CN111057906A - 一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料，其特征在于，所述复合材料由纳米陶瓷粉体和金属合金粉体复合而成，所述金属合金粉体包括Zn、Mg、Fe和Al，所述纳米陶瓷粉体为表面改性的纳米陶瓷粉体，所述陶瓷粉体为TiB2或B4C粉体。本发明复合材料可以应用于车辆离合器中，具有较高的导热性能，改善离合器面片摩擦磨损性能。

Description

一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料及其制备方法。
背景技术
汽车离合器面片是铆接在离合器从动盘上的关键零件，通过摩擦作用，柔性地传递发动机的动力。传统的汽车离合器面片主要是以橡胶、树脂等有机粘结剂为主的复合摩擦材料，这类有机复合摩擦材料面片质量轻、摩擦噪音小，但是通常不耐高温、易烧蚀、热衰退较严重、耐磨性能不好。特别是频繁起步的公交车、工程车以及载重车等，这类车在较复杂的工况条件下工作，离合器操作相当频繁，加之负载吨位大，对承担动力传递的离合器面片性能要求很高。一般要求耐高温达到320℃以上，有机复合摩擦片的综合摩擦磨损性能往往难以胜任这些要求。良好的导热性能有助于加快热量从接触界面扩散的速度，吸收和传递大量的热能，降低摩擦面温度，改善摩擦磨损性能，避免高温蠕变现象的发生，可以说良好的导热性能是耐磨性能以及高温性能的保障。陶瓷/金属复合材料用作耐磨材料时温度升高过快是一个重要的问题，在研究摩擦材料的摩擦磨损性能时，材料的导热性能是一个重要的因素。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料，该复合材料可以应用于车辆离合器中，具有较高的导热性能，改善离合器面片摩擦磨损性能。
技术方案：一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料，所述复合材料由纳米陶瓷粉体和金属合金粉体复合而成，所述金属合金粉体包括Zn、Mg、Fe和Al，所述纳米陶瓷粉体为表面改性的纳米陶瓷粉体，所述陶瓷粉体为TiB2或B4C粉体。
进一步的，表面改性的纳米陶瓷粉体为表面镀铜纳米陶瓷粉体。
进一步的，所述表面镀铜纳米陶瓷粉体的制备方法为：将纳米陶瓷粉体加入至硫酸铜，酒石酸钾和氢氧化钠的混合溶液中，然后加入甲醛溶液搅拌，得到表面镀铜的纳米陶瓷粉体。
上述的一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量比称取金属合金粉体和纳米陶瓷粉体，加入球磨罐中，滴入石蜡，在真空下进行球磨，得到复合粉体；
（2）将步骤（1）制备得到的复合粉体进行冷压压坯和烧结；
（3）接着进行热挤；
（4）在热挤后进行固溶和时效，最后进行均热化处理，快速冷却到室温，得到成品。
进一步的，所述步骤（1）中按重量称取纳米陶瓷粉体和金属合金粉体，加入球磨罐中，球料比为 10:1，在真空下以转速250-380 r/min球磨1 h得到复合粉体，其中Zn、Mg、Fe、Al和陶瓷粉体的质量比为5-9:1-2:1-2:0.5-1.5:0.2-1.3。
进一步的，所述步骤（2）中烧结压力为140-160kPa，烧结温度为790-850℃，保温时间为4-6h。
进一步的，所述步骤（3）中热挤压的温度为350-400℃，挤压比为4-8:1。
进一步的，所述固溶温度为600℃，时间为1-3h，人工时效温度为150-200℃，时间为3-5h。
进一步的，所述均热化处理的温度为550-600℃，时间为4-7h。
有益效果：本发明的材料具有以下优点：
铜是仅次于银的优良导电导热体，通过陶瓷颗粒表面化学镀铜来提高陶瓷粉体与金属粉体的结合性；通过引入均匀化处理的方法来改善陶瓷粉体增强体与金属基体的结合强度，继而提高复合材料的热导率，经过均匀化处理后的材料具有良好的导热性能，处理温度过低或过高均对材料的导热性能不利。
具体实施方式
实施例1
表面镀铜纳米陶瓷粉体的制备方法为：
将硫酸铜和酒石酸钾溶解于水中，混合均匀后加入氢氧化钠，调节 PH 值至 12，然后加入TiB2或B4C颗粒，最后加入甲醛溶液，并不断搅拌产生起泡，气泡消失后，过滤干燥得到表面镀铜的纳米陶瓷粉体，其中硫酸铜，酒石酸钾，氢氧化钠和水的质量比为1：5：1：8。
