用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011009039.1 (22)申请日 2020.09.23 (71)申请人 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有 限公司 地址 213011 江苏省常州市戚墅堰五一路 258号 (72)发明人 谭东夏少华李向平张剑云 李娄明 (74)专利代理机构 北京康信知识产权代理有限 责任公司 11240 代理人 刘磊柯婷婷 (51)Int.Cl. C22C 1/02(2006.01) C22C 1/06(2006.01) C22C 21/04(2006.01) C22C 32/00(20。

2、06.01) B22D 1/00(2006.01) B22D 18/04(2006.01) B23P 15/00(2006.01) (54)发明名称 一种用于制备铝基复合材料制动盘的制备 方法 (57)摘要 本发明提供了一种用于制备铝基复合材料 制动盘的制备方法, 包括: 铝料准备步骤S1: 将铝 料烘焙的步骤; 铝料融化步骤S2: 将烘焙后的铝 料完全融化; 熔体形成步骤S3: 将合金化材料加 入铝液中, 形成熔体; 机械搅拌步骤S4: 将熔体进 行机械搅拌的步骤; 增强颗粒加入步骤S5: 将增 强颗粒加入熔体, 进行加速机械搅拌; 轧制步骤 S6: 将上述熔体在真空条件下轧制成板材的步 骤。

3、; 搅拌摩擦加工步骤S7: 将铝基复合板和预先 制备好的制动盘坯体进行搅拌摩擦加工以结合 在一起。 本发明可提高铝基复材表面陶瓷颗粒分 数, 增加耐磨性, 且基体无陶瓷颗粒, 可提升延伸 率, 降低失效风险, 增加热扩散系数, 能将摩擦层 产生的热量传递出去, 降低温升。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 112143921 A 2020.12.29 CN 112143921 A 1.一种用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 包括以下步骤: 铝料融化步骤S2: 将所述铝料完全融化, 形成铝液的步骤; 熔体形成步骤S3: 将合金化材料加入所述铝液中, 形成熔体的步骤; 。

4、机械搅拌步骤S4: 将所述熔体进行机械搅拌的步骤; 增强颗粒加入步骤S5: 将增强颗粒加入所述熔体, 进行加速机械搅拌的步骤; 轧制步骤S6: 将所述熔体在真空条件下轧制成铝基复合板的步骤; 搅拌摩擦加工步骤S7: 将所述铝基复合板和预先制备好的制动盘坯体进行搅拌摩擦加 工, 将所述铝基复合板与所述制动盘坯体结合在一起。 2.根据权利要求1所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 在所 述增强颗粒加入步骤S5之前包括增强颗粒筛选步骤Z1: 筛选增强颗粒的步骤。 3.根据权利要求2所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 在所 述增强颗粒筛选步骤Z1中, 筛选。

5、出粒度大小为1040 m, 正态分布值为1030 m的增强颗 粒。 4.根据权利要求2所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 所述 增强颗粒为SiC颗粒。 5.根据权利要求2所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 在所 述增强颗粒加入步骤S5与所述增强颗粒筛选步骤Z1之间包括增强颗粒焙烧预处理步骤Z2: 将增强颗粒进行焙烧预处理, 去除表面杂质和吸附水分的步骤。 6.根据权利要求5所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 在增 强颗粒焙烧预处理步骤Z2中包括作为所述增强颗粒的SiC颗粒表面形成一层SiO2氧化膜的 步骤。 7.根据权利要。

6、求5所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 所述 增强颗粒加入步骤S5中, 所述增强颗粒的加入速度为25g/s。 8.根据权利要求2所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 在所 述熔体形成步骤S3之前包括变质剂和细化剂称取步骤X1: 基于所述铝料的重量比, 称取变 质剂和细化剂的步骤。 9.根据权利要求8所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 在所 述熔体形成步骤S3与变质剂和细化剂称取步骤X1之间, 包括将所述变质剂和所述细化剂加 入所述铝液的步骤X3, 形成所述熔体。 10.根据权利要求9所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法。

