专利名称：一种汽车制动盘用复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及颗粒增强金属基复合材料及其制备方法，特别是一种适用于制造汽车制动盘的颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着能源紧缺及车辆速度的不断提高，以减重节能为目的的车辆轻量化技术开发备受关注。与传统钢铁材料相比，颗粒增强铝基复合材料具有较高的比强度、比刚度，良好的热稳定性和耐磨性，很适合用来制作汽车和高速列车制动系统及制动盘，以使车辆悬挂系统的重量大幅度减轻。日、德、美等国都对此进行了开发、研究，证实复合材料制动盘不仅减重节能，而且可较少刹车过程中的振动和噪音，缩短刹车距离效果良好。目前颗粒增强铝基复合材料存在的主要问题是界面结合性差、常伴有界面反映的发生、容易导致加工困难、难以回用、价格昂贵。
目前颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要包括如下几种(1)液态搅拌法；(2).挤压铸造法；(3).自蔓延合成法；(4).熔体浸渗法；(5).粉末冶金法等等。现有的颗粒增强铝基复合材料制品，不论采用上述何钟工艺都存在着工艺复杂的问题，使其难于扩大生产，这使得复合材料制动盘的制造及推广应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种综合性能较佳，成本低廉，加工性较好且可以回收利用的新型铝基复合材料，以特别适用于制作汽车或高速列车制动盘。
本发明汽车制动盘用复合材料是以在铸造凝固过程中原位生成的Mg2Si增强颗粒弥散分布在含有Si、Cu的铝合金基体中而组成，其组分重量百分比含量为Mg2Si15-35％、Si1-15％、Cu1-5％、Al余量。
本发明汽车制动盘用复合材料的制备方法，包括以下工艺过程a.以工业纯镁、纯铜、重量百分比为Al-20％Si中间合金为原料，按如下重量百分比配料后熔化Cu 1～5％、Mg 9～23％、余量为Al-20％Si中间合金，熔化温度为680～900℃；b.熔化后加入占上述合金总重量百分比为1～5％的覆盖剂；c.调整温度在690-720℃加入占上述合金总重量百分比为9～23％的工业纯镁至熔化并温度均匀。
d.加入占上述合金总重量百分比为1-2％的精炼剂，保温5-10分钟；e.加入占上述合金总重量百分比为0.005-3％的变质剂，保温5分钟以上；f.按普通铸造工艺浇注成型。
由于本发明采用重量百分比Al-20％Si合金、纯镁和纯铜为原料，来制备Mg2Si/Al-Si-Cu复合材料，其增强相除了原位内生形成的Mg2Si以外，还有Si相和反应生成的CuAl2相，尤其是通过固溶热处理后，CuAl2可以起到固溶强化作用。在材料的综合力学性能明显提高的同时，加工性能也得到改善。该材料具有较高的强度、硬度、塑性、尺寸稳定性及良好的耐磨性。
本发明复合材料的制备方法与现有技术相比有如下特点1.工艺简单，把材料合成与铸造成型过程结合起来，简化了制备工艺；2.成本低廉；3.加工性较好；4.回收利用方便；5.通过改变合金成分，可方便准确地控制增强相Mg2Si的数量；借助变质处理可有效地控制增强相的尺寸、形态及分布。
图1是具有重量百分比为15％Mg2Si增强颗粒的铝基复合材料微观组织照片。
图2是具有重量百分比为15％Mg2Si增强颗粒的铝基复合材料X射线分析图谱。
图3是具有重量百分比为20％Mg2Si增强颗粒，Sr变质后的铝基复合材料微观组织照片。
图4是具有重量百分比为25％Mg2Si增强颗粒，混合盐变质后的铝基复合材料微观组织照片。
具体实施例方式
实施例1制备含有重量百分比为25％Mg2Si颗粒增强相的铸态铝基复合材料。按重量百分比Mg∶Al-20％Si∶Cu为16∶79∶5称取工业纯镁、Al-20％Si中间合金以及铜，再按上述合金总重量称取重量百分比为2％的CaF2+Mg2Cl2.KCl作为覆盖剂，称取上述合金总重量百分比为1％的NaCl作为精炼剂。将Al-20％Si中间合金和Cu加入坩埚中熔化，然后加入已称取的CaF2+Mg2Cl2.KCl覆盖剂，在690～720℃加入上述称取的工业纯镁，在700-800℃加入上述称取的NaCl精炼剂保温5-10分钟，除去残渣，加入占上述合金总重量百分比为1％的K2TiF6、KBF4、KCI混合盐变质剂，保温5分钟以上后，在720-730℃浇注到金属型中，得到重量百分比为25％Mg2Si颗粒增强相的铸态铝基复合材料。其成分重量百分比为25％Mg2Si、6.8％Si、5％Cu、Al余量。
实施例2制备含有重量百分比为15％Mg2Si颗粒增强相热处理态铝基复合材料。
