CN106244955B - 汽车制动盘贴片用氧化铝短纤维增强镍基复合材料及其制备方法 - Google Patents

汽车制动盘贴片用氧化铝短纤维增强镍基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

汽车制动盘贴片用氧化铝短纤维增强镍基复合材料及其制备方法。采用了粉末冶金法，依次包括备料步骤，氧化铝短纤维的预处理步骤，镍粉预处理步骤、混料步骤，粉末压制步骤，以及坯体烧结步骤。所述的备料步骤，将原料按照如下重量百分比备料设计：氧化铝短纤维：10‑20％；其余为镍粉。本发明采用粉末冶金的方法制备出力学性能更为优良，耐磨性、耐热腐蚀性更好的复合材料。用这种材料制得的汽车制动盘贴片耐磨耐热性能好、变形小、表面平整度高。并且这种材料用在铝基复合材料制动盘上可以克服铝基热变形大等缺点，为解决轻量化电动汽车的制动盘材料耐热磨损性能差提供了新的思路。

Description

汽车制动盘贴片用氧化铝短纤维增强镍基复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种氧化铝短纤维增强镍基复合材料及其制备方法，具体涉及一种汽车制动盘贴片用氧化铝短纤维增强镍基复合材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车轻量化的发展，制动盘铸铁材料也被铝合金、镁合金等轻型合金材料所取代。但是在实际的制动过程过，这些轻型合金材料热变形严重，因此发明一种可以保护这些轻型合金结构的耐磨、耐腐蚀、耐高温的材料显得愈来愈重要。
经对现有技术检索，尚无公开过采用氧化铝短纤维增加的镍基复合材料等相关的文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，制备出一种新型氧化铝短纤维增强镍基复合材料，由于汽车轻量化的发展，而传统铸铁制动盘密度高，质量大，因此大多电动车使用铝基复合材料制动盘，但是由于铝基耐热性能差，在摩擦过程中由于温度的快速升高，热变形严重，因此必须设计优化制动盘结构。本发明的氧化铝短纤维增强的镍基复合材料耐热性能好，耐磨性能好，耐腐蚀性能好，表面光洁平整，用这种材料制得的汽车制动盘贴片既为铝基等轻型材料应用于制动盘提供了实际机会，又克服了铝基合金高温热变形严重的缺点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案：
一种氧化铝短纤维增强镍基复合材料的制备方法，采用了粉末冶金法，其特征在于，依次包括备料步骤，氧化铝短纤维的预处理步骤，镍粉预处理步骤、混料步骤，粉末压制步骤，以及坯体烧结步骤；
所述的备料步骤，将原料按照如下重量百分比备料设计：
氧化铝短纤维10-20％；
余量为Ni；
其中氧化铝短纤维的纯度为95％,Ni粉纯度为99.95％；
所述的氧化铝短纤维的预处理步骤，依次又包括对氧化铝短纤维进行镀前处理和镀Ni处理两个步骤，
所述镀前处理步骤再依次包括酸性处理、粗化处理和敏化处理三个步骤，具体依次为：
(1)酸性处理：通过稀盐酸进行酸洗；
(2)粗化工艺：用HF+浓H2SO4+CrO3的混合溶液进行粗化处理；
(3)敏化处理：用配方为SnCl2+HCl的混合溶液进行敏化处理；
镀镍处理：常用的镀镍方法有化学镀镍、电镀镍、气相沉积镀镍，皆为成熟方法；
所述的镍粉预处理步骤主要包括退火处理，具体为：
(1)退火处理：使镍粉在真空环境，863K温度下退火1小时；
所述的混粉处理步骤：本发明采用磁力搅拌进行混粉，较V型混料机、球磨等混粉手段，磁力搅拌使氧化铝短纤维分布更加均匀，减小混粉过程中产生的应力作用。主要包括湿混步骤、抽滤步骤、干燥步骤三个步骤，具体如下：
(1)湿混步骤：往甘油和乙醇的混合溶液中加入适量镍粉，再缓慢加入氧化铝短纤维，边加边搅拌。最后放至磁力搅拌器上进行搅拌。
(2)抽滤步骤：用减压抽滤器对混粉后的混合物进行抽滤；
(3)干燥处理：在373K温度下保温2小时，除去多与乙醇和甘油。所述的粉末压制步骤：在压力试验机上对混合的粉末和氧化铝短纤维进行压制，经过压制的坯体其密度增加70％～80％；
所述的坯体烧结步骤：在真空环境下，1173K的温度下烧结2小时；
本发明按以上制备方法获得的氧化铝短纤维增强镍基复合材料；
本发明汽车制动盘用氧化铝短纤维增强镍基复合材料，所述的汽车制动盘主要为制动盘表面贴片、制动盘结构使用此材料。