7、, 其特征在于, 在 所述变质剂和细化剂称取步骤X1与将所述变质剂和所述细化剂加入所述铝液的步骤X3之 间, 包括烘烤步骤X2: 将所述变质剂和所述细化剂进行烘烤, 去除水分的步骤。 11.根据权利要求1所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 在 所述铝料融化步骤S2之前包括铝料准备步骤S1: 将铝料烘焙, 去除水分的步骤。 12.根据权利要求1所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 所 述搅拌摩擦加工步骤S7包括混合步骤S71和冷却步骤S72, 在所述混合步骤S71中, 所述制动 盘坯体和所述铝基复合板相互接触的部位充分混合在一起; 在所述冷却步骤S7。

8、2中, 形成具 有过渡层的制动盘。 13.根据权利要求1所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 在 权利要求书 1/2 页 2 CN 112143921 A 2 所述搅拌摩擦加工步骤S7中, 所述搅拌摩擦加工的搅拌转速为6001200转/min, 进给速度 为100500mm/min。 14.根据权利要求1-8中任一项权利要求所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备 方法, 其特征在于, 在所述增强颗粒焙烧预处理步骤S3中, 将所述焙烧预处理的温度在400 1000。 15.根据权利要求1-8中任一项权利要求所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备 方法, 其特征在于, 在所述。

9、机械搅拌步骤S4中, 将电机的转速控制在500600转/min。 16.根据权利要求1-8中任一项权利要求所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备 方法, 其特征在于, 在所述搅拌摩擦加工步骤S7中, 所述铝基复合板与所述基体层之间生成 过渡层。 17.根据权利要求1-8中任一项权利要求所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备 方法, 其特征在于, 所述复合层的抗拉强度Rm140MPa, 断后伸长率A0.5, 硬度 65HBW。 18.根据权利要求17所述的用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 其特征在于, 所 述过渡层中具有球状或类球状的硅相。 19.根据权利要求18所述的用于制备铝基复合材料。

10、制动盘的制备方法, 其特征在于, 所 述硅相长度10 m, 所述硅相的球度为20100。 权利要求书 2/2 页 3 CN 112143921 A 3 一种用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及制动盘领域, 具体而言, 涉及一种用于制备铝基复合材料制动盘的制 备方法。 背景技术 0002 随着环境压力的不断增大, 节能减排、 减少环境污染已成为当今的基本国策。 而减 轻轨道交通车辆重量, 减少因频繁的启动、 制动所产生的的能源消耗及排放, 是实现节能减 排最有效的方法之一。 目前减轻轨道交通车辆重量的主要途径之一是使用新型轻质材料制 动盘替代传统的钢、 铁材料制动。

11、盘, 以减轻运行车辆簧下零部件材料的重量, 保持理想的簧 上簧下重量比。 目前的轻质材料制动盘主要有碳/碳纤维复合材料、 陶瓷复合材料和铝基复 合材料制动盘。 其中, 对陶瓷颗粒增强铝基复合材料制动盘的研究较为广泛。 0003 其中, 现有铝基复合材料制动盘主要为陶瓷颗粒增强铝基复合材料制动盘, 例如 SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘, 制动盘整体为同一种材料。 其主要采用真空搅拌铸造方 法进行制备。 利用该方法制备的铝基复合材料制动盘存在如下技术问题: 0004 第一, 真空搅拌铸造法制备铝基复合材料时, 提高陶瓷颗粒的加入量虽然可以改 善铝基复合材料制动盘的耐磨性, 但同时会降低韧性而影响。

