[发明专利]一种具有高温耐磨性的泡沫铁增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种具有高温耐磨性的泡沫铁增强铝基复合材料及其制备方法，该复合材料由基体合金及增强相组成，所述基体合金是以铝合金为基体，以微米级SiC颗粒为增强材料的增强铝合金，增强相为三维骨架通孔泡沫铁；且所述泡沫铝与基体合金在三维空间内呈网络交织互穿结构，并提供了该复合材料的制备方法。该材料具有轻量化、比强度和比刚度高、高温耐磨等显著特点，可广泛应用于汽车、轨道列车的制动盘及其他高温磨损零部件。

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种具有高温耐磨性的泡沫铁增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有密度的、比强度高、比刚度高、耐磨性能优异以及良好的导热性能和低热膨胀系数等一系列优点，在制动盘材料方面的应用上有着广阔的前景，被认为是理想的新一代制动盘材料。以铝基复合材料制动盘替代传统的铁质金属制动盘不仅可以降低交通工具自身重量，为机动性能的提高创造有利条件，而且降低能耗，符合我国发展资源节约型、环境友好型社会的要求。汽车制动盘的制动性能优劣将直接关系到汽车行驶的安全问题，而通常在连续制动过程中，制动盘包面温度可能达到300-450℃，普通铝合金在该温度下会发生软化失效。目前国内外已有研究机构对铝基复合材料制动盘进行研发，但目前的铝基制动盘材料主要还是以陶瓷颗粒增强为主，颗粒增强铝基复合材料进一步提升了铝合金的硬度、强度和耐磨性，但其在高温条件下的耐磨性能还有待加强。因此，为了进一步提升铝基复合材料的高温耐磨性能，亟需开发出一种新的增强相复合铝基材料，使其在450-500℃下仍具有较高的耐磨性。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种具有高温耐磨性的泡沫铁增强铝基复合材料，具有轻量化、比强度和比刚度高、高温耐磨等显著特点，可广泛应用于汽车、轨道列车的制动盘及其他高温磨损零部件。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种具有高温耐磨性的泡沫铁增强铝基复合材料，由基体合金及增强相组成，所述基体合金是以铝合金为基体，以微米级SiC颗粒为增强材料的增强铝合金，增强相为三维骨架通孔泡沫铁；且所述泡沫铝与基体合金在三维空间内呈网络交织互穿结构。

所述铝合金的组成百分比如下：Si 8.5-9.5％，Fe 0-0.2％，Cu 0-0.2％、Mg 0.4-0.65％、Ti 0-0.2％、Al余量；微米级SiC颗粒的粒径为10-20μm，SiC颗粒在基体合金中的体积百分比为10-20％。

所述泡沫铁为三维骨架通孔结构，且孔径为10-20ppi，厚度为5-20mm。

一种具有高温耐磨性的泡沫铁增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，在真空搅拌铸造熔炼炉中，将组分要求为Si 8.5-9.5％，Fe 0-0.2％，Cu0-0.2％、Mg 0.4-0.65％、Ti 0-0.2％、Al余量的铝合金置于石墨坩埚内，密封炉体并抽取其中空气，在真空环境下将炉体升温至700-750℃，保温60-90min，确保铝合金完全融化；

步骤2，使用石墨搅拌头对铝合金熔体以500-550r/min的速度顺时针搅拌，搅拌头与坩埚底部的距离控制在1.5-2.0cm，搅拌的同时逐渐加入经预处理和预热的微米级SiC颗粒；

步骤3，SiC颗粒加入完成后，降低炉温至590-610℃进行半固态持续搅拌30-40min；

步骤4，在300-400r/min的搅拌速度下将炉体温度升至700-750℃，然后停止搅拌，卸去炉体真空，将熔体浇铸到预热的金属模具内，待熔体凝固后即得到微米级SiC颗粒增强的铝合金基体；