ，厚度为30±3μｍ的聚酰胺蜡片状粉末6份，将混合物加入反应釜中搅拌均匀，再在300℃～500℃条件下压制成坯体，将坯体在1200℃～1400℃烧结成型；
(2)淬火处理：将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到750℃，并保温3.5h；然后用淬火油冷却至220℃。
(3)回火处理：将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到360℃，保温1h，进行自然空冷；再以45℃/h的加热速率加热至550℃，保温1h，再以110℃/h的加热速率加热至800℃，保温3.5h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温，即制备得到Si-Al合金汽车刹车盘材料。
将实施例1至4及对比例1至2制备得到的钛基合金汽车刹车盘材料按照GB228测试其室温拉伸性能，采用导热率测试仪测定其导热率（200℃下），测试结果如下表所示。
实施例1至4制备得到的钛基合金汽车刹车盘材料力学性能和导热性能优良，对比例1和实施例4相比，在步骤(2)中没有加入Y2O3，各组分分散的均匀程度不如实施例4，导致合金材料的机械性能和导热性能下降；对比例2和实施例4相比，最后少了磷化处理步骤，导致合金材料的耐疲劳、耐磨损性能下降。本发明在合金中加入的Y2O3对金属有良好的润湿性，在基体内弥散分布，使制备的合金材料分散均匀，且具有各向同性，适用于各种复杂应力状态。本发明制备的合计材料重量轻、机械性能好导热性能好，并且制备比较容易、成本低，适于工业应用。

Claims (7)

1.一种Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)制坯烧结处理：按重量份计，取Al100份，Si25～40份，Fe5～15份，Mg1～6份，Mn0.1～1.2份，Ti0.2～0.8份，Zn3～15份，C3～10份，Na2SiF60.5～2.5份，CaCO35～20份，CCl62～10份，Y2O30.6～2份，聚酰胺蜡片状粉末1～8份，将混合物加入反应釜中搅拌均匀，再在300℃～500℃条件下压制成坯体，将坯体在1200℃～1400℃烧结成型；
(2)淬火处理：将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到750℃～800℃，并保温3h～5h；然后用淬火油冷却至200℃～250℃；
(3)回火处理：将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到350℃～400℃，保温1h～2h，进行自然空冷；再以40℃/h～50℃/h的加热速率加热至500℃～550℃，保温0.5h～1.5h，再以100℃/h～120℃/h的加热速率加热至800℃～850℃，保温3h～4h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温；
(4)磷化处理：在常温下将合金材料在热火封闭温度为120℃～160℃，采用PH值为7.5的表面调整剂处理1min～2min，经滴空1min～2min后，采用磷化剂处理15min～20min，再经滴空1min～2min后，采用清水清洗1min～2min，再滴空1min～2min后，将合金材料置于60℃～90℃的热水中处理0.5min～1min，即制备得到Si-Al合金汽车刹车盘材料。
2.根据权利要求1所述的Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中按重量份计，取Al100份，Si30份，Fe8份，Mg1.8份，Mn0.6份，Ti0.5份，Zn12份，C8份，Na2SiF61份，CaCO315份，CCl66份，Y2O31.6份，聚酰胺蜡片状粉末6份。
3.根据权利要求1所述的Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中聚酰胺蜡片状粉末的平均粒径为200±15μｍ，厚度为30±3μｍ。
4.根据权利要求1所述的Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中将烧结成型的合金材料送入热处理炉中加热到750℃，并保温3.5h；然后用淬火油冷却至220℃。
5.根据权利要求1所述的Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中将淬火后的合金材料送入回火炉中加热到360℃，保温1h，进行自然空冷；再以45℃/h的加热速率加热至550℃，保温1h，再以110℃/h的加热速率加热至800℃，保温3.5h，随炉冷却至250℃以下出炉空冷至室温。
6.根据权利要求1所述的Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中表面调整剂为HENKEL357型表面调整剂，磷化剂为CW260型磷化剂。
7.根据权利要求1所述的Si-Al合金汽车刹车盘材料的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中在常温下将合金材料在热火封闭温度为150℃，采用PH值为7.5的表面调整剂处理1min，经滴空1.5min后，采用磷化剂处理18min，再经滴空1.5min后，采用清水清洗1.5min，再滴空1.5min后，将合金材料置于80℃的热水中处理0.8min。
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