12、其综合力学性能, 同时影响铝 基复合材料的成型性能而导致浇注不足或气孔夹渣的缺陷。 鉴于上述原因, 目前现有技术 中采用真空搅拌铸造方法制备的陶瓷颗粒增强铝基复合材料制动盘的陶瓷颗粒加入量约 为20, 难以满足耐磨性的要求。 0005 第二, 由于使用价格昂贵的真空搅拌制造设备而需要较大的投资。 0006 第三, 真空搅拌铸造设备对工艺控制水平要求较高, 所制备的陶瓷颗粒增强铝基 复合材料制动盘容易产生气孔、 夹渣及陶瓷颗粒偏析等缺陷。 0007 现有技术中, 专利CN1298457C公开了一种真空机械双搅拌铸造方法, 铝料化清, 降 温, 除渣; 在真空下反向慢速内搅拌完成除气过程, 将经过。

13、预处理的增强颗粒加入到除渣后 的铝液表面, 通过内外正方向同时搅拌, 将增强颗粒卷入熔体内, 停止外搅拌, 在保持液面 平稳的情况下, 高速内搅拌使增强颗粒均匀分布在液体内, 升温, 然后通过内外反向双搅拌 慢速旋转完成除气过程; 加入变质剂和细化剂, 通过内搅拌慢速旋转使其熔入熔体并均匀 分布; 卸真空, 出炉, 浇铸成铸锭。 0008 该方法中未对增强颗粒的尺寸进行筛选, 增强颗粒尺寸的随机性较大, 所制备出 来的铝基复合材料不适用于刹车制动盘片的加工。 这是因为刹车制动盘要求整车刹车制动 盘的耐磨性和制动性趋于一致, 基于上述方法制备出来的铝基复合材料用于刹车制动盘, 则其刹车制动盘的性。

14、能不够稳定。 发明内容 0009 本发明的主要目的在于提供一种用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法, 以解 决现有技术中的上述问题。 说明书 1/7 页 4 CN 112143921 A 4 0010 为了实现上述目的, 根据本发明的一个方面, 提供了一种用于制备铝基复合材料 制动盘的制备方法, 包括以下步骤: 0011 铝料融化步骤S2: 将铝料完全融化, 形成铝液的步骤; 0012 熔体形成步骤S3: 将合金化材料加入铝液中, 形成熔体的步骤; 0013 机械搅拌步骤S4: 将熔体进行机械搅拌的步骤; 0014 增强颗粒加入步骤S5: 将增强颗粒加入熔体, 进行加速机械搅拌的步骤; 001。

15、5 轧制步骤S6: 将熔体在真空条件下轧制成铝基复合板的步骤; 0016 搅拌摩擦加工步骤S7: 将铝基复合板和预先制备好的制动盘坯体进行搅拌摩擦加 工, 将铝基复合板与制动盘坯体结合在一起。 0017 进一步地, 在增强颗粒加入步骤S5之前包括增强颗粒筛选步骤Z1: 筛选增强颗粒 的步骤。 0018 进一步地, 在增强颗粒筛选步骤Z1中, 筛选出粒度大小为1040 m, 正态分布值为 1030 m的增强颗粒。 0019 进一步地, 增强颗粒为SiC颗粒。 0020 进一步地, 在增强颗粒加入步骤S5与增强颗粒筛选步骤Z1之间包括增强颗粒焙烧 预处理步骤Z2: 将增强颗粒进行焙烧预处理, 去除。

16、表面杂质和吸附水分的步骤。 0021 进一步地, 在增强颗粒焙烧预处理步骤Z2中包括作为增强颗粒的SiC颗粒表面形 成一层SiO2氧化膜的步骤。 0022 进一步地, 增强颗粒加入步骤S5中, 增强颗粒的加入速度为25g/s。 0023 进一步地, 在熔体形成步骤S3之前包括变质剂和细化剂称取步骤X1: 基于铝料的 重量比, 称取变质剂和细化剂的步骤。 0024 进一步地, 在熔体形成步骤S3与变质剂和细化剂称取步骤X1之间, 包括将变质剂 和细化剂加入铝液的步骤X3, 形成熔体。 0025 进一步地, 在变质剂和细化剂称取步骤X1与将变质剂和细化剂加入铝液的步骤X3 之间, 包括烘烤步骤X2。

