碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及刹车盘技术领域，具体涉及一种碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法，其技术方案是：复合材料的原料由硅铝合金、镁合金为基体，通过浸润碳化硅颗粒和氧化锆颗粒增强；碳化硅颗粒浸润前需要进行化学镀铜处理。本发明制备的铝基复合材料重量轻、比强度比刚度高、热膨胀系数低，具有良好的导热性和抗磨耐磨性。

权利要求

1.一种碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料的原料包括基体硅铝镁合金以及增强颗粒；所述的基体硅铝镁合金由三种合金熔炼而成，第一种的化学成分重量百分比为：Si：26-28%，余量为Al；第二种的化学成分重量百分比为Si:8.84%、Mg：0.33%、Fe：0.18%、Mn：0.18%、Ti：0.09%、Zn：0.01%，余量为Al；

第三种化学成分重量百分比为Al：8.8%，Zn：0.86%，Mn：0.25%，Si：0.032%、Cu：0.012%、Ni：0.007%、Fe：0.0020%，余量为Mg；所述的复合材料的制备步骤为：（1）、称取第一种合金9-10kg、第二种合金6.5-7kg以及第三种合金1.1-1.2kg分别加入到电阻炉中预热至

420-425℃；（2）、称取PM磷盐变质剂250-270g和精炼剂110-120g分别加入到电阻炉中预热至180-185℃；所述的精炼剂为六氯乙烷或者无机复合精炼剂，所述无机复合精炼剂由

13-17重量份硝酸钠、14-18重量份氯化钠、24-26重量份硝酸钾、6-7重量份Na2SiF6 、7-12重量份Na3AlF6、4-6重量份氟化钙、6-12重量份石墨以及2-4重量份碳酸钠混合而成；（3）、将预热好的第一种合金和第二种合金混合后开始升温熔炼；（4）、升温至715-720℃时，加入第三种合金；（5）、升温至760-765℃，加入一半预热的精炼剂进行精炼并打渣；（6）、升温至780-790℃，加入预热的PM磷盐变质剂，（8）、升温至830-835℃，加入另一半的预热的精炼剂进行精炼并打渣；（9）、降温至740-750℃，加入提前预热至200-220℃的增强颗粒并搅拌均匀，所述的增强颗粒由3-3.5kg碳化硅颗粒和0.6-0.8kg的氧化锆颗粒混合而成，且所述的碳化硅颗粒的平均粒径为10-15μm，所述的氧化锆颗粒的平均粒径为3-5μm；（10）、降温浇铸得到复合材料，然后在500-510℃固熔处理5-7小时，淬火，然后在170-175℃时效处理4-6小时后得到碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料。

2.根据权利要求1所述的碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳化硅颗粒需要进行化学镀铜预处理，处理步骤为：（1）、将碳化硅颗粒放入电阻炉加热升温至210-220℃，保温1-1.5小时，然后加热升温至420-425℃，保温1小时，继续升温至900-950℃，在无气氛保护下焙烧1小时，然后降温至200-300℃保温2小时，降温至室温；（2）、取上述碳化硅颗粒10重量份，加入到质量分数为6-8%的氢氧化钠溶液中，通过超声波进行清洗10-15分钟，然后进行过滤并干燥碳化硅颗粒；（3）、将10体积份的质量分数为37%的盐酸、10体积份的氢氟酸与100体积份的蒸馏水混合后，将碳化硅颗粒加入其中，通过超声波进行清洗10-15分钟，然后进行过滤并干燥碳化硅颗粒；（4）、将碳化硅颗粒加入到敏化液中，超声波分散10-15分钟，然后磁力搅拌10分钟，然后过滤、水洗、干燥，所述的敏化液按照氯化亚锡4-5g、质量分数37%的盐酸10-12 mL以及蒸馏水150mL的比例混合而制得；（5）、将敏化后的碳化硅加入到活化剂中磁力搅拌25-30分钟，然后过滤、水洗、干燥，所述的活化剂按照PdCl20.025-0.03g、质量分数37%的盐酸8-9mL以及蒸馏水180mL的比例混合而制得；（6）、按照以下配料比例配置化学镀液：称取8-10g五水硫酸铜加水溶解后，然后加入15-18mL质量分数37%的甲醛混合制得溶液A,同时称取8-10g无水碳酸钠加水溶解后，然后加入35-40g酒石酸钾钠并溶解后制得溶液B，将A溶液缓慢加入到B溶液中，并加入蒸馏水稀释至1000mL即得到化学镀液；将活化后的碳化硅加入到化学镀液中，其中碳化硅与化学镀液中Cu元素的质量比为3.5-3.8:1，并加入10%的氢氧化钠溶液调节PH为12.5-13,30-40℃反应30-45分钟后过滤干燥；（7）、将镀铜后的碳化硅在

