本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种酚醛和丁腈橡胶增强铝基复合材料。
背景技术：
高速安全、轻量化低能耗是现代汽车工业发展的趋势，采用铝基复合材料制备质量轻、耐磨、高导热汽车零部件已有大量研究和应用，其中铝基复合材料制动盘制动时摩擦因数稳定、磨耗低、噪音小，具有良好的应用前景。
树脂基复合材料适合用于铝基制动盘摩擦副，丁腈橡胶改性酚醛树脂基摩擦材料是一种应用非常广泛的材料增强体系，通过合适的基体配比或配方可以针对汽车用铝基制动盘开发出符合要求的材料，即能够获得综合性能优良的铝基制动盘闸片配方。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善铝基复合材料的耐磨性，设计了一种酚醛和丁腈橡胶增强铝基复合材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
酚醛和丁腈橡胶增强铝基复合材料的制备原料包括：树脂基摩擦材料基体：丁腈橡胶（兰州石化研究院），粒度为-60目；腰果壳油改性酚醛树脂（济南圣泉-海沃斯公司），粒度为-200目。增强纤维：钢纤维（南阳军龙公司），DF00-3.5型，粒度为-80目；硅灰棉（黄石鑫溢矿产有限公司），长径比大于18。填料：重晶石（市售）粒度为-325目；铬铁矿（市售）粒度为-325目；氧化铁（市售）粒度为-325目。润滑剂：石墨粉（青岛恒利得石墨有限公司），粒度为-325目。SiCp增强铝基复合材料对偶基体成分为Al-20Si-1Mg-2Cu-0.5Mn，SiC 增强颗粒体积分数为15%，平均粒径为14μm。
酚醛和丁腈橡胶增强铝基复合材料的制备步骤为：摩擦材料试样采用二次压制工艺制备：将原料按照配比称量，在高速混料机中混合均匀，在90℃下预热10min，并在热辊机上预压成2-4 mm厚的薄片，预压温度为130℃。待预压薄片冷却后，破碎成小块进行热模压，热模压温度为180℃，压制压力为22.5MPa，保压时间为60s/mm。将热模压后的试样进行100℃×1h+120℃×2h+200℃×10h热处理，待用。
酚醛和丁腈橡胶增强铝基复合材料的检测步骤为：摩擦磨损试验在MMl000惯性制动试验机上进行，转动惯量为0.45kg·m2。为减小初始表面粗糙度的影响，试验前将摩擦材料试样及铝基复合材料对偶环依次用240、380、600、1200号水磨金相砂纸打磨，随后上机磨合至表观接触面积达到90%以上。试验采用制动压力分别为0.36MPa和0.5MPa,制动初速度分别为3000r/min、4000r/min、5000r/min，每次制动后将试样冷却至室温，进行下一次制动。采用JW-2A型扭矩仪测量制动扭矩。通过扭矩仪测量转动时间内的所有扭矩，并释放到计算机中，绘制扭矩随时间变化的曲线，用来描述摩擦因数的稳定性。摩擦材料试样的磨损量用厚度减小量表示，在摩擦材料试样表面取互呈120。的3个点，用千分尺测量制动试验前、后厚度，3 点厚度差的平均值即为摩擦材料磨耗量。采用JSM-6700F场发射扫描电镜对试样磨损表面形貌进行SEM分析。
本发明的有益效果是：
丁腈橡胶改性酚醛树脂基摩擦材料是一种应用非常广泛的材料增强体系，通过合适的基体配比或配方可以针对汽车用铝基制动盘开发出符合要求的材料。酚醛树脂与丁腈橡胶配比为6∶14时，摩擦材料试样具有适宜摩擦因数，制动压力为0.36MPa时，摩擦因数在0.3左右，制动压力为0.5MPa时，摩擦因数在0.27左右；摩擦扭矩曲线较稳定，且在制动压力为0.5MPa、制动初速度3000r/min时摩擦扭矩曲线最为稳定。酚醛树脂与丁腈橡胶的配比为6：14 时，摩擦材料磨损量最小，为0.23mm，摩擦后表面纤维分布比较集中，磨屑较少，部分纤维存在拔出现象，纤维与基体结合不够紧密，出现纤维拔出。
具体实施方式
实施案例1：
酚醛和丁腈橡胶增强铝基复合材料的制备原料包括：树脂基摩擦材料基体：丁腈橡胶（兰州石化研究院），粒度为-60目；腰果壳油改性酚醛树脂（济南圣泉-海沃斯公司），粒度为-200目。增强纤维：钢纤维（南阳军龙公司），DF00-3.5型，粒度为-80目；硅灰棉（黄石鑫溢矿产有限公司），长径比大于18。填料：重晶石（市售）粒度为-325目；铬铁矿（市售）粒度为-325目；氧化铁（市售）粒度为-325目。润滑剂：石墨粉（青岛恒利得石墨有限公司），粒度为-325目。SiCp增强铝基复合材料对偶基体成分为Al-20Si-1Mg-2Cu-0.5Mn，SiC 增强颗粒体积分数为15%，平均粒径为14μm。酚醛和丁腈橡胶增强铝基复合材料的制备步骤为：摩擦材料试样采用二次压制工艺制备：将原料按照配比称量，在高速混料机中混合均匀，在90℃下预热10min，并在热辊机上预压成2-4 mm厚的薄片，预压温度为130℃。待预压薄片冷却后，破碎成小块进行热模压，热模压温度为180℃，压制压力为22.5MPa，保压时间为60s/mm。