17、: 将变质剂和细化剂进行烘烤, 去除水分的步骤。 0026 进一步地, 在铝料融化步骤S2之前包括铝料准备步骤S1: 将铝料烘焙, 去除水分的 步骤。 0027 进一步地, 搅拌摩擦加工步骤S6包括混合步骤S61和冷却步骤S62, 在混合步骤S61 中, 制动盘坯体和铝基复合板相互接触的部位充分混合在一起; 在冷却步骤S62中, 形成具 有过渡层的制动盘。 0028 进一步地, 在搅拌摩擦加工步骤S6中, 搅拌摩擦加工的搅拌转速为6001200转/ min, 进给速度为100500mm/min。 0029 进一步地, 在增强颗粒焙烧预处理步骤S3中, 将焙烧预处理的温度在4001000 。 0。

18、030 进一步地, 在机械搅拌步骤S4中, 将电机的转速控制在500600转/min。 0031 进一步地, 在搅拌摩擦加工步骤S6中, 铝基复合板与基体层之间生成过渡层。 0032 进一步地, 复合层的抗拉强度Rm140MPa, 断后伸长率A0.5, 硬度65HBW。 0033 进一步地, 过渡层中具有球状或类球状的硅相。 0034 进一步地, 硅相长度10 m, 所述硅相的球度为20100。 说明书 2/7 页 5 CN 112143921 A 5 0035 应用本发明的技术方案, 得到的有益效果为: 0036 1、 本发明提供的制备方法制备的铝基复合材料制动盘提高铝基复合材料表面陶 瓷颗。

19、粒分数, 增加耐磨性, 相比真空搅拌铸造, 制动盘基体无陶瓷颗粒加入, 可以有效提升 基体的延伸率等综合力学性能, 降低失效风险, 增加制动盘热扩散系数, 能将摩擦层产生的 热量传递出去, 降低制动盘温升。 0037 2、 现有技术中, 真空搅拌铸造制备的铝基复合材料制动盘, 整体采用同一种陶瓷 颗粒增强铝基复合材料, 在制备过程中, 陶瓷颗粒在铝基复合材料内部容易产生偏析缺陷, 从而导致制动盘的力学性能不佳; 相对于上述现有技术, 本发明提供的制备方法制备的铝 基复合材料制动盘陶瓷颗粒相较于其分布更加均匀, 所制得的铝基复合材料制动盘具有良 好的耐磨性和韧性。 0038 3、 现有技术中, 。

20、真空搅拌铸造制备的铝基复合材料制动盘中, 陶瓷颗粒的加入量 受到一定限制, 这是因为陶瓷颗粒的加入会提高耐磨性但同时会降低韧性。 因此, 现有技术 制备的铝基复合材料制动盘中陶瓷颗粒加入量约为20, 以保证其具有耐磨性的同时韧性 不会过低。 相对于现有技术, 本发明制得的铝基复合材料制动盘内部组织更加均匀, 在陶瓷 颗粒加入量超过20时, 所增加的陶瓷颗粒存在于过渡层附近, 而就制动盘整体而言, 仍能 具有良好的韧性, 同时能够提高耐磨性, 铝基复合材料制动盘的整体力学性能更好。 0039 4、 相对于现有真空搅拌铸造方法容易产生气孔、 夹杂等缺陷, 本发明提供的制备 方法制备的铝基复合材料制。