本发明制备的氧化铝短纤维增强镍基复合材料原理简单，采用氧化铝短纤维克服了氧化铝连续纤维分布不均匀等困难。较氧化铝颗粒，氧化铝短纤维的耐磨性能更好。采用湿混的方法克服了短纤维与粉末之间均匀混合的困难。采用镀镍的方法使氧化铝短纤维与镍基体之间的界面结合能力更稳固。
基于该备料方案本发明采用粉末冶金的方法制备出力学耐热性能更好，耐磨性、耐腐蚀性更好的复合材料。用这种复合材料制作的贴片设置于汽车制动盘上，其表面耐热冲击性大大增强，耐磨性能提高3-5倍，为其它轻质合金在轻量化汽车领域的应用提供了基础。
耐热性能好、耐磨性以及耐腐蚀性能的提高主要是与材料有关。镍基体具有良好耐高温氧化能力，耐腐蚀能力。氧化铝短纤维具有超强的耐磨性，短纤维表面的镀镍处理使氧化铝短纤维与镍基体结合的更加稳固，更易成型，可以有效的改变该材料整体的力学性能。
本发明中的氧化铝短纤维增强镍基复合材料具有耐热性能好，耐磨性能以及耐腐蚀性能好等诸多优点。较使用氧化铝连续纤维或者氧化铝颗粒增强的镍基复合材料，本发明短纤维在镍基体面内均匀分布，性能分散性好。本发明较小质量的氧化铝短纤维增强镍基复合材料的性能要以往比较多质量的氧化铝颗粒增强的镍基复合材料性能好，因此更易成型。
较传统金属材料，该氧化铝短纤维增强的镍基复合材料具有更高的抗热冲击性能、更好的耐磨性能及耐腐蚀性能。克服了传统铸铁材料的热变形大、耐腐蚀性能差等缺点，因此该氧化铝短纤维增强镍基复合更适合用于汽车制动盘以及新型轻量化汽车制动盘贴片结构。
图1为制备工艺流程图
图2为本发明应用结构示意图
具体实施方式
以下结合实施例对本发明技术方案做进一步说明。
实施例1
本实施例的氧化铝短纤维增强镍基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料步骤：将原料按照如下重量百分比备料设计：
氧化铝短纤维：10％；
(来自于市售，产品制造商：浙江欧诗漫晶体纤维有限公司，物理特征：白色绵状，纯度为95％)；
余量为Ni：90％；
(2)氧化铝短纤维的预处理：把从市场上买回来的F-1600A氧化铝短纤维至入10％浓度的稀盐酸中浸泡10分钟进行酸洗。随后用配方为HF(40％)100ml/L+浓H2SO4 100ml/L+CrO3 49g/L的溶液进行粗化处理15分钟。最后用配方为SnCl2 20g/L+HCl(36％)80ml/L进行敏化处理，时间为15分钟。
(3)氧化铝短纤维化学镀铜：NiSO4·6H2O 100g/L+酒石酸钾钠80g/L+NH4Cl 50g/L+次磷酸钠60g/L混合溶液中加入体积比为50：1氧化铝短纤维，用NH4Cl将溶液的pH调为9，在温度为363K的温度下进行镀镍处理。
(4)镍粉预处理：使镍粉在真空环境，863K温度下退火1小时；
(5)混粉处理：往体积分数比为1：1的甘油和乙醇100ml的混合溶液中加入适量镍粉，再缓慢加入氧化铝短纤维，边加边搅拌。最后放至转速为400r/min的磁力搅拌器上搅拌12小时；随后用减压抽滤器对混粉后的混合物进行抽滤；最后将抽滤过后的混合粉体在373K温度下保温2小时，除去多与乙醇和甘油。
(6)粉体压制处理：将混合均匀的粉体填入模具中，并施加600MPa的压力，保压5分钟。
(7)坯体烧结处理：将经过压制的坯体在温度为1173K的真空条件下进行烧结，烧结时间为2小时。
(8)后续热处理：为提高复合材料的综合力学性能，将制得的氧化铝短纤维增强镍基复合材料进行热处理，合适的热处理工艺为：1023K退火处理2h，随后在773K温度下去应力处理1分钟，最后在573K温度下均匀应力处理1h。
最终获得的氧化铝短纤维增强镍基复合材料如图2所示，编号1为原始制动盘，编号2为使用本发明材料制成的贴片。在对磨材料为35CrMoA时，该氧化铝短纤维增强镍基复合材料的抗拉强度为1175MPa，硬度为265HV，摩损率为1.1×10-6g/m。氧化铝短纤维的添加，有利于增加该材料的综合力学性能，易成型，易加工。
实施例2
氧化铝短纤维20％
余量为Ni：80％
采用实施例1一样的制备方法，本实施例获得的复合的氧化铝短纤维增强镍基复合材料的抗拉强度为1165MPa，硬度为300HV，摩损率为0.9×10-6g/m。
对比实施例
本实施例作为对照例，添加氧化铝颗粒增强的镍基复合材料，其重量百分比的组成：
氧化铝颗粒10％
余量为Ni：90％
这种成分复合的镍基复合材料的抗拉强度为1025MPa，硬度为235HV，摩损率为1.5×10-6g/m。氧化铝颗粒与镍基体的界面连接很薄弱，在高温摩擦过程容易脱落，甚至嵌入基体造成基体损伤。