实施例2
一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称取实施例1中制备TiB2纳米陶瓷粉体和金属合金粉体，加入球磨罐中，球料比为 10:1，在真空下以转速250 r/min球磨1 h得到复合粉体，其中Zn、Mg、Fe、Al和陶瓷粉体的质量比为5:2:1:0.5:0.2；
（2）将步骤（1）制备得到的复合粉体进行冷压压坯和烧结，烧结压力为140kPa，烧结温度为790℃，保温时间为4h；
（3）接着进行热挤，热挤压的温度为350℃，挤压比为8:1；
（4）在热挤后进行固溶和时效，固溶温度为600℃，时间为1h，人工时效温度为200℃，时间为5h，最后进行均热化处理，均热化处理的温度为550℃，时间为4h，快速冷却到室温，得到成品。
实施例3
一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称取实施例1中制备B4C纳米陶瓷粉体和金属合金粉体，加入球磨罐中，球料比为 10:1，在真空下以转速380 r/min球磨1 h得到复合粉体，其中Zn、Mg、Fe、Al和陶瓷粉体的质量比为9:1:2:1.5:1.3；
（2）将步骤（1）制备得到的复合粉体进行冷压压坯和烧结，烧结压力为160kPa，烧结温度为850℃，保温时间为6h；
（3）接着进行热挤，热挤压的温度为400℃，挤压比为4:1；
（4）在热挤后进行固溶和时效，固溶温度为600℃，时间为3h，人工时效温度为150℃，时间为3h，最后进行均热化处理，均热化处理的温度为600℃，时间为7h，快速冷却到室温，得到成品。
实施例4
一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称取实施例1中制备TiB2纳米陶瓷粉体和金属合金粉体，加入球磨罐中，球料比为 10:1，在真空下以转速200 r/min球磨1 h得到复合粉体，其中Zn、Mg、Fe、Al和陶瓷粉体的质量比为6:2:1:0.5:1.1；
（2）将步骤（1）制备得到的复合粉体进行冷压压坯和烧结，烧结压力为140kPa，烧结温度为800℃，保温时间为5h；
（3）接着进行热挤，热挤压的温度为360℃，挤压比为7:1；
（4）在热挤后进行固溶和时效，固溶温度为600℃，时间为1.5h，人工时效温度为180℃，时间为3h，最后进行均热化处理，均热化处理的温度为560℃，时间为5h，快速冷却到室温，得到成品。
实施例5
一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称取实施例1中制备B4C纳米陶瓷粉体和金属合金粉体，加入球磨罐中，球料比为 10:1，在真空下以转速350 r/min球磨1 h得到复合粉体，其中Zn、Mg、Fe、Al和陶瓷粉体的质量比为8:1:2:1:0.5；
（2）将步骤（1）制备得到的复合粉体进行冷压压坯和烧结，烧结压力为160kPa，烧结温度为830℃，保温时间为6h；
（3）接着进行热挤，热挤压的温度为380℃，挤压比为5:1；
（4）在热挤后进行固溶和时效，固溶温度为600℃，时间为3h，人工时效温度为160℃，时间为5h，最后进行均热化处理，均热化处理的温度为580℃，时间为6h，快速冷却到室温，得到成品。
对比例1
一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称取B4C纳米陶瓷粉体和金属合金粉体，加入球磨罐中，球料比为 10:1，在真空下以转速380 r/min球磨1 h得到复合粉体，其中Zn、Mg、Fe、Al和陶瓷粉体的质量比为9:1:2:1.5:1.3；
（2）将步骤（1）制备得到的复合粉体进行冷压压坯和烧结，烧结压力为160kPa，烧结温度为850℃，保温时间为6h；
（3）接着进行热挤，热挤压的温度为400℃，挤压比为4:1；
（4）在热挤后进行固溶和时效，固溶温度为600℃，时间为3h，人工时效温度为150℃，时间为3h，最后进行均热化处理，均热化处理的温度为600℃，时间为7h，快速冷却到室温，得到成品。
