碳化硅增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】一種碳化硅增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料的制備方法，制備原料包括100重量份基體合金、8-10重量份增強(qiáng)粒子以及0.05-0.08重量份的精煉劑，基體合金選用80-85重量份的鑄造鋁合金ZAlSi8MgBe和15-20重量份的銅合金Cu30Ni15Mn，增強(qiáng)粒子為碳化硅、四針狀氧化鋅晶須中的一種或者二者的組合；碳化硅的顆粒尺寸為40-50μm，四針狀氧化鋅晶須為長度為10-12μm、根部直徑為1-1.5μm的四針狀氧化鋅晶須；精煉劑為混合稀土，混合稀土由釔、锫和鑭組成，本發(fā)明制備的鋁銅基復(fù)合材料重量輕、比強(qiáng)度比剛度高、熱膨脹系數(shù)低，具有良好的導(dǎo)熱性和抗磨耐磨性，并且制備比較容易、成本低而且增強(qiáng)相在基體內(nèi)彌散分布且具有各向同性，適用于各種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。
【專利說明】碳化硅增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車剎車盤新材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種碳化硅增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合 材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 剎車盤是汽車制動系統(tǒng)的重要組成部分，其制動性能的好壞直接關(guān)系到車輛的行 駛安全。目前廣泛使用的鑄鐵剎車盤因制動摩擦發(fā)熱而使其表面溫度高達(dá)6 0 (TC，其工 作表面溫度很高且溫度梯度大，易形成熱點(diǎn)而產(chǎn)生熱裂，并且鑄鐵剎車盤的耐磨性較差。目 前行業(yè)內(nèi)嘗試用鋁合金來代替鑄鐵材料鑄造剎車盤，盡管其重量輕、導(dǎo)熱性能好，但其強(qiáng)度 和硬度較低，阻礙了其在剎車盤上的應(yīng)用；目前部分中國專利公開了通過在鑄造鋁合金中 加入增強(qiáng)粒子比如碳化硅來提高鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能，但是碳化硅作為非金屬化合 物，熔融的基體合金對于增強(qiáng)粒子不濕潤，以及增強(qiáng)相顆粒容易與基體合金之間容易發(fā)生 界面反應(yīng)，比如碳化硅與鋁合金基體互不潤濕，且碳化硅在鋁合金液中不穩(wěn)定，將于合金液 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面生成不穩(wěn)定的化合物A1 4C3;由于界面是復(fù)合材料及其重要的組成部 分，界面的結(jié)合程度（即相容性）很大程度決定了復(fù)合材料的性質(zhì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種碳化硅增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料的制備方法，其作為剎車盤的材 料，可以解決現(xiàn)有鑄鐵剎車盤重量重、導(dǎo)熱性差、耐磨性差、易熱裂等缺陷，同時(shí)能夠解決現(xiàn) 有的鋁基復(fù)合材料由于界面相容性較差造成性能還不甚理想的缺陷。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：制備原料包括100重量份基體合金、8-10重 量份增強(qiáng)粒子以及〇. 05-0. 08重量份的精煉劑，所述的基體合金選用80-85重量份的鑄造 鋁合金ZAlSi8MgBe和15-20重量份的銅合金Cu30Nil5Mn，所述的增強(qiáng)粒子為碳化硅或四 針狀氧化鋅晶須；所述的碳化硅的顆粒粒度為40-50μπι，所述的四針狀氧化鋅晶須為長度 為10-12μπκ根部直徑為1-1. 5μπι的四針狀氧化鋅晶須；所述的精煉劑為混合稀土，混合 稀土由釔、锫和鑭組成，三者的質(zhì)量比為1: (0.20-0. 22): (0.30-0. 32)，具體制備步驟如 下： (1) 、向鑄造鋁合金ZAlSi8MgBe中加入混合稀土，混合后加熱至750-800°C熔化得到鋁 基基體合金熔液； (2) 、向銅合金Cu30Nil5Mn中加入增強(qiáng)粒子，混合加熱至1050-1100°C攪拌均勻得到增 強(qiáng)粒子銅基基體合金濕潤液； (3 )、將步驟（2 )制得的碳化硅銅基基體合金濕潤液加入到步驟（1)中的鋁基基體合金 熔液，控溫1150-1200°C并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌1-1. 5小時(shí)；然后樹脂砂型澆鑄得到復(fù)合材 料； (4)、將復(fù)合材料在550-580°C固熔處理6-8小時(shí)，淬火，然后在350-400°C時(shí)效處理 12-14小時(shí)得到增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料。
[0005] 上述步驟進(jìn)一步優(yōu)選為：所述的增強(qiáng)粒子為碳化硅與四針狀氧化鋅晶須的組合， 二者質(zhì)量比為（1-2) :1。