21、动盘组织更加均匀, 缺陷较少, 不存在气孔和夹杂等缺陷, 从而 相对于现有技术的铝基复合材料制动盘具有更优的力学性能。 0040 5、 相对于现有技术, 未采用价格昂贵的真空搅拌铸造设备, 大大降低生产成本。 0041 6、 现有技术中, 真空搅拌铸造工艺需在高温下进行, 操作人员在操作时可能存在 操作安全性风险, 而本发明的搅拌摩擦加工工艺在非高温下进行, 在简化工艺的同时保证 了工艺操作的安全性。 0042 7、 本发明的制备方法中, 制备的铝基复合板材专门用于刹车制动盘的制备, 相对 于现有技术中, 本发明对增强颗粒的尺寸进行了筛选, 且增强颗粒呈正态分布, 大颗粒有利 于提升刹车制动盘。

22、的制动性能; 小颗粒可以提高制动盘的耐磨性能, 从而提高刹车制动盘 的整体力学性能。 0043 8、 本发明的制备方法中, 在制备铝基复合板材过程中, 采用焙烧预处理对增强颗 粒进行处理, 可形成一层SiO2氧化膜, 以增加增强颗粒与铝基复合材料之间的润湿性, 提高 复合材料的性能, 从而满足该铝基复合层板材用于刹车制动盘的要求。 附图说明 0044 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解, 本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明, 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中: 0045 图1示出了本发明的工艺路线的示意图; 0046 图2示出了本发明的复合层、 过渡层和。

23、基体层结构的示意图; 0047 图3示出了本发明的复合层、 过渡层和基体层截面图的示意图; 0048 图4示出了未进行搅拌摩擦加工的铝基复材制动盘的金相组织图; 0049 图5示出了未进行搅拌摩擦加工的铝基复材制动盘的金相组织图。 说明书 3/7 页 6 CN 112143921 A 6 具体实施方式 0050 需要说明的是, 在不冲突的情况下, 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 0051 以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述, 这些实施例不能理解为限制本 申请所要求保护的范围。 0052 请参阅图1, 本发明的用于制备铝基复。

24、合材料制动盘的制备方法, 是按照以下步骤 实现的: 0053 S1: 准备铝料的步骤。 采用铝基复合材料作为原材料。 本实施例中, 铝基复合材料 是指在铝铜或铝硅或铝镁合金中添加SiC或TiN或BN等陶瓷颗粒的铝基复合材料。 首先准备 铝料。 0054 X1: 变质剂和细化剂称取的步骤。 按照铝料的重量比称取变质剂和细化剂的质量。 0055 X2: 烘烤的步骤。 将称取好的铝料、 变质剂和细化剂放入烘箱中烘烤, 以去除水分。 0056 Z1: 增强颗粒筛选的步骤。 将增强颗粒过筛, 除去团聚的颗粒团及其它杂质, 筛选 出SiC颗粒粒度大小为1040 m, 正态分布值为1030 m内呈正态分布的。

25、增强颗粒。 0057 Z2: 将增强颗粒进行焙烧预处理的步骤。 将过筛后的增强颗粒放置入烘箱中进行 焙烧预处理, 温度在300400, 以除去表面杂质和吸附水分。 同时使SiC颗粒表面形成一 层SiO2氧化膜, 提高SiC颗粒与铝基体的接触润湿性。 0058 S2: 铝料融化的步骤。 将烘烤后的铝料在真空环境下加热, 至700800, 使铝 液完全融化。 0059 X2: 将变质剂和细化剂加入铝液的步骤。 待铝料在高温下全部融化后, 将烘烤后除 去水分的变质剂和细化剂以及合金化材料加入完全融化的铝液中。 0060 S3: 加入合金化材料、 变质剂和细化剂的完全融化的铝液形成逐渐形成熔体。 在加。

26、 入合金化材料、 变质剂和细化剂的同时对铝液通入氩气除气精炼, 除去熔体内的水汽及夹 杂, 使熔体得到有效的净化, 除气精炼时间为15-30分钟。 0061 S4: 除气完成, 开始对熔体进行机械搅拌, 电机的转速在500-600转每分。 0062 S5: 加入增强颗粒的步骤。 在对熔体进行机械搅拌的同时, 向熔体内匀速加入经过 预处理的SiC颗粒, SiC颗粒的加入速度为2-5g/s, 待SiC粉末的完全加入后将电机的转速调 整至800转/min, 将熔体内SiC颗粒进行搅拌均匀化。 0063 S6: 待SiC颗粒充分散开, 在熔体内呈弥散均匀分布时, 将熔体的温度控制700-720 , 在。

