[發(fā)明專(zhuān)利]一種多孔陶瓷局部增強(qiáng)復(fù)合材料汽車(chē)剎車(chē)片的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210089532.1
• 申請(qǐng)日: 2022-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114292126A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜之明;孫永根;費(fèi)巖晗;李含宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B38/10
• 分類(lèi)號(hào): C04B38/10;C04B35/10;C04B35/622;C04B35/64;F16D69/02
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種多孔陶瓷局部增強(qiáng)復(fù)合材料汽車(chē)剎車(chē)片的制備方法，本發(fā)明屬于材料加工工程領(lǐng)域，旨在解決以汽車(chē)剎車(chē)片為典型制件的連續(xù)局部增強(qiáng)一體化成形技術(shù)難題，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)剎車(chē)片的輕量化及高性能，縮短生產(chǎn)周期，提高材料利用率，延長(zhǎng)剎車(chē)片使用壽命。本發(fā)明采用有機(jī)泡沫浸漬法燒結(jié)制備大尺寸連續(xù)多孔陶瓷預(yù)制體，通過(guò)液態(tài)模鍛一體化成形技術(shù)，采用定量澆注，制備獲得尺寸精度高、耐磨性好的連續(xù)多孔陶瓷局部增強(qiáng)復(fù)合材料汽車(chē)剎車(chē)片等典型制件。本發(fā)明應(yīng)用于汽車(chē)剎車(chē)片、汽車(chē)輪轂、汽車(chē)活塞等耐磨性要求高的局部增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料加工工程，具體涉及一種多孔陶瓷局部增強(qiáng)復(fù)合材料汽車(chē)剎車(chē)片的制備方法。

背景技術(shù)

剎車(chē)片是汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵零件。優(yōu)質(zhì)汽車(chē)剎車(chē)片需要具有較高的抗拉強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性和減振性。從剎車(chē)片發(fā)展歷程來(lái)看，目前廣泛使用的剎車(chē)片材料主要有普通鑄鐵、低合金鑄鐵、普通鑄鋼、特殊合金鑄鋼、低合金鍛鋼及鑄鐵-鑄鋼(鍛鋼)復(fù)合材料等。鑄鐵剎車(chē)片材料主要是灰鑄鐵，包括HT150、HT200、HT250和HT300等四種典型牌號(hào)。現(xiàn)有汽車(chē)剎車(chē)片材料多以鑄鐵為主，正向鍛鋼材質(zhì)方向發(fā)展，特殊鍛鋼剎車(chē)片的強(qiáng)度比鑄鐵剎車(chē)片要高兩倍左右。但是鑄鐵和鍛鋼兩類(lèi)材料均存在制造周期長(zhǎng)、導(dǎo)熱性差和易產(chǎn)生熱裂紋等不足，極大地影響汽車(chē)的性能。剎車(chē)片的變形、熱裂紋和異常磨損是主要的故障問(wèn)題。避免或減少以上故障的出現(xiàn)，剎車(chē)片材料的選用非常關(guān)鍵。目前主要的解決辦法是通過(guò)添加微量元素對(duì)材料進(jìn)行優(yōu)化以提高剎車(chē)片性能。

隨著汽車(chē)輕量化要求日趨強(qiáng)烈，鋁基復(fù)合材料剎車(chē)片開(kāi)始應(yīng)用于汽車(chē)剎車(chē)片，如美國(guó)福特公司已研制出SiCp/Al鋁基復(fù)合材料剎車(chē)片，替換了常規(guī)鑄鐵剎車(chē)片，并將其批量用于Lincoln Town Car；Lotus公司將鋁基復(fù)合材料應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)轎車(chē)(Elise)的前后輪剎車(chē)片。齊海波等則采用液態(tài)模鍛工藝制備了20％SiC_p/Al復(fù)合材料，其拉伸抗拉強(qiáng)度達(dá)到320MPa，較鑄鐵HT250提高了約28％，可完全滿(mǎn)足剎車(chē)片強(qiáng)度指標(biāo)要求。通過(guò)反復(fù)連續(xù)制動(dòng)的工況條件發(fā)現(xiàn)，SiC_p/Al復(fù)合材料剎車(chē)片的表面溫升低，摩擦系數(shù)穩(wěn)定。而在制動(dòng)磨損試驗(yàn)中，SiCp A復(fù)合材料剎車(chē)片的質(zhì)量磨損量約為鑄鐵剎車(chē)片的1/4。鄒茂華等則采用離心鑄造工藝制備了內(nèi)生顆粒增強(qiáng)Mg₂Si/Al復(fù)合材料，通過(guò)添加SiC在離心鑄造時(shí)可獲得初晶Si和初晶Mg₂Si，通過(guò)添加Cu、Ni等合金化元素可強(qiáng)化基體，并進(jìn)行T6處理后，可得到硬度(HRB)為89.6和耐磨性較好的材料，硬度和耐磨性均可滿(mǎn)足制作剎車(chē)片的性能要求。采用重量輕、性能優(yōu)異的鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)替代鑄鐵制動(dòng)盤(pán)將成為未來(lái)剎車(chē)片制備的發(fā)展方向。

為尋求一種高耐磨鋁合金及鋁基復(fù)合材料制備高性能的汽車(chē)剎車(chē)片，國(guó)內(nèi)外研究人員紛紛開(kāi)展相關(guān)材料的研發(fā)制備和性能優(yōu)化研究。目前開(kāi)發(fā)的高耐磨鋁合金材料主要有顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料等。一般添加SiC、Al₂O₃、ZrO₂等陶瓷顆粒及短纖維進(jìn)行性能局部增強(qiáng)制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備。但是外加的陶瓷顆粒及陶瓷纖維潤(rùn)濕性較差、容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致造成制備難度較大，材料制件性能不易控制。如果采用特殊制備工藝，則對(duì)設(shè)備提出更高要求，大大增加生產(chǎn)制造的成本。為此，探索開(kāi)發(fā)一種工藝操作簡(jiǎn)便、性能優(yōu)異穩(wěn)定的鋁基復(fù)合材料制備成形工藝具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值，為制備輕量化高耐磨汽車(chē)剎車(chē)片提供了新的制備思路和研發(fā)方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決以汽車(chē)剎車(chē)片為典型制件的局部增強(qiáng)一體化成形技術(shù)難題，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)剎車(chē)片的輕量化及高性能，縮短生產(chǎn)周期，提高材料利用率，延長(zhǎng)剎車(chē)片使用壽命。本發(fā)明采用有機(jī)泡沫浸漬法燒結(jié)制備大尺寸連續(xù)性多孔陶瓷預(yù)制體，通過(guò)液態(tài)模鍛一體化成形技術(shù)，采用定量澆注，制備獲得尺寸精度高、耐磨性好的連續(xù)多孔陶瓷局部增強(qiáng)復(fù)合材料汽車(chē)剎車(chē)片，具體為大尺寸連續(xù)多孔陶瓷局部增強(qiáng)復(fù)合材料汽車(chē)剎車(chē)片的液態(tài)模鍛一體化成形技術(shù)。