【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬基復合材料領域，尤其是涉及一種陶瓷增強層狀al基復合材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、由于環保和節能的需要，汽車的輕量化已經成為世界汽車發展的潮流。在汽車制動設備中，制動盤與摩擦片配合，將來自駕駛員的踏板力轉化為阻止車輛運動的制動力，使得車輛減速或停止。制動盤是盤式制動器的摩擦偶件，在工作時不僅受到制動塊施加的很大法向力和切向力，而且還承受比制動鼓大得多的熱負荷，其表面最高溫度可達到800℃，故其應具有作為構件所需要的強度和剛度外，還需有盡可能高而穩定的摩擦系數，以及適當的耐磨性、耐熱性、散熱性和熱容量等。在現有技術中比較常見的制動盤材質是鑄鐵，但是鑄鐵材料的密度比較大，不利于減輕車身的整體質量，而且鑄鐵的耐腐蝕性較差。
2、鋁是一種輕質、耐腐蝕、導熱性能良好的金屬，通過加入其他合金元素，鋁合金具有較高的機械強度和優良的耐腐蝕性。鋁及鋁合金是目前應用最廣泛的金屬材料之一，但是其耐熱性和耐磨性能較差，將其應用于車輛制動盤等關鍵零部件時有很大的局限性。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的問題，本專利技術提供了一種陶瓷增強層狀al基復合材料及其制備方法和應用，本專利技術具體包括以下內容：
2、一種陶瓷增強層狀al基復合材料的制備方法，包括以下步驟：
3、(1)制備陶瓷增強熔體：將基體材料加入到第一熔煉爐中，升溫熔融，然后除氣、精煉，得到基體材料熔體；在保護氣氛圍中，邊攪拌基體材料熔體邊向其中加入陶瓷顆粒，得到陶瓷增強熔體；所述
4、(2)制備基底熔體：將基底材料加入到第二熔煉爐中，升溫熔融，然后除氣、精煉，得到基底熔體；所述基底材料為純鋁、6061合金、或4032合金中的一種；
5、(3)澆注：將步驟(1)得到的陶瓷增強熔體倒入澆筑模具中，降溫10-30s，待所述陶瓷增強熔體降溫至570℃-630℃，形成半固態時，倒入步驟(2)得到的基底熔體，完成澆注，得到陶瓷增強層狀al基復合材料坯料；
6、(4)形變處理：將步驟(3)得到的陶瓷增強層狀al基復合材料坯料冷卻，冷卻過程中對其進行形變處理，得到陶瓷增強層狀al基復合材料。
7、優選的，步驟(1)所述陶瓷增強熔體中陶瓷顆粒的含量為11.5-15.5wt％。
8、優選的，所述陶瓷顆粒的平均粒度為5-50μm；本專利技術所述基體材料為陶瓷增強層中的鋁或鋁合金基體材料；所述基底材料為基底層所用的材料，在本專利技術中，所述基體材料和基底材料的種類和成分保持一致。
9、優選的，步驟(1)：所述熔融溫度為730-780℃；所述保護氣為氮氣；所述攪拌方式為機械攪拌，所述攪拌轉速為120-200r/min，邊攪拌邊加入陶瓷顆粒，待陶瓷顆粒添加完成后，繼續攪拌15-25min，得到陶瓷增強熔體。
10、優選的，步驟(2)所述熔融溫度為730-780℃。
11、優選的，步驟(3)將陶瓷增強熔體倒入澆筑模具之前，還包括將澆筑模具預熱至400-500℃；所述降溫時間為10-30s。
12、優選的，步驟(4)所述形變處理的方法為：待步驟(3)得到的陶瓷增強層狀al基復合材料坯料自然冷卻至300-400℃時，啟動壓力機下壓所述坯料，下壓量控制在3％-5％，然后保溫保壓15-30min，最后自然冷卻至室溫，得到所述陶瓷增強層狀al基復合材料。
13、一種采用所述的制備方法制備得到的陶瓷增強層狀al基復合材料，包括基底層和陶瓷增強層，所述基底層和陶瓷增強層的體積比為(3-5):1；所述基底層的材料為純鋁、6061合金、或4032合金中的一種；所述陶瓷增強層的成分和質量百分含量為：11.5-15.5％的陶瓷顆粒、余量為基體材料。
14、優選的，所述基底層和陶瓷增強層之間的界面連接強度＞490mpa，所述材料的抗拉強度＞500mpa、屈服強度＞390mpa。
15、一種采用所述的制備方法制備得到的陶瓷增強層狀al基復合材料在汽車中的應用。
16、本專利技術所述的陶瓷增強層狀al基復合材料中，陶瓷增強層是最重要的功能層，主要承擔著高硬度、高耐熱、高耐磨性；基底層是主要的結構層，發揮著重要的強度特性。本方案中，所述陶瓷增強層中的基體材料與基底層材料的選材一致且陶瓷增強層中陶瓷顆粒含量較低，兩層材料通過攪拌熔鑄的方法結合時，具有良好的界面相容性。
17、本專利技術所述制備方法是本專利技術實現的重要手段，通過合理控制熔體溫度和攪拌速度，陶瓷顆粒均勻的分散在鋁或鋁合金中。氮氣具有良好的純度和穩定性，在氮氣氣氛的保護下，可以防止鋁或鋁合金的表面氧化和腐蝕，同時也可以控制合金元素的擴散，保證材料制備的純度，降低熔體中氣體和雜質含量。
18、澆注是本專利技術實現的重要步驟，將陶瓷增強層熔體倒入鑄型中，待其降溫形成半固態時，其表面會形成一層固化模，本方案通過緩慢加入溫度較高的基底層材料鋁或鋁合金熔體，高溫的鋁或鋁合金熔體在接觸陶瓷增強層的固化模時，固化模被瞬間融化，在液體的直接凝固過程中，由于陶瓷增強層與基底層成分相近，鋁基體相連，兩者間有良好的相容性，界面結合牢固。
19、形變處理是實現本專利技術方案的重要操作。本方案涉及基底層和陶瓷增強層之間的界面結合，又涉及陶瓷增強層陶瓷顆粒與鋁基體間的結合，材料之間存在界面不匹配性。通過形變處理，對坯料施加一個壓力，可有效提高其致密度及界面連接強度。
20、本專利技術的有益效果：
21、(1)本專利技術提供了一種陶瓷增強層狀al基復合材料，將鋁或鋁合金與鋁基復合材料通過攪拌鑄造的方式結合起來，制備的陶瓷增強層狀al基復合材料力學性能優異，耐熱、耐磨性能良好，可用于汽車制動盤等多種零部件。
22、(2)本專利技術綜合考慮攪拌鑄造加工工藝的特點，保證陶瓷增強層狀al基復合材料的界面結合性。當陶瓷增強層形成半固態時，將基底層熔體緩慢倒入模具中，陶瓷增強層的界面瞬間熔化，液體直接凝固過程中，陶瓷增強層與基底層間的鋁基體相連，其抗剪切能力很強，界面載荷傳遞有效性高。
23、(3)本專利技術設備成本低且工藝簡單，材料的生產成本低，可實現產業化。
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1.一種陶瓷增強層狀Al基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀Al基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述陶瓷增強熔體中陶瓷顆粒的含量為11.5-15.5wt％。
3.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀Al基復合材料的制備方法，其特征在于，所述陶瓷顆粒的平均粒度為5-50μm；所述基體材料與基底材料的種類相同。
4.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀Al基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)：所述熔融溫度為730-780℃；所述保護氣為氮氣；所述攪拌方式為機械攪拌，所述攪拌轉速為120-200r/min，邊攪拌邊加入陶