27、真空的条件下轧制成板材, 从而制得具有SiC颗粒增强的铝基复合材料板材。 本发明 所制得的铝基复合层板材的性能如下: Rm200MPa, 延伸率0.5, 硬度80HB。 0064 S7: 将铝基复合板和预先制备好的制动盘坯体进行搅拌摩擦加工的步骤, 将铝基 复合板与制动盘坯体结合在一起。 在制动盘坯体和铝基复合板的复合结构表面进行搅拌摩 擦加工, 该表面是指铝基复合板的上表面, 而不是与制动盘坯体接触的下表面。 搅拌摩擦加 工具体包括两部分, 混合步骤S71及混合步骤之后的冷却步骤S72。 0065 混合步骤S71是指使制动盘坯体和铝基复合板相互接触的部位混合的步骤, 冷却 步骤S72是指制动。

28、盘坯体和铝基复合板相互接触的部位混合后, 进行冷却的步骤, 在冷却步 骤过程中, 制动盘坯体和铝基复合板之间形成过渡层, 获得具有过渡层的铝基复合材料制 动盘, 过渡层由混合的部分形成。 说明书 4/7 页 7 CN 112143921 A 7 0066 搅拌摩擦加工过程中, 搅拌摩擦加工的搅拌转速为600-1200转/min, 进给速度为 100-500mm/min。 搅拌摩擦加工工具包括搅拌头, 利用搅拌头进行高速旋转将铝基复合板表 面加热至塑性状态, 并将小孔内的SiC颗粒挤压带入铝基复合板内部。 同时, 铝基复合板和 制动盘坯体之间在搅拌摩擦加工过程中生成过渡层, 可以将制动盘坯体和铝。

29、基复合板结合 在一起。 这种结合方式为冶金结合方式。 在搅拌摩擦加工过程中, 制动盘坯体和铝基复合板 接触面附近的原有枝晶被打碎, 得到晶粒尺寸更细小更均匀的组织。 因此, 制动盘坯体和铝 基复合板之间的结合力得到加强。 0067 S8: 将步骤S7制得的制动盘表面的坯缝加工去除, 完成制动盘基准面的加工。 0068 本发明的预先制备好的制动盘坯体的制备步骤为: 0069 采用铝硅合金或铝硅铜合金作为基体合金, 通过铸造成型工艺形成制动盘坯体的 步骤。 首先, 采用铝硅合金或铝硅铜合金或含有少量陶瓷颗粒的铝硅(铜)合金作为基体合 金形成铝锭, 根据铝锭的重量计算称取铝锶合金变质剂和铝钛硼细化剂。

30、。 随后, 将铝锭、 铝 锶合金变质剂、 铝钛硼细化剂放入烘箱中进行烘烤, 以去除水分。 将烘干后的铝锭加热至 700800, 待铝锭完全融化时, 向铝锭中加入铝锶合金变质剂、 精炼剂和铝钛硼细化剂, 同时对融化的铝液通入氩气以进行除气处理, 除气时间为3050分钟。 将铝液的温度控制 在700720, 使用专用的制动盘金属型模具, 采用低压浇注进行制动盘坯体的浇注, 浇注 过程包括升液、 充型、 结壳、 保压和卸压。 最后开模, 取出铝合金制动盘坯体铸件。 按照制动 盘盘面轮廓尺寸将基体层进行初加工, 制得制动盘坯体。 0070 制动盘的主体部分为制动盘坯体, 对强度要求较高。 该方法制备的。