Claims (2)

1.一种氧化铝短纤维增强镍基复合材料的制备方法，采用了粉末冶金法，其特征在于，依次包括备料步骤，氧化铝短纤维的预处理步骤，镍粉预处理步骤、混料步骤，粉末压制步骤，以及坯体烧结步骤；
所述的备料步骤，将原料按照如下重量百分比备料设计：
氧化铝短纤维10-20％
余量为Ni；
其中氧化铝短纤维的纯度为95％,Ni粉纯度为99.95％；
所述的氧化铝短纤维的预处理步骤，依次又包括对氧化铝短纤维进行镀前处理和镀Ni处理两个步骤，
所述镀前处理步骤再依次包括酸性处理、粗化处理和敏化处理三个步骤，具体依次为：
(211)酸性处理：通过稀盐酸进行酸洗；
(212)粗化处理：用HF+浓H2SO4+CrO3的混合溶液进行粗化处理；
(213)敏化处理：用配方为SnCl2+HCl的混合溶液进行敏化处理；
镀镍处理：镀镍方法为化学镀镍、电镀镍、气相沉积镀镍；
所述的镍粉预处理步骤包括退火处理，具体为：使镍粉在真空环境，863K温度下退火1小时；
所述的混料步骤：采用磁力搅拌进行混粉，包括湿混步骤、抽滤步骤、干燥步骤三个步骤，具体如下：
(41)湿混步骤：往甘油和乙醇的混合溶液中加入适量镍粉，再缓慢加入氧化铝短纤维，边加边搅拌；最后放至磁力搅拌器上进行搅拌；
(42)抽滤步骤：用减压抽滤器对混粉后的混合物进行抽滤；
(43)干燥处理：在373K温度下保温2小时，除去多余乙醇和甘油；
所述的粉末压制步骤：在压力试验机上对混合的粉末和氧化铝短纤维进行压制，经过压制的坯体其密度增加70％～80％；
所述的坯体烧结步骤：在真空环境下，1173K的温度下烧结2小时。
2.一种通过权利要求1所述制备方法获得的氧化铝短纤维增强镍基复合材料。
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