一種用于制備汽車制動盤的鋁基復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬基復合材料領域，尤其涉及一種用于制備汽車制動盤的鋁基復合材料。
技術背景
[0002]目前常規的汽車制動盤材料是包含3?4%片狀石墨的鑄鐵材料，其密度約為7.3g*CnT3。隨著石油危機的加劇和汽車燃油消耗的增加，迫切需要減輕制動盤質量。近年來，行業內嘗試采用鋁合金來代替鑄鐵材料鑄造汽車制動盤，盡管其重量輕、導熱性能好，但其強度和硬度較低，一定程度上阻礙了鋁合金在汽車制動盤領域的應用。
[0003]碳化硅纖維是近年來備受關注的高性能陶瓷纖維，其不僅密度小、比強度大、比模量高、線膨脹系數小，而且還具有優異的耐高溫氧化性能，與金屬、陶瓷、聚合物都有很好的復合相容性，是高性能復合材料的理想增強纖維。因此，采用碳化硅纖維增強鋁金屬基復合材料，可以實現高強度、高硬度、高導熱性及低質量的較好平衡，使其成為替代鑄鐵材料的最有力競爭者。
[0004]研宄發現:碳化硅纖維比表面積大，極易團聚，如果未經表面改性處理而直接添加，則會因相互團聚而大大降低其性能優勢。為了更好地發揮碳化硅纖維的性能，需要對其進行改性處理。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種用于制備汽車制動盤的鋁基復合材料。通過解團聚處理，增大碳化硅纖維的分散性，同時增強其與金屬基體的相容性，從而制備出一種兼具高強度、高硬度、高導熱性及低質量的改性碳化硅纖維增強鋁金屬基復合材料。同時，將改性碳化硅纖維增強鋁金屬基復合材料運用制造汽車制動盤，解決汽車制動盤的輕型化問題。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]一種用于制備汽車制動盤的鋁基復合材料，其各組分按體積分數計為，18?22%的碳化硅纖維，78?82%鋁合金，采用表面活性劑對碳化硅纖維進行解團聚處理，表面活性劑與碳化硅纖維的質量比為5:1?8:1 ;所述碳化硅纖維的當量直徑為20?30 μ m，拉伸強度為0.8-2.4GPa ;所述鋁合金中各組分按質量百分數計為:硅11?13%，釩0.8?1.5%，銅 0.5 ?1.5%，鎂 0.8 ?1.3%，鐵 0.7%，鈦 0.2%，錳 0.2%，鈦 0.2%，其余是鋁。
[0008]進一步的，所述表面活性劑為陰離子表面活性劑或非離子型表面活性劑。
[0009]進一步的，所述陰離子型表面活性劑優選六偏磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉、木質素磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種的復配。
[0010]進一步的，所述非離子表面活性劑優選聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、Tween20、Span80中的一種或多種的復配。
[0011]進一步的，所述用于制備汽車制動盤的鋁基復合材料，其各組分按體積分數計為，18?20%的碳化硅纖維，80?82%的鋁合金。
[0012]進一步的，所述用于制備汽車制動盤的鋁基復合材料，其各組分按體積分數計為，20 %的碳化硅纖維，80 %的鋁合金。
[0013]同時，提供一種采用上述鋁基復合材料制備的汽車制動盤，所述汽車制動盤的密度為2.60?2.78g.cnT3，摩擦系數為0.38?0.46。
[0014]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0015](I)通過采用特定表面活性劑，增大了碳化硅纖維的分散性，同時增強其與金屬基體的相容性，制備出兼具高強度、高硬度、高導熱性及低質量的改性碳化硅纖維增強鋁基復合材料。