按重量百分比Mg∶Al-20％Si∶Cu为9.5∶89.5∶1称取工业纯镁、Al-20％Si中间合金以及铜，再按上述合金的总重量称取重量百分比为3％的CaF2+MgCl2.KCl覆盖剂和1％的Na3AlF6精炼剂。将上述称取的Al-20％Si中间合金和Cu加入坩埚中熔化，然后加入上述称取的CaF2+MgCl2.KCl覆盖剂，在690-720℃加入上述称取的工业纯镁，在700～800℃加入重量百分比为1％的Na3AlF6精炼剂保温5～10分钟，除去残渣，加入上述合金重量百分比为0.05％的Sr进行变质处理，保温5分钟以上，浇注到金属型中，得到铸态重量百分比为15％Mg2Si颗粒增强复合材料。该复合材料在430±5℃保温8小时，浸入60-100℃水中后，得到含有重量百分比为15％Mg2Si颗粒增强相热处理态铝基复合材料。其成分重量百分比为15％Mg2Si、12.4％Si、1％Cu、余量为Al。
实施例3制备含有重量百分比为35％Mg2Si颗粒增强相铸态铝基复合材料。
按重量百分比Mg∶Al-20％Si∶Cu为22∶75.5∶2.5称取工业纯镁、Al-20％Si中间合金以及铜，再按上述合金的总重量称取重量百分比为2％的CaF2+MgCl2.KCl覆盖剂和1％的CaF2精炼剂。将上述称取的Al-20％Si中间合金和Cu加入坩埚中熔化，然后加入上述称取的CaF2+MgCl2.KCl覆盖剂，在690-720℃加入上述称取的工业纯镁，在700～800℃加入上述称取的重量百分比为1％的CaF6精炼剂保温5～10分钟，除去残渣，加入上述合金重量1％的K2TiF6和0.03％Sr进行复合变质处理，保温5分钟以上后，在720-730℃浇注到金属型中，得到铸态重量百分比为35％Mg2Si铸态铝基复合材料。其成分重量百分比为35％Mg2Si、2.1％Si、2.5％Cu、余量为Al。
实施例4制备捷达汽车制动盘。
按重量百分比Mg∶Al-20％Si∶Cu为12.5∶84.5∶3称取工业纯镁、Al-20％Si中间合金以及铜，再按上述合金的总重量称取重量百分比为3.5％的CaF2+MgCl2.KCl覆盖剂和1％的MgCl2精炼剂。将上述称取的Al-20％Si中间合金和Cu加入坩埚中熔化，然后加入上述称取的CaF2+MgCl2.KCl覆盖剂，在690-720℃加入上述称取的工业纯镁，在700-800℃加入上述称取的重量百分比为1％的MgCl2精炼剂保温5-10分钟，除去残渣，加入占上述合金总重量0.02％的Sr进行变质，保温5分钟以上后，在720～730℃浇注到制动盘金属型模具中，即得到重量百分比为20％Mg2Si铸态捷达车制动盘。该制动盘在430±5℃保温8小时，浸入60-100℃水中后，得到重量百分比为20％Mg2Si热处理态铝基复合材料捷达汽车制动盘，其成分重量百分比为20％Mg2Si、9.7％Si、3％Cu、余量为Al。
权利要求
1.一种汽车制动盘用复合材料，其特征在于是以在铸造凝固过程中原位生成的Mg2Si增强颗粒弥散分布在含有Si、Cu的铝合金基体中而组成，其组分重量百分比含量为Mg2Si15-35％、Si1-15％、Cu1-5％、Al余量。
2.权利要求1所述的汽车制动盘用复合材料的制备方法，其特征在于包括以下工艺过程a.以工业纯镁、纯铜、重量百分比为Al-20％Si中间合金为原料，按如下重量百分比配料后熔化Cu1～5％、Mg9～23％、余量为Al-20％中间合金，熔化温度为680～900℃；b.熔化后加入占上述合金总重量百分比为1～5％的覆盖剂；c.调整温度在690-720℃加入占上述合金总重量百分比为9～23％的工业纯镁至熔化并温度均匀。d.加入占上述合金总重量百分比为1-2％的精炼剂，保温5-10分钟；e.加入占上述合金总重量百分比为0.005-3％的变质剂，保温5分钟以上；f.按普通铸造工艺浇注成型。
3.根据权利要求2所述的汽车制动盘用复合材料的制备方法，其特征在于所述的覆盖剂为CaF2+MgCl2.KCl。
4.根据权利要求2所述的汽车制动盘用复合材料的制备方法，其特征在于所述的精炼剂为NaCl、MgCl2、CaCl2、KCl等氯盐，CaF2、NaF、Na3AlF6等氟盐中的若干组合。
5.根据权利要求2所述的汽车制动盘用复合材料的制备方法，其特征在于所述的变质剂为Sr、Ti、K2TiF6、KBF4中的一种或几种之组合。
全文摘要
本发明涉及一种特别适用于制备汽车制动盘的颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。该材料是以在铸造凝固过程中原位生成的Mg
文档编号C22C21/00GK1492066SQ0312714
公开日2004年4月28日 申请日期2003年9月12日 优先权日2003年9月12日
发明者赵宇光, 姜启川, 秦庆东, 赵玉谦, 梁云虹, 王慧远 申请人:吉林大学