[發明專利]一種具有高溫耐磨性的泡沫鐵增強鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110410191.9
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113122757B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 何國球;劉曉山;潘家琪;葛彬;樂沛雯;周志強;黃子傲;李景全
• 申請（專利權）人: 紹興恒馳材料科技有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/10;C22C1/08;C22F1/04;B22D23/04;B22D18/06
• 代理公司: 紹興市寅越專利代理事務所(普通合伙) 33285
• 代理人: 胡國平

本發明屬于鋁合金技術領域，具體涉及一種具有高溫耐磨性的泡沫鐵增強鋁基復合材料及其制備方法，該復合材料由基體合金及增強相組成，所述基體合金是以鋁合金為基體，以微米級SiC顆粒為增強材料的增強鋁合金，增強相為三維骨架通孔泡沫鐵；且所述泡沫鋁與基體合金在三維空間內呈網絡交織互穿結構，并提供了該復合材料的制備方法。該材料具有輕量化、比強度和比剛度高、高溫耐磨等顯著特點，可廣泛應用于汽車、軌道列車的制動盤及其他高溫磨損零部件。

技術領域

本發明屬于鋁合金技術領域，具體涉及一種具有高溫耐磨性的泡沫鐵增強鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

鋁基復合材料具有密度的、比強度高、比剛度高、耐磨性能優異以及良好的導熱性能和低熱膨脹系數等一系列優點，在制動盤材料方面的應用上有著廣闊的前景，被認為是理想的新一代制動盤材料。以鋁基復合材料制動盤替代傳統的鐵質金屬制動盤不僅可以降低交通工具自身重量，為機動性能的提高創造有利條件，而且降低能耗，符合我國發展資源節約型、環境友好型社會的要求。汽車制動盤的制動性能優劣將直接關系到汽車行駛的安全問題，而通常在連續制動過程中，制動盤包面溫度可能達到300-450℃，普通鋁合金在該溫度下會發生軟化失效。目前國內外已有研究機構對鋁基復合材料制動盤進行研發，但目前的鋁基制動盤材料主要還是以陶瓷顆粒增強為主，顆粒增強鋁基復合材料進一步提升了鋁合金的硬度、強度和耐磨性，但其在高溫條件下的耐磨性能還有待加強。因此，為了進一步提升鋁基復合材料的高溫耐磨性能，亟需開發出一種新的增強相復合鋁基材料，使其在450-500℃下仍具有較高的耐磨性。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供一種具有高溫耐磨性的泡沫鐵增強鋁基復合材料，具有輕量化、比強度和比剛度高、高溫耐磨等顯著特點，可廣泛應用于汽車、軌道列車的制動盤及其他高溫磨損零部件。

為實現以上技術目的，本發明的技術方案是：

一種具有高溫耐磨性的泡沫鐵增強鋁基復合材料，由基體合金及增強相組成，所述基體合金是以鋁合金為基體，以微米級SiC顆粒為增強材料的增強鋁合金，增強相為三維骨架通孔泡沫鐵；且所述泡沫鋁與基體合金在三維空間內呈網絡交織互穿結構。

所述鋁合金的組成百分比如下：Si 8.5-9.5％，Fe 0-0.2％，Cu 0-0.2％、Mg 0.4-0.65％、Ti 0-0.2％、Al余量；微米級SiC顆粒的粒徑為10-20μm，SiC顆粒在基體合金中的體積百分比為10-20％。

所述泡沫鐵為三維骨架通孔結構，且孔徑為10-20ppi，厚度為5-20mm。

一種具有高溫耐磨性的泡沫鐵增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1，在真空攪拌鑄造熔煉爐中，將組分要求為Si 8.5-9.5％，Fe 0-0.2％，Cu0-0.2％、Mg 0.4-0.65％、Ti 0-0.2％、Al余量的鋁合金置于石墨坩堝內，密封爐體并抽取其中空氣，在真空環境下將爐體升溫至700-750℃，保溫60-90min，確保鋁合金完全融化；

步驟2，使用石墨攪拌頭對鋁合金熔體以500-550r/min的速度順時針攪拌，攪拌頭與坩堝底部的距離控制在1.5-2.0cm，攪拌的同時逐漸加入經預處理和預熱的微米級SiC顆粒；

步驟3，SiC顆粒加入完成后，降低爐溫至590-610℃進行半固態持續攪拌30-40min；

步驟4，在300-400r/min的攪拌速度下將爐體溫度升至700-750℃，然后停止攪拌，卸去爐體真空，將熔體澆鑄到預熱的金屬模具內，待熔體凝固后即得到微米級SiC顆粒增強的鋁合金基體；