205-210℃下通入氢气还原1-1.5小时后备用。

3.根据权利要求2所述的碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）镀铜反应中加入稳定剂，所述的稳定剂为a，a′联吡啶、亚铁氰化钾，2，9二甲基邻菲罗林、硫脲、2－巯基苯骈噻唑以及甲醇中的一种或者任意几种的混合。

4.根据权利要求3所述的碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的稳定剂为亚铁氰化钾和甲醇的混合，且保持二者在化学镀液中的含量分别为130mg/L和80mL/L。

说明书

碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方

法

技术领域

[0001] 本发明涉及刹车盘技术领域，具体涉及一种碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 刹车盘是汽车制动系统的重要组成部分，其制动性能的好坏直接关系到车辆的行驶安全。目前广泛使用的铸铁刹车盘因制动摩擦发热而使其表面温度高达６００℃，其工作表面温度很高且温度梯度大，易形成热点而产生热裂，并且铸铁刹车盘的重量重且耐磨性较差。目前行业内尝试用铝合金来代替铸铁材料铸造刹车盘，尽管其重量轻、导热性能好，但其强度和硬度较低，阻碍了其在刹车盘上的应用。

发明内容

[0003] 本发明提供一种碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法，可以解决现有铸铁刹车盘重量重、导热性差、耐磨性差、易热裂等缺陷。

[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：所述复合材料的原料包括基体硅铝镁合金以及增强颗粒；所述的基体硅铝镁合金由三种合金熔炼而成，第一种的化学成分重量百分比为：Si：26-28%，余量为Al；第二种的化学成分重量百分比为Si:8.84%、Mg：0.33%、Fe：0.18%、Mn：0.18%、Ti：0.09%、Zn：0.01%，余量为Al；第三种化学成分重量百分比为Al：
8.8%，Zn：0.86%，Mn：0.25%，Si：0.032%、Cu：0.012%、Ni：0.007%、Fe：0.0020%，余量为Mg；
所述的复合材料的制备步骤为：（1）、称取第一种合金9-10kg、第二种合金6.5-7kg以及第三种合金1.1-1.2kg分别加入到电阻炉中预热至420-425℃；（2）、称取PM磷盐变质剂
250-270g和精炼剂110-120g分别加入到电阻炉中预热至180-185℃；所述的精炼剂为六氯乙烷或者无机复合精炼剂，所述无机复合精炼剂由13-17重量份硝酸钠、14-18重量份氯化钠、24-26重量份硝酸钾、6-7重量份Na2SiF6 、7-12重量份Na3AlF6、4-6重量份氟化钙、6-12重量份石墨以及2-4重量份碳酸钠混合而成；（3）、将预热好的第一种合金和第二种合金混合后开始升温熔炼；（4）、升温至715-720℃时，加入第三种合金；（5）、升温至
760-765℃，加入一半预热的精炼剂进行精炼并打渣；（6）、升温至780-790℃，加入预热的PM磷盐变质剂，（8）、升温至830-835℃，加入另一半的预热的精炼剂进行精炼并打渣；（9）、降温至740-750℃，加入提前预热至200-220℃的增强颗粒并搅拌均匀，所述的增强颗粒由
3-3.5kg碳化硅颗粒和0.6-0.8kg的氧化锆颗粒混合而成，且所述的碳化硅颗粒的平均粒径为10-15μm，所述的氧化锆颗粒的平均粒径为3-5μm；（10）、降温浇筑得到复合材料，然后在500-510℃固熔处理5-7小时，淬火，然后在170-175℃时效处理4-6小时后得到碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料。

