[发明专利]一种多孔陶瓷局部增强复合材料汽车刹车片的制备方法

说明书

一种多孔陶瓷局部增强复合材料汽车刹车片的制备方法，本发明属于材料加工工程领域，旨在解决以汽车刹车片为典型制件的连续局部增强一体化成形技术难题，从而实现汽车刹车片的轻量化及高性能，缩短生产周期，提高材料利用率，延长刹车片使用寿命。本发明采用有机泡沫浸渍法烧结制备大尺寸连续多孔陶瓷预制体，通过液态模锻一体化成形技术，采用定量浇注，制备获得尺寸精度高、耐磨性好的连续多孔陶瓷局部增强复合材料汽车刹车片等典型制件。本发明应用于汽车刹车片、汽车轮毂、汽车活塞等耐磨性要求高的局部增强复合材料结构制件。

技术领域

本发明属于材料加工工程，具体涉及一种多孔陶瓷局部增强复合材料汽车刹车片的制备方法。

背景技术

刹车片是汽车制动系统中的关键零件。优质汽车刹车片需要具有较高的抗拉强度、耐磨性、耐热性和减振性。从刹车片发展历程来看，目前广泛使用的刹车片材料主要有普通铸铁、低合金铸铁、普通铸钢、特殊合金铸钢、低合金锻钢及铸铁-铸钢(锻钢)复合材料等。铸铁刹车片材料主要是灰铸铁，包括HT150、HT200、HT250和HT300等四种典型牌号。现有汽车刹车片材料多以铸铁为主，正向锻钢材质方向发展，特殊锻钢刹车片的强度比铸铁刹车片要高两倍左右。但是铸铁和锻钢两类材料均存在制造周期长、导热性差和易产生热裂纹等不足，极大地影响汽车的性能。刹车片的变形、热裂纹和异常磨损是主要的故障问题。避免或减少以上故障的出现，刹车片材料的选用非常关键。目前主要的解决办法是通过添加微量元素对材料进行优化以提高刹车片性能。

随着汽车轻量化要求日趋强烈，铝基复合材料刹车片开始应用于汽车刹车片，如美国福特公司已研制出SiCp/Al铝基复合材料刹车片，替换了常规铸铁刹车片，并将其批量用于Lincoln Town Car；Lotus公司将铝基复合材料应用于运动轿车(Elise)的前后轮刹车片。齐海波等则采用液态模锻工艺制备了20％SiC_p/Al复合材料，其拉伸抗拉强度达到320MPa，较铸铁HT250提高了约28％，可完全满足刹车片强度指标要求。通过反复连续制动的工况条件发现，SiC_p/Al复合材料刹车片的表面温升低，摩擦系数稳定。而在制动磨损试验中，SiCp A复合材料刹车片的质量磨损量约为铸铁刹车片的1/4。邹茂华等则采用离心铸造工艺制备了内生颗粒增强Mg₂Si/Al复合材料，通过添加SiC在离心铸造时可获得初晶Si和初晶Mg₂Si，通过添加Cu、Ni等合金化元素可强化基体，并进行T6处理后，可得到硬度(HRB)为89.6和耐磨性较好的材料，硬度和耐磨性均可满足制作刹车片的性能要求。采用重量轻、性能优异的铝基复合材料制动盘替代铸铁制动盘将成为未来刹车片制备的发展方向。

为寻求一种高耐磨铝合金及铝基复合材料制备高性能的汽车刹车片，国内外研究人员纷纷开展相关材料的研发制备和性能优化研究。目前开发的高耐磨铝合金材料主要有颗粒增强铝基复合材料、纤维增强铝基复合材料等。一般添加SiC、Al₂O₃、ZrO₂等陶瓷颗粒及短纤维进行性能局部增强制备颗粒增强铝基复合材料的制备。但是外加的陶瓷颗粒及陶瓷纤维润湿性较差、容易发生团聚，导致造成制备难度较大，材料制件性能不易控制。如果采用特殊制备工艺，则对设备提出更高要求，大大增加生产制造的成本。为此，探索开发一种工艺操作简便、性能优异稳定的铝基复合材料制备成形工艺具有显著的现实意义和应用价值，为制备轻量化高耐磨汽车刹车片提供了新的制备思路和研发方向。

发明内容

本发明旨在解决以汽车刹车片为典型制件的局部增强一体化成形技术难题，从而实现汽车刹车片的轻量化及高性能，缩短生产周期，提高材料利用率，延长刹车片使用寿命。本发明采用有机泡沫浸渍法烧结制备大尺寸连续性多孔陶瓷预制体，通过液态模锻一体化成形技术，采用定量浇注，制备获得尺寸精度高、耐磨性好的连续多孔陶瓷局部增强复合材料汽车刹车片，具体为大尺寸连续多孔陶瓷局部增强复合材料汽车刹车片的液态模锻一体化成形技术。