将热模压后的试样进行100℃×1h+120℃×2h+200℃×10h热处理，待用。酚醛和丁腈橡胶增强铝基复合材料的检测步骤为：摩擦磨损试验在MMl000惯性制动试验机上进行，转动惯量为0.45kg·m2。为减小初始表面粗糙度的影响，试验前将摩擦材料试样及铝基复合材料对偶环依次用240、380、600、1200号水磨金相砂纸打磨，随后上机磨合至表观接触面积达到90%以上。试验采用制动压力分别为0.36MPa和0.5MPa,制动初速度分别为3000r/min、4000r/min、5000r/min，每次制动后将试样冷却至室温，进行下一次制动。采用JW-2A型扭矩仪测量制动扭矩。通过扭矩仪测量转动时间内的所有扭矩，并释放到计算机中，绘制扭矩随时间变化的曲线，用来描述摩擦因数的稳定性。摩擦材料试样的磨损量用厚度减小量表示，在摩擦材料试样表面取互呈120。的3个点，用千分尺测量制动试验前、后厚度，3 点厚度差的平均值即为摩擦材料磨耗量。采用JSM-6700F场发射扫描电镜对试样磨损表面形貌进行SEM分析。
实施案例2：
制动压力为0.36MPa时，在不同制动初速度条件下，C试样平均摩擦因数最大，A其次，B最小，制动初速度为5000r/min时，3种试样的平均摩擦因数达到最大，C试样平均摩擦因数在0.3左右。制动压力为0.50MPa时，3种试样平均摩擦因数变化规律类似，C试样平均摩擦因数在0.27左右。制动压力为0.36MPa时的平均摩擦因数大于0.50MPa，这是因为随着摩擦压力增加，材料表面应力增加，摩擦力增加，摩擦功率增加，摩擦表面温度升高时，易造成基体材料高温软化从而使强度降低，摩擦因数随之降低。在相同树脂基含量下，C试样摩擦因数最大，试样C中丁腈橡胶含量最高，丁腈橡胶是一种有机摩阻材料，相对于酚醛具有较高的摩擦因数，同时高橡胶含量增加了摩擦材料的塑韧性，使摩擦副具有更好的贴合性，摩擦面实际接触面积以及微观咬合效果增加，从而使摩擦因数增加。
实施案例3：
在相同初速度时，A试样扭矩稳定性最差，B试样次之，C试样稳定性最好。在相同制动压力下，扭矩基本稳定在7-8 N·m，初速度越大，扭矩曲线稳定性越差，初速度为3000r/min、4000r/min、5000r/min时，扭矩曲线稳定性依次下降。在相同初速度时，A试样扭矩稳定性最差，B试样次之，C试样稳定性最好。这是因为丁腈橡胶粉的加入提高了基体韧性，降低了弹性模量，改善了材料与摩擦对偶的贴合性，从而使摩擦试样在摩擦过程中更稳定。在相同制动压力下，扭矩基本稳定在8-10N·m；初速度越大，扭矩曲线稳定性越差，初速度为3000r/min、4000r/min、5000r/min时，其扭矩曲线稳定性依次下降。上述现象是由于随着制动初速度提高，系统动能急剧增加，制动后由动能转化成的热量增加，导致摩擦面温度有较大升高，摩擦面温度升高一方面导致铝基复合材料摩擦层软化，更容易引起磨粒磨损，另一方面加剧了合成摩擦材料的磨损，尤其是热化学磨损，摩擦材料基体热分解产物如气体和焦油状物质分布在摩擦面上，从而引起摩擦过程不稳定。初速度相同时，制动压力为0.5MPa的扭矩曲线较0.36MPa的更稳定，且制动时间更短。
实施案例4：
试样C磨损量最小，B其次，A最大，分别为0.23mm、0.28mm、0.31mm。这是因为丁腈橡胶在摩擦材料中主要是作为摩擦性能调节剂，有明显增韧效果，能显著提高抗冲性能，从而使制品磨耗值变小，C试样丁腈橡胶含量最多，所以磨损量最小。摩擦前，样品表面平整光滑，与树脂基体结合紧密，过渡自然，没有明显断层和缝隙。摩擦材料经摩擦后表面有很多深的犁沟、纤维拔出后留下的孔洞、裂纹以及裂纹扩展引起的小块剥落，没有明显的树脂分解产物，说明摩擦材料在该条件下的磨损机制主要是磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损。试样A可看出，黑色为树脂基体及填料，白亮处为钢纤维，样品表面有明显磨痕，纤维表面有不均匀磨痕，部分纤维存在拔出现象，纤维与基体结合不够紧密，有明显缝隙。出现纤维拔出是由于摩擦过程中刹车片受到来自制动器的摩擦力，基体受力并向纤维传递，同时树脂为有机物，在高温下部分软化流动，使部分金属纤维表面裸露，直接与对偶材料摩擦，使得纤维表面磨损。试样B可看出，黑色为树脂基体及填料，白亮处为钢纤维，纤维分布不均匀，样品表面有明显磨痕，纤维表面有不均匀磨痕，较多纤维存在拔出现象，纤维与基体结合不够紧密，有明显缝隙。试样C可看出，黑色为树脂基体及填料，白亮处为钢纤维，纤维分布比较集中，树脂基体及增强纤维均有磨痕，磨痕较试样A、B少，磨屑较少，部分纤维存在拔出现象，纤维与基体结合不够紧密。当丁腈橡胶含量较低时，摩擦材料为明显的多相结构，且相畴十分混乱，随着橡胶含量增加，共混物界面模糊，体系中相畴减小，从微粒分散变为连续相形态，呈现明显的“海岛结构”，表明两相间张力减小，提高了增韧效果。