[0006] 本發(fā)明通過將增強(qiáng)離子首先用Cu30Nil5Mn熔融液濕潤（實(shí)踐證明碳化硅、四針狀 氧化鋅晶須二者與Cu30Nil5Mn熔融液均能夠充分潤濕)，從而提高增強(qiáng)粒子與主體鋁合金 基體材料的界面結(jié)合程度；增強(qiáng)粒子碳化硅可以作為鑄造的脫氧劑，并且由于化學(xué)性能穩(wěn) 定、導(dǎo)熱系數(shù)高、耐磨性能好，作為增強(qiáng)粒子能夠提高材料的綜合性能；增強(qiáng)粒子四針狀氧 化鋅晶須的立體的晶型結(jié)構(gòu)分散在基體中能起骨架作用，獨(dú)特的三維空間結(jié)構(gòu)使其與基體 的抓著力更大，增強(qiáng)效果更顯著，使抗拉強(qiáng)度明顯增加，而且橫向和縱向抗拉強(qiáng)度數(shù)值基本 相同，各向同性地加強(qiáng)基體材料的機(jī)械性能，顯著地改善基體強(qiáng)度和加工性能；銅基材料中 的鎳可以提高銅管的耐酸堿腐蝕性、耐高溫腐蝕性及焊接性能，此外鎳還可以用做冶金工 業(yè)的"維生素"，高溫下容易硫、氮、氧直接化合，與具有脫氧、除氮、去硫的作用，降低復(fù)合 材料中氧、氮、硫的含量；稀土金屬釔、锫和鑭在鑄造中起脫氧脫硫作用，能使兩者的含量都 降低到0. 001%以下，并改變夾雜物的狀態(tài)，細(xì)化晶粒，從而改善合金材料的加工性能，提高 強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕和抗氧化性等?？傊畬?shí)踐證明，本發(fā)明制備的鋁銅基復(fù)合材料重量輕、t匕 強(qiáng)度比剛度高、熱膨脹系數(shù)低，具有良好的導(dǎo)熱性和抗磨耐磨性，并且制備比較容易、成本 低而且增強(qiáng)相在基體內(nèi)彌散分布、界面結(jié)合良好且具有各向同性，適用于各種復(fù)雜應(yīng)力狀 態(tài)。

【具體實(shí)施方式】
[0007] 以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0008] 實(shí)施例1 一種碳化硅增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料的制備方法，制備原料包括100重量份基體合金、 8-10重量份增強(qiáng)粒子以及0. 05-0. 08重量份的精煉劑，基體合金選用80-85重量份的鑄 造鋁合金ZAlSi8MgBe和15-20重量份的銅合金Cu30Nil5Mn (Cu30Nil5Mn中各元素質(zhì)量 百分?jǐn)?shù)，Ni30. 25, Mnl5. 14, FeO. 32,余量為Cu，實(shí)施例2和3相同)，增強(qiáng)粒子為碳化硅，其 顆粒尺寸為40-50μηι,精煉劑為混合稀土,混合稀土由紀(jì)、锫和鑭組成，三者的質(zhì)量比為1: (0· 20-0. 22) : (0· 30-0. 32)，具體制備步驟如下： (1) 、向鑄造鋁合金ZAlSi8MgBe中加入混合稀土，混合后加熱至750-800°C熔化得到鋁 基基體合金熔液； (2) 、向銅合金Cu30Nil5Mn中加入增強(qiáng)粒子，混合加熱至1050-1100°C攪拌均勻得到碳 化娃銅基基體合金濕潤液； (3 )、將步驟（2 )制得的碳化硅銅基基體合金濕潤液加入到步驟（1)中的鋁基基體合金熔 液，控溫1150-1200°C并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌1-1. 5小時(shí)；然后樹脂砂型澆鑄得到復(fù)合材料； (4)、將復(fù)合材料在550-580°C固熔處理6-8小時(shí)，淬火，然后在350-400°C時(shí)效處理 10-12小時(shí)得到增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料。
[0009] 實(shí)施例2 一種碳化硅增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料的制備方法，制備原料包括100重量份基體合金、 8-10重量份增強(qiáng)粒子以及0. 05-0. 08重量份的精煉劑，基體合金選用80-85重量份的鑄造 鋁合金ZAlSi8MgBe和15-20重量份的銅合金Cu30Nil5Mn，增強(qiáng)粒子四針狀氧化鋅晶須，四
【權(quán)利要求】
1. 一種碳化硅增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，制備原料包括100重 量份基體合金、8-10重量份增強(qiáng)粒子以及0. 05-0. 08重量份的精煉劑，所述的基體合金選 用80-85重量份的鑄造鋁合金ZAlSi8MgBe和15-20重量份的銅合金Cu30Ni 15Mn，所述的增 強(qiáng)粒子為碳化硅或四針狀氧化鋅晶須；所述的碳化硅的顆粒粒度為40-50 μ m，所述的四針 狀氧化鋅晶須為長度為10-12 μ m、根部直徑為1-1. 5 μ m的四針狀氧化鋅晶須；所述的精煉 劑為混合稀土，混合稀土由釔、锫和鑭組成，三者的質(zhì)量比為1:(0. 20-0. 22):(0. 30-0. 32)， 具體制備步驟如下： (1) 、向鑄造鋁合金ZAlSi8MgBe中加入混合稀土，混合后加熱至750-800°C熔化得到鋁 基基體合金熔液； (2) 、向銅合金Cu30Nil5Mn中加入增強(qiáng)粒子，混合加熱至1050-1100°C攪拌均勻得到增 強(qiáng)粒子銅基基體合金濕潤液； (3) 、將步驟（2)制得的碳化硅銅基基體合金濕潤液加入到步驟（1)中的鋁基基體合金 熔液，控溫1150-1200°C并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌1-1. 5小時(shí)；然后樹脂砂型澆鑄得到復(fù)合材 料； (4) 、將復(fù)合材料在550-580°C固熔處理6-8小時(shí)，淬火，然后在350-400°C時(shí)效處理 12-14小時(shí)得到增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅增強(qiáng)型鋁銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所 述的增強(qiáng)粒子為碳化硅與四針狀氧化鋅晶須的組合，二者質(zhì)量比為（1-2) :1。
【文檔編號】C22C32/00GK104120290SQ201410402028
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】李永吉, 韓克彥, 李軍委, 吳海金 申請人:山東金山汽配有限公司