[发明专利]一种钛基粉末冶金刹车盘材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于用于刹车盘的材料技术领域，尤其是涉及一种用于汽车刹车盘的粉末合金材料。

背景技术

汽车刹车盘是汽车盘式制动器的主要零部件，汽车刹车时，绝大部分动能转换为热能，其中90％的热量被刹车盘本体吸收，特别当汽车在高原、山地等下坡路段行驶，刹车系统连续工作，刹车盘表面温度能够达到400～600℃，颜色呈暗红色的高温状态。

目前，随着人们对产品节能和高效的追求，先进的设计理念往往以使用温度更高、质量更轻以及运行速度更快为基础。然而现在所使用的常规金属材料体系的性能已经经接近它们的极限，要进一步发展就需要研制新型的材料。现在普遍认为，以金属间化合物TiAl和Ti3Al为基础的钛基金属间化合物最有可能满足上述的设计要求，是最有应用潜力的新一代轻质耐高温结构材料，有望在航空、发电厂涡轮机和燃涡轮机发动机特别是汽车刹车盘等零部件生产中得到广泛应用。钛铝合金的制造方法通常为精密铸造或热锻，使用精密铸造或热锻方法制造的零部件存在一些性能缺陷，如室温脆性和较差的成形性能（冷热加工性能和铸造性能），粉末冶金方法能一次制出净成形产品，解决加工困难并提高材料利用率，但常规粉末冶金烧结方法对粉末粒度的要求不高，造成组织粗大，没有解决钛基金属合金脆性大，不易加工的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛基粉末冶金刹车盘材料及其制造方法，克服常规的铸造、锻造和烧结钛铝合金组织粗大，难以机械加工，无法制造出细晶粒钛基合金的缺陷，能显著提高刹车盘在高温干摩擦条件下的耐磨性。

钛基粉末冶金材料的成分百分比含量是：Ti 49.1％～52.6％，Al 43.2％～45.6％，Ni 3.4％～4.7％，其余为C。

所述粉末纯度为99.6％，所述Ti和Al的粒度为55μm～75μm，Ni粒度为65μm～85μm

该钛基粉末冶金的制造方法包括以下步骤：

(1) 预制钛基粉末颗粒度为＜120nm，

(2) 在惰性气体保护下，按成分配比配制粉末，

(3) 在惰性气体保护下，在球磨罐中对配制好的粉末进行高能球磨，

(4) 将球磨预和成的粉末置于模具中

(5) 在热压真空条件下，对粉末进行烧结，真空度为＜10×10^－3Pa，烧结温度为850～925℃，热压压力为82～92MPa，烧结时间为50～70 min。

上述方案进一步优选为：

所述预制钛基粉末颗粒度为＜100nm。

所述惰性气体为氩气或氦气。

所述球磨机转速为300～450r/min。

所述球料比为14﹕1。

真空度为8×10^－3Pa，烧结温度为860～920℃，热压压力为85～90MPa，烧结时间为60 min。

所述球磨时间为10～15小时。

具体实施方式

钛基粉末合金是以TiAl为主要成份的TiAl-Ni-TiC合金。Ni作为粘结金属，增加其含量，可提高合金的强度，但却会使合金的硬度降低。可改善液态金属对TiC的湿润性，使TiC晶粒变细。当Ni含量一定时(如含4%Ni)，可提高合金的强度和硬度。

实施例1，该钛基粉末冶金刹车盘材料，其成分及原子百分比含量是：Ti49.1%，Al43.2%，Ni3.4%，其余为C。用该组分钛基粉末冶金制造的刹车盘的方法是：(1) 预制钛基粉末颗粒度为＜120nm，优选的是粉末颗粒度为＜100nm，(2) 在惰性气体氩气的保护下，按成分配比配制粉末，(3) 在惰性气体氩气的保护下，在球磨罐中对配制好的粉末进行高能球磨，球磨机转速为300～450r/min，随着球磨时间延长转速增加，但转速过快效果不明显，优选的转速是400r/min，球磨时间为10小时，可利用电机变频器精确调解转速。(4) 将球磨预和成的粉末置于模具中，(5) 在热压真空条件下，对粉末进行烧结，真空度为＜10×10^－3Pa，烧结温度为850℃，热压压力为82MPa，烧结时间为50 min。烧结成形后刹车盘表面硬度为HRC=58～65。