[發(fā)明專利]鐵鋁合金復(fù)合強(qiáng)化鋁基材料、其制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011374650.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112626378B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉春軒;邱敬文;蔣兆汝;吳云;張揚(yáng);張杰;曹柳絮;羅偉;邱振宇;羅任
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南金天鋁業(yè)高科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C21/00
• 分類號(hào): C22C21/00;C22C38/06;C22C38/12;C22C38/14;C22C38/02;C22C33/02;C21D1/26;C21D1/74;C21D6/00;C22F1/02;C22F1/04;C23C24/10;B22F9/04;F16D65/12
• 代理公司: 長(zhǎng)沙七源專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 張勇;劉伊?xí)D

本申請(qǐng)涉及鐵鋁合金復(fù)合強(qiáng)化鋁基材料，其制備方法及應(yīng)用。該材料包括鋁基合金層，與鋁基合金層冶金結(jié)合的Fe₃Al合金層及與Fe₃Al合金層冶金結(jié)合的FeAl合金層，F(xiàn)e₃Al合金層主要由Fe₃Al相和ZrB₂相組成，F(xiàn)eAl合金層主要由FeAl相、B相和Al₂O₃相組成。上述鐵鋁合金復(fù)合強(qiáng)化鋁基材料，不僅具備了鐵鋁金屬間化合物優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、耐腐蝕和耐磨損性能，同時(shí)保留了鋁基合金的高導(dǎo)熱性、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)。將該材料用作高速軌道交通制動(dòng)盤材料，一方面可以大幅度降低生產(chǎn)成本，另一方面可以顯著提高制動(dòng)盤的使用溫度和使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多層表面復(fù)合強(qiáng)化鋁基材料，特別是涉及鐵鋁合金復(fù)合強(qiáng)化鋁基材料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著交通擁堵問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，城市軌道交通以其大運(yùn)量、快捷、舒適、節(jié)能、環(huán)保等特性已成為解決城市交通問(wèn)題的必然發(fā)展趨勢(shì)。隨著交通運(yùn)輸科技的不斷進(jìn)步，城市軌道交通車輛的設(shè)計(jì)速度也越來(lái)越高，由以往的80km/h提高到120km/h，對(duì)車輛的安全制動(dòng)性能也提出了更高的要求。車輛的制動(dòng)實(shí)質(zhì)上是利用摩擦副將列車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能從而達(dá)到減速和停車的目的，并通過(guò)與外界環(huán)境的熱交換來(lái)散熱，因此，制動(dòng)盤的耐熱強(qiáng)度及散熱能力是衡量車輛制動(dòng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

此外，隨著城市軌道交通建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)的不斷增多，能耗也大幅度增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，牽引能耗占總能耗的30％左右，車輛質(zhì)量減輕10％，牽引能耗則可以減少6％左右，而車輛制動(dòng)裝置約占簧下重量的20％，這20％中大部分又被制動(dòng)盤所占據(jù)，因此，采用輕量化制動(dòng)盤可起到明顯的減重效果，不但可以提速降噪，減少能源消耗和碳排放，而且可以減少輪軌磨耗，降低軌道線路維護(hù)費(fèi)用，從而帶來(lái)巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

鋁基合金具有密度小、比強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、易于加工等特點(diǎn)，且具有較好的塑性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗蝕、可焊和力學(xué)性能，近年來(lái)常被用來(lái)替代鐵、鋼等傳統(tǒng)的制動(dòng)盤材料，成為目前軌道交通車輛輕量化的主要研究方向。然而，鋁基合金固有的高溫力學(xué)性能差，耐摩擦磨損性能和高溫抗氧化性不佳等問(wèn)題限制了其在高速軌道交通制動(dòng)工況下的進(jìn)一步使用。目前，比較常用的方法是采用增強(qiáng)相增強(qiáng)鋁基材料，以提高其耐磨耐損等性能，但隨著增強(qiáng)相的摻入，勢(shì)必帶來(lái)制備難度和制造成本的增加，而且其高溫力學(xué)性能也不能滿足高速軌道交通制動(dòng)的使用要求。目前有科技工作者采用滲碳、滲氮、噴涂、微弧氧化、電鍍、離子鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、離子注入、等離子體浸沒(méi)離子注入與沉積等表面改性方法，以在鋁基合金表面形成多種類型功能薄膜或涂層。然而，這些方法普遍存在著成本高，膜層或涂層厚度較薄且與鋁基合金結(jié)合強(qiáng)度不佳的問(wèn)題。因此，也不能適用于高速制動(dòng)條件下高溫和大應(yīng)力的工況條件。為彌補(bǔ)上述不足，人們開(kāi)始采用涂層厚度可控且能與基材表面形成良好冶金結(jié)合的功能復(fù)合涂層的激光熔覆技術(shù)，以使鋁基合金表面的硬度、耐磨、耐蝕和抗氧化等綜合性能得到顯著提高。

鐵鋁金屬間化合物具有優(yōu)異的高溫抗氧化性和抗硫化性、相對(duì)較低的密度和低廉的價(jià)格等，可作為鋁基合金表面耐蝕、耐高溫、抗氧化的增強(qiáng)體防護(hù)層。但激光熔覆粉末與基體的熱物理性能不匹配容易導(dǎo)致涂層出現(xiàn)裂紋等缺陷，這在制動(dòng)盤的應(yīng)用中是致命的。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種無(wú)裂紋，與鋁基合金呈良好冶金結(jié)合的鐵鋁合金復(fù)合增強(qiáng)鋁基材料，該材料不僅具備了鐵鋁金屬間化合物優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、耐腐蝕和耐磨損性能，同時(shí)保留了鋁基合金的高導(dǎo)熱性、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)。將該材料用作高速軌道交通制動(dòng)盤材料，一方面可以大幅度降低生產(chǎn)成本，另一方面可以顯著提高制動(dòng)盤的使用溫度和使用壽命。