对比例2
一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量称取实施例1中制备B4C纳米陶瓷粉体和金属合金粉体，加入球磨罐中，球料比为 10:1，在真空下以转速200 r/min球磨1 h得到复合粉体，其中Zn、Mg、Fe、Al和陶瓷粉体的质量比为6:2:1:0.5:1.1；
（2）将步骤（1）制备得到的复合粉体进行冷压压坯和烧结，烧结压力为140kPa，烧结温度为800℃，保温时间为5h；
（3）接着进行热挤，热挤压的温度为360℃，挤压比为7:1；
（4）在热挤后进行固溶和时效，固溶温度为600℃，时间为1.5h，人工时效温度为180℃，时间为3h，快速冷却到室温，得到成品。
测试数据见下表：
热导率/（W·m<sup>-1</sup>·K<sup>-1</sup>） 摩擦系数 磨损率（×10<sup>-3</sup>mm<sup>3</sup>/m）
实施例2 435 0.57 2.58
实施例3 425 0.55 2.47
实施例4 417 0.60 2.75
实施例5 427 0.57 2.68
对比例1 410 0.76 3.45
对比例2 382 0.59 2.67
注：以上检测均采用国标。

Claims (9)

1.一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料，其特征在于，所述复合材料由纳米陶瓷粉体和金属合金粉体复合而成，所述金属合金粉体包括Zn、Mg、Fe和Al，所述纳米陶瓷粉体为表面改性的纳米陶瓷粉体，所述陶瓷粉体为TiB2或B4C粉体。
2.根据权利要求1所述的一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料，其特征在于：表面改性的纳米陶瓷粉体为表面镀铜纳米陶瓷粉体。
3.根据权利要求2所述的一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料，其特征在于：所述表面镀铜纳米陶瓷粉体的制备方法为：将纳米陶瓷粉体加入至硫酸铜，酒石酸钾和氢氧化钠的混合溶液中，然后加入甲醛溶液搅拌，得到表面镀铜的纳米陶瓷粉体。
4.如权利要求1-3所述的一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量比称取金属合金粉体和纳米陶瓷粉体，加入球磨罐中，滴入石蜡，在真空下进行球磨，得到复合粉体；
（2）将步骤（1）制备得到的复合粉体进行冷压压坯和烧结；
（3）接着进行热挤；
（4）在热挤后进行固溶和时效，最后进行均热化处理，快速冷却到室温，得到成品。
5.根据权利要求4所述的一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中按重量称取纳米陶瓷粉体和金属合金粉体，加入球磨罐中，球料比为10:1，在真空下以转速250-380 r/min球磨1 h得到复合粉体，其中Zn、Mg、Fe、Al和陶瓷粉体的质量比为5-9:1-2:1-2:0.5-1.5:0.2-1.3。
6.根据权利要求4所述的一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中烧结压力为140-160kPa，烧结温度为790-850℃，保温时间为4-6h。
7.根据权利要求4所述的一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中热挤压的温度为350-400℃，挤压比为4-8:1。
8.根据权利要求4所述的一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述固溶温度为600℃，时间为1-3h，人工时效温度为150-200℃，时间为3-5h。
9.根据权利要求4所述的一种纳米陶瓷粉体增强合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述均热化处理的温度为550-600℃，时间为4-7h。
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