31、制动盘坯体通 过在铝液中加入细化剂、 精炼剂和变质剂使形成的铝锭组织更加均匀, 有足够的强度, 可以 减少在使用过程中的变形、 裂纹等失效风险。 该方法所制得的制动盘坯体的性能如下: Rm 230MPa, 延伸率2, 硬度90HB。 0071 采用上述方法制备的制动盘, 由两种不同材料的制动盘坯体和铝基复合层板材通 过搅拌摩擦加工制备而成。 搅拌摩擦加工可以改善本发明所制备的铝基复合层板材内部的 气孔、 夹渣等缺陷, 可以提高铝基复合层板材的力学性能, 从而提高制动盘的整体力学性 能。 0072 其中, 制动盘坯体是铝硅合金或铝硅铜合金, 主要起承载作用。 铝硅合金或铝硅铜 合金可以为亚共晶合。

32、金或共晶合金或过共晶合金。 还可以在制动盘坯体中加入少量陶瓷颗 粒, 提高其力学性能、 抗冲击性能和耐高温性能。 铝基复合层板材是含有陶瓷颗粒的铝基复 合材料, 因其具有良好的摩擦磨损性能, 起到提供摩擦制动力的作用。 铝基复合材料是指在 铝铜或铝硅或铝镁合金中添加SiC或TiN或BN等陶瓷颗粒的铝基复合材料。 优选地, 在铝基 复合材料中添加銥、 锆、 镧、 铈任一种或多种合金元素制备铝基复合板, 可以提高铝基复合 板的性能。 铝基复合板的厚度为310mm。 0073 通过搅拌摩擦加工, 制动盘中铝基复合层板材与制动盘坯体的接触部分形成过渡 层。 宏观上, 过渡层由铝基复合板和制动盘坯体组成。

33、。 在铝基复合材料制动盘的横截面界面 图中, 如图2和图3所示, 过渡层包括强化结构, 可以增加铝基复合板与制动盘坯体之间的结 合力。 强化结构指搅拌摩擦加工后, 铝基复合材料与制动盘坯体相互进入的边界面, 在图2 和图3中, 为两种材料的边界线。 其中, 图2是利用上述方法所制备的复合层、 过渡层和基体 层结构的示意图; 图3是利用本发明制备的复合层、 过渡层和基体层截面图的示意图。 这种 说明书 5/7 页 8 CN 112143921 A 8 强化结构为非平面结构。 这种非平面结构为不规则形状结构。 优选地, 这种不规则形状结构 为锯齿和/或倒梯形和/或正梯形结构。 强化结构实现制动盘强。

34、化坯体和铝基复合板之间的 成份过渡。 强化结构包括第一加强部分和第二加强部分两部分。 第一加强部分是指向铝基 复合板深入的结构, 如图2中显示, 呈现类凸形形状。 从制动盘坯体到第一加强部分, 制动盘 坯体材料成份及SiC颗粒呈梯度增加。 从第一加强部分到铝基复合板, 铝基复合板材料成份 及SiC颗粒呈梯度增加。 第二加强部分是指向制动盘坯体深入的结构, 如图2中显示, 呈现类 凹形形状。 从铝基复合板到第二加强结构, 铝基复合材料成份及SiC颗粒呈梯度减小。 从第 二加强部分到制动盘坯体, 制动盘坯体材料成份呈梯度增加、 SiC颗粒呈梯度减小。 第一加 强结构的顶点与第二加强结构的顶点之间的。

35、距离为过渡层的厚度。 过渡层厚度为15mm。 过渡层的延伸率为A1。 从微观结构来看, 过渡层的微观晶体尺寸比制动盘坯体和铝基 复合板的微观晶体颗粒尺寸小。 过渡层的微观晶体颗粒长度10 m。 0074 通过对比图4和图5可知, 未进行搅拌铸造的复合材料制动盘的金相组织颗粒较 大, 如图5; 通过搅拌铸造加工的复合材料制动盘的金相组织颗粒更小。 0075 从以上的描述中, 可以看出, 本发明上述的实施例实现了如下技术效果: 0076 1、 本发明提供的制备方法制备的铝基复合材料制动盘提高铝基复合材料表面陶 瓷颗粒分数, 增加耐磨性, 相比真空搅拌铸造, 制动盘基体无陶瓷颗粒加入, 可以有效提升。

