CN106756196A - 一种碳化硅铝基刹车盘材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种碳化硅铝基刹车盘材料的制备方法，采用碳化硅‑铝作为基体材料，从而调节所述复合材料的总体密度以及强度，此外还通过加入包覆材料的无机粒子的方式改进抗拉强度和耐久度。

Description

一种碳化硅铝基刹车盘材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料材料制造领域，具体涉及一种碳化硅铝基刹车盘材料的制备方法。
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。
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%，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，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。
陶瓷颗粒、晶须、纤维作为增强体的复合材料最为常见，在稳态或低载荷作用下表现良好；但韧性差且抗冲击能力弱，在载荷反复变化或有较大冲击时，会呈现为脆性断裂、增强相脱落等，从而造成复合材料的耐磨性难以发挥，并且作为工件使用时的可靠性差。而三维多孔预制体作为增强体的复合材料一定程度上提高了承载能力，但预制体制备工艺复杂。虽然上述传统的金属基陶瓷复合材料都具有相对较好的力学性能、良好的耐磨性和抗腐蚀能力并兼具导热性和导电性，但它们的密度相对较高，制造工艺复杂。
发明内容
本发明提供一种碳化硅铝基刹车盘材料的制备方法，采用碳化硅-铝作为基体材料，从而调节所述复合材料的总体密度以及强度，此外还通过加入包覆材料的无机粒子的方式改进抗拉强度和耐久度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种碳化硅铝基刹车盘材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备碳化硅-铝基材
通过常规方法制备出直径为5mm的碳化硅陶瓷空心球；
将准备好的碳化硅陶瓷空心球放入浓度为56％-58％质量百分数的氢氟酸中进行酸洗处理，之后放入电炉中预热到400-600℃，并保持3-4个小时；
在铸模的底部放置一片孔径0.5mm、厚度10mm的多孔陶瓷，设定碳化硅陶瓷空心球的总体积为铸模的体积的50％，确定放入碳化硅陶瓷空心球的数量，然后将预处理后的预定数量的碳化硅陶瓷空心球放入铸模内；在放置过程中兼顾堆积方式，使各个碳化硅陶瓷空心球在铸模内处于稳定状态；在最顶层的碳化硅陶瓷空心球上覆盖一片孔径为5mm、厚度为15mm的石墨板；之后，通过分段式电炉对放入铸模内的碳化硅陶瓷空心球进行预热并保持在650-700℃；
通过分段式电炉将容纳腔室和保压部件加热至700℃之后，将700-750℃的铝熔液浇铸到容纳腔室中；
开启分子泵并打开阀门，待真空度到达0.1-0.2MPa时，在负压作用下使铝熔液充分浸入到碳化硅陶瓷空心球的间隙中；
待到铝熔液基本上全部浸渗到碳化硅陶瓷空心球的间隙之后，关闭分子泵和阀门；并冷却至室温；
在室温下保持6-8小时后取出铸锭，得到碳化硅-铝基材；
（2）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10-15%、锌含量0.3-0.5%、锰含量在0.1-0.2%、镍含量在0.05-0.09%，得铝合金；
按重量份量计，将上述铝合金30-50份与上述碳化硅-铝基材60-85份进行熔炼，压压铸成型，得到的刹车盘复合材料。
优选的，在步骤（2）中，铝合金和碳化硅-铝基材熔炼的温度是690-710℃，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌。
本发明的优点在于，采用碳化硅-铝作为基体材料，从而调节所述复合材料的总体密度以及强度，此外还通过加入包覆材料的无机粒子的方式改进抗拉强度和耐久度。
具体实施方式
实施例一
通过常规方法制备出直径为5mm的碳化硅陶瓷空心球； 将准备好的碳化硅陶瓷空心球放入浓度为56％质量百分数的氢氟酸中进行酸洗处理，之后放入电炉中预热到400℃，并保持3个小时。
在铸模的底部放置一片孔径0.5mm、厚度10mm的多孔陶瓷，设定碳化硅陶瓷空心球的总体积为铸模的体积的50％，确定放入碳化硅陶瓷空心球的数量，然后将预处理后的预定数量的碳化硅陶瓷空心球放入铸模内；在放置过程中兼顾堆积方式，使各个碳化硅陶瓷空心球在铸模内处于稳定状态；在最顶层的碳化硅陶瓷空心球上覆盖一片孔径为5mm、厚度为15mm的石墨板；之后，通过分段式电炉对放入铸模内的碳化硅陶瓷空心球进行预热并保持在650-700℃。
通过分段式电炉将容纳腔室和保压部件加热至700℃之后，将700℃的铝熔液浇铸到容纳腔室中；开启分子泵并打开阀门，待真空度到达0.1MPa时，在负压作用下使铝熔液充分浸入到碳化硅陶瓷空心球的间隙中。
待到铝熔液基本上全部浸渗到碳化硅陶瓷空心球的间隙之后，关闭分子泵和阀门；并冷却至室温； 在室温下保持6-8小时后取出铸锭，得到碳化硅-铝基材。
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0.3%、锰含量在0.1%、镍含量在0.05%，得铝合金。
按重量份量计，将上述铝合金30份与上述碳化硅-铝基材60份进行熔炼，压压铸成型，得到的刹车盘复合材料。铝合金和碳化硅-铝基材熔炼的温度是690℃，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌。
实施例二
通过常规方法制备出直径为5mm的碳化硅陶瓷空心球； 将准备好的碳化硅陶瓷空心球放入浓度为58％质量百分数的氢氟酸中进行酸洗处理，之后放入电炉中预热到600℃，并保持4个小时。
在铸模的底部放置一片孔径0.5mm、厚度10mm的多孔陶瓷，设定碳化硅陶瓷空心球的总体积为铸模的体积的50％，确定放入碳化硅陶瓷空心球的数量，然后将预处理后的预定数量的碳化硅陶瓷空心球放入铸模内；在放置过程中兼顾堆积方式，使各个碳化硅陶瓷空心球在铸模内处于稳定状态；在最顶层的碳化硅陶瓷空心球上覆盖一片孔径为5mm、厚度为15mm的石墨板；之后，通过分段式电炉对放入铸模内的碳化硅陶瓷空心球进行预热并保持在650-700℃。
通过分段式电炉将容纳腔室和保压部件加热至700℃之后，将750℃的铝熔液浇铸到容纳腔室中；开启分子泵并打开阀门，待真空度到达0.2MPa时，在负压作用下使铝熔液充分浸入到碳化硅陶瓷空心球的间隙中。
待到铝熔液基本上全部浸渗到碳化硅陶瓷空心球的间隙之后，关闭分子泵和阀门；并冷却至室温； 在室温下保持8小时后取出铸锭，得到碳化硅-铝基材。
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15%、锌含量0.5%、锰含量在0.2%、镍含量在0.09%，得铝合金。
按重量份量计，将上述铝合金50份与上述碳化硅-铝基材85份进行熔炼，压压铸成型，得到的刹车盘复合材料。铝合金和碳化硅-铝基材熔炼的温度是690-710℃，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌。