[0005] 上述步骤进一步改进为：所述碳化硅颗粒需要进行化学镀铜预处理，处理步骤为：（1）、将碳化硅颗粒放入电阻炉加热升温至210-220℃，保温1-1.5小时，然后加热升温至
420-425℃，保温1小时，继续升温至900-950℃，在无气氛保护下焙烧1小时，然后降温至
200-300℃保温2小时，降温至室温；（2）、取上述碳化硅颗粒10重量份，加入到质量分数为
6-8%的氢氧化钠溶液中，通过超声波进行清洗10-15分钟，然后进行过滤并干燥碳化硅颗粒；（3）、将10体积份的质量分数为37%的盐酸、10体积份的氢氟酸与100体积分的蒸馏水混合后，将碳化硅颗粒加入其中，通过超声波进行清洗10-15分钟，然后进行过滤并干燥碳化硅颗粒；（4）、将碳化硅颗粒加入到敏化液中，超声波分散10-15分钟，然后磁力搅拌10分钟，然后过滤、水洗、干燥，所述的敏化液按照氯化亚锡4-5g、质量分数37%的盐酸10-12 ml以及蒸馏水150ml的比例混合而制得；（5）、将敏化后的碳化硅加入到活化剂中磁力搅拌
25-30分钟，然后过滤、水洗、干燥，所述的活化剂按照PdCl20.025-0.03g、质量分数37%的盐酸8-9ml以及蒸馏水180ml的比例混合而制得；（6）、按照以下配料比例配置化学镀液：
称取8-10g五水硫酸铜加水溶解后，然后加入15-18ml质量分数37%的甲醛混合制得溶液A,同时称取8-10g无水碳酸钠加水溶解后，然后加入35-40g酒石酸甲钠并溶解后制得溶液B，将A溶液缓慢加入到B溶液中，并加入蒸馏水稀释至1000ml即得到化学镀液；将活化后的碳化硅加入到化学镀液中，其中碳化硅与化学镀液中Cu元素的质量比为3.5-3.8:1，并加入10%的氢氧化钠溶液调节PH为12.5-13,30-40℃反应30-45分钟后过滤干燥；（7）、将镀铜后的碳化硅在205-210℃下通入氢气还原1-1.5小时后备用。

[0006] 所述步骤（6）镀铜反应中加入稳定剂，所述的稳定剂为a，a′联吡啶、亚铁氰化钾，2，9二甲基邻菲罗林、硫脲、2－巯基苯骈噻唑以及甲醇中的一种或者任意几种的混合。

[0007] 所述的稳定剂为亚铁氰化钾和甲醇的混合，且保持二者在化学镀液中的含量分别为130mg/L和80ml/l。

[0008] 本发明制备的铝基复合材料重量轻、比强度比刚度高、热膨胀系数低，具有良好的导热性和抗磨耐磨性，并且制备比较容易、成本低而且增强相在基体内弥散分布且具有各向同性，适用于各种复杂应力状态。

具体实施方式

[0009] 以下通过具体实施例对本发明进行详细说明。

[0010] 实施例1

[0011] 一种碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法，复合材料的原料包括基体硅铝镁合金以及增强颗粒；基体硅铝镁合金由三种合金熔炼而成，第一种的化学成分重量百分比为：Si：26-28%，余量为Al；第二种的化学成分重量百分比为Si:8.84%、Mg：0.33%、Fe：0.18%、Mn：0.18%、Ti：0.09%、Zn：0.01%，余量为Al；第三种化学成分重量百分比为Al：8.8%，Zn：0.86%，Mn：0.25%，Si：0.032%、Cu：0.012%、Ni：0.007%、Fe：0.0020%，余量为Mg；复合材料的制备步骤为：（1）、称取第一种合金9-10kg、第二种合金6.5-7kg以及第三种合金1.1-1.2kg分别加入到电阻炉中预热至420-425℃；（2）、称取PM磷盐变质剂250-270g和精炼剂110-120g分别加入到电阻炉中预热至180-185℃；精炼剂可以为六氯乙烷或者无机复合精炼剂，无机复合精炼剂由13-17重量份硝酸钠、14-18重量份氯化钠、
24-26重量份硝酸钾、6-7重量份Na2SiF6 、7-12重量份Na3AlF6、4-6重量份氟化钙、6-12重量份石墨以及2-4重量份碳酸钠混合而成；（3）、将预热好的第一种合金和第二种合金混合后开始升温熔炼；（4）、升温至715-720℃时，加入第三种合金；（5）、升温至760-765℃，加入一半预热的精炼剂进行精炼并打渣；（6）、升温至780-790℃，加入预热的PM磷盐变质剂，（8）、升温至830-835℃，加入另一半的预热的精炼剂进行精炼并打渣；（9）、降温至
740-750℃，加入提前预热至200-220℃的增强颗粒并搅拌均匀，增强颗粒由3-3.5kg碳化硅颗粒和0.6-0.8kg的氧化锆颗粒混合而成，且碳化硅颗粒的平均粒径为10-15μm，所述的氧化锆颗粒的平均粒径为3-5μm；（10）、降温浇筑得到复合材料，然后在500-510℃固熔处理5-7小时，淬火，然后在170-175℃时效处理4-6小时后得到碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料。