36、 基体的延伸率等综合力学性能, 降低失效风险, 增加制动盘热扩散系数, 能将摩擦层产生的 热量传递出去, 降低制动盘温升。 0077 2、 现有技术中, 真空搅拌铸造制备的铝基复合材料制动盘, 整体采用同一种陶瓷 颗粒增强铝基复合材料, 在制备过程中, 陶瓷颗粒在铝基复合材料内部容易产生偏析缺陷, 从而导致制动盘的力学性能不佳; 相对于上述现有技术, 本发明提供的制备方法制备的铝 基复合材料制动盘陶瓷颗粒相较于其分布更加均匀, 所制得的铝基复合材料制动盘具有良 好的耐磨性和韧性。 0078 3、 现有技术中, 真空搅拌铸造制备的铝基复合材料制动盘中, 陶瓷颗粒的加入量 受到一定限制, 这是因为。

37、陶瓷颗粒的加入会提高耐磨性但同时会降低韧性。 因此, 现有技术 制备的铝基复合材料制动盘中陶瓷颗粒加入量约为20, 以保证其具有耐磨性的同时韧性 不会过低。 相对于现有技术, 本发明制得的铝基复合材料制动盘内部组织更加均匀, 在陶瓷 颗粒加入量超过20时, 所增加的陶瓷颗粒存在于过渡层附近, 而就制动盘整体而言, 仍能 具有良好的韧性, 同时能够提高耐磨性, 铝基复合材料制动盘的整体力学性能更好。 0079 4、 相对于现有真空搅拌铸造方法容易产生气孔、 夹杂等缺陷, 本发明提供的制备 方法制备的铝基复合材料制动盘组织更加均匀, 缺陷较少, 不存在气孔和夹杂等缺陷, 从而 相对于现有技术的铝基。

38、复合材料制动盘具有更优的力学性能。 0080 5、 相对于现有技术, 未采用价格昂贵的真空搅拌铸造设备, 大大降低生产成本。 0081 6、 现有技术中, 真空搅拌铸造工艺需在高温下进行, 操作人员在操作时可能存在 操作安全性风险, 而本发明的搅拌摩擦加工工艺在非高温下进行, 在简化工艺的同时保证 了工艺操作的安全性。 0082 7、 本发明的制备方法中, 制备的铝基复合板材专门用于刹车制动盘的制备, 相对 于现有技术中, 本发明对增强颗粒的尺寸进行了筛选, 且增强颗粒呈正态分布, 大颗粒有利 于提升刹车制动盘的制动性能; 小颗粒可以提高制动盘的耐磨性能, 从而提高刹车制动盘 说明书 6/7 。

39、页 9 CN 112143921 A 9 的整体力学性能。 0083 8、 本发明的制备方法中, 在制备铝基复合板材过程中, 采用焙烧预处理对增强颗 粒进行处理, 可形成一层SiO2氧化膜, 以增加增强颗粒与铝基复合材料之间的润湿性, 提高 复合材料的性能, 从而满足该铝基复合层板材用于刹车制动盘的要求。 0084 以上所述仅为本发明的优选实施例而已, 并不用于限制本发明, 对于本领域的技 术人员来说, 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内, 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等, 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 7/7 页 10 CN 112143921 A 10 图1 说明书附图 1/3 页 11 CN 112143921 A 11 图2 图3 说明书附图 2/3 页 12 CN 112143921 A 12 图4 图5 说明书附图 3/3 页 13 CN 112143921 A 13 。

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内容关键字: 用于 制备 复合材料 制动 方法
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本文标题:用于制备铝基复合材料制动盘的制备方法.pdf
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