[0016](2)采用該鋁基復合材料制備的汽車制動盤，其密度為2.60?2.78g.cm_3，質量較同體積鑄鐵制動盤減少30%，實現了汽車剎車盤輕量化的目標；按國際自動機工程師協會(Society of Automotive Engineers，SAE) J661a標準測試，其摩擦系數為 0.38 ?0.46，磨損與采用鑄鐵制動盤時相當。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。
[0018]實施例1
[0019](I)制備銷基復合材料:
[0020]將當量直徑為28 μm，拉伸強度為2.0GPa的碳化硅纖維加入陰離子表面活性劑中(所述陰離子型表面活性劑優選六偏磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉、木質素磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種的復配)，碳化硅纖維與陰離子表面活性劑的質量比為5: 1，超聲分散1.5?3小時后，用乙醇離心清洗，得到改性后的碳化硅纖維。將鋁合金放入坩禍加熱到高于它的液相線溫度100°C以上，將改性后的碳化硅纖維預熱到500°C。熔化的鋁合金和預熱的碳化硅纖維在真空條件下攪拌混合，室溫冷卻，制備得到改性碳化硅纖維增強鋁金屬基復合材料。所述改性碳化硅纖維增強鋁金屬基復合材料由體積分數為18%的碳化硅纖維及82 %的鋁合金組成，鋁合金中各組分按質量分數計為硅11 %，釩0.8 %，銅0.5 %，鎂
1.3%，鐵 0.7%，鈦 0.2%，錳 0.2%，鈦 0.2%，其余是鋁。
[0021](2)制備汽車剎車盤:
[0022]將上述改性碳化硅纖維增強鋁金屬基復合材料熔融后，倒入預先確定的鑄鐵模里，通過擠壓鑄造制成一個Chase機的新制動鼓。機械加工去除毛刺，熱處理，制動鼓的摩擦面用1000目砂紙拋光，表面用丙酮擦洗，自然干燥，測試密度為2.78g.cm—3。制動鼓安裝到Chase機上后，用一個剎車片材料的標準件以6.1m.s_l速度，446N載荷和低于93°C溫度進行預摩，以達到一個穩定的摩擦系數。采用常規方法加工剎車片材料，按SAE J661a標準測試，它的摩擦系數為0.35。
[0023]實施例2
[0024](I)制備銷基復合材料:
[0025]將當量直徑為20 μπι，拉伸強度為2.4GPa的碳化硅纖維加入非離子表面活性劑(所述非離子表面活性劑優選聚乙二醇、聚乙稀醇、聚乙稀卩比略燒酮、Tween20、Span80中的一種或多種的復配)中，碳化硅纖維與非離子表面活性劑的質量比為8: 1，超聲分散2?5小時后，用乙醇離心清洗，得到改性后的碳化硅纖維。將鋁合金放入坩禍加熱到高于它的液相線溫度100°c以上，將改性后的碳化硅纖維預熱到500°C。熔化的鋁合金和預熱的碳化硅纖維在真空條件下攪拌混合，室溫冷卻，形成改性碳化硅纖維增強鋁基復合材料。所述改性碳化硅纖維增強鋁金屬基復合材料由體積分數為22%的碳化硅纖維及78%的鋁合金組成，鋁合金中各組分按質量分數計為硅13%，釩1.5%，銅1.5%，鎂0.8%，鐵0.7%，鈦0.2%，錳0.2%，鈦0.2%，其余是鋁。
[0026](2)制備汽車剎車盤:
[0027]將上述改性碳化硅纖維增強鋁金屬基復合材料熔融后，倒入預先確定的鑄鐵模里，通過擠壓鑄造制成一個Chase機的新制動鼓。機械加工去除毛刺，熱處理，制動鼓的摩擦面用1000目砂紙拋光，表面用丙酮擦洗，自然干燥，測試密度為2.70g.cm—3。制動鼓安裝到Chase機上后，用一個剎車片材料的標準件以6.1m.s—1速度，446N載荷和低于93°C溫度進行預摩，以達到一個穩定的摩擦系數。采用常規方法加工剎車片材料，按SAE J661a標準測試，它的摩擦系數為0.38。
[0028]實施例3
[0029](I)制備銷基復合材料:
[0030]將當量直徑為30