[0012] 实施例2

[0013] 一种碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法，在实施例1的基础上，碳化硅颗粒在与氧化锆颗粒混合前需要进行化学镀铜预处理，处理步骤为：（1）、将碳化硅颗粒放入电阻炉加热升温至210-220℃，保温1-1.5小时，然后加热升温至
420-425℃，保温1小时，继续升温至900-950℃，在无气氛保护下焙烧1小时，然后降温至
200-300℃保温2小时，降温至室温；（2）、取上述碳化硅颗粒10重量份，加入到质量分数为
6-8%的氢氧化钠溶液中，通过超声波进行清洗10-15分钟，然后进行过滤并干燥碳化硅颗粒；（3）、将10体积份的质量分数为37%的盐酸、10体积份的氢氟酸与100体积分的蒸馏水混合后，将碳化硅颗粒加入其中，通过超声波进行清洗10-15分钟，然后进行过滤并干燥碳化硅颗粒；（4）、将碳化硅颗粒加入到敏化液中，超声波分散10-15分钟，然后磁力搅拌10分钟，然后过滤、水洗、干燥，所述的敏化液按照氯化亚锡4-5g、质量分数37%的盐酸10-12 ml以及蒸馏水150ml的比例混合而制得；（5）、将敏化后的碳化硅加入到活化剂中磁力搅拌25-30分钟，然后过滤、水洗、干燥，活化剂按照PdCl20.025-0.03g、质量分数37%的盐酸
8-9ml以及蒸馏水180ml的比例混合而制得；（6）、按照以下配料比例配置化学镀液：称取
8-10g五水硫酸铜加水溶解后，然后加入15-18ml质量分数37%的甲醛混合制得溶液A,同时称取8-10g无水碳酸钠加水溶解后，然后加入35-40g酒石酸甲钠并溶解后制得溶液B，将A溶液缓慢加入到B溶液中，并加入蒸馏水稀释至1000ml即得到化学镀液；将活化后的碳化硅加入到化学镀液中，其中碳化硅与化学镀液中Cu元素的质量比为3.5-3.8:1，并加入10%的氢氧化钠溶液调节PH为12.5-13,30-40℃反应30-45分钟后过滤干燥；（7）、将镀铜后的碳化硅在205-210℃下通入氢气还原1-1.5小时后备用。

[0014] 实施例3

[0015] 一种碳化硅-氧化锆颗粒增强的刹车盘铝基复合材料的制备方法，在实施例2的基础上，化学镀铜预处理步骤（6）中镀铜反应中加入稳定剂，所述的稳定剂为a，a′联吡啶、亚铁氰化钾，2，9二甲基邻菲罗林、硫脲、2－巯基苯骈噻唑以及甲醇中的一种或者任意几种的混合，比如稳定剂为亚铁氰化钾和甲醇的混合，且保持二者在化学镀液中的含量分别为130mg/L和80ml/l。

[0016] 镀铜处理后碳化硅表面为均匀的黄红色 (铜膜)，经扫描电镜观察碳化硅颗粒的大小以及形状较为均匀；从电子显微镜观察处理前碳化硅颗粒表面光滑，而处理后大部分碳化硅表面有细小的颗粒分布，通过能谱分析，细小颗粒覆盖的区域，铜元素含量丰度较大，从而使得碳化硅颗粒与基体合金之间的浸润性得到改善，改善增强体与机体之间的结合强度。

[0017] 将实施例1-3制备的复合材料取样，经金相显微组织照片观察，SiC颗粒均匀地分