Claims (2)

1.一种碳化硅铝基刹车盘材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备碳化硅-铝基材
通过常规方法制备出直径为5mm的碳化硅陶瓷空心球；
将准备好的碳化硅陶瓷空心球放入浓度为56％-58％质量百分数的氢氟酸中进行酸洗处理，之后放入电炉中预热到400-600℃，并保持3-4个小时；
在铸模的底部放置一片孔径0.5mm、厚度10mm的多孔陶瓷，设定碳化硅陶瓷空心球的总体积为铸模的体积的50％，确定放入碳化硅陶瓷空心球的数量，然后将预处理后的预定数量的碳化硅陶瓷空心球放入铸模内；在放置过程中兼顾堆积方式，使各个碳化硅陶瓷空心球在铸模内处于稳定状态；在最顶层的碳化硅陶瓷空心球上覆盖一片孔径为5mm、厚度为15mm的石墨板；之后，通过分段式电炉对放入铸模内的碳化硅陶瓷空心球进行预热并保持在650-700℃；
通过分段式电炉将容纳腔室和保压部件加热至700℃之后，将700-750℃的铝熔液浇铸到容纳腔室中；
开启分子泵并打开阀门，待真空度到达0.1-0.2MPa时，在负压作用下使铝熔液充分浸入到碳化硅陶瓷空心球的间隙中；
待到铝熔液基本上全部浸渗到碳化硅陶瓷空心球的间隙之后，关闭分子泵和阀门；并冷却至室温；
在室温下保持6-8小时后取出铸锭，得到碳化硅-铝基材；
（2）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10-15%、锌含量0.3-0.5%、锰含量在0.1-0.2%、镍含量在0.05-0.09%，得铝合金；
按重量份量计，将上述铝合金30-50份与上述碳化硅-铝基材60-85份进行熔炼，压压铸成型，得到的刹车盘复合材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，铝合金和碳化硅-铝基材熔炼的温度是690-710℃，熔炼过程中采用无接触式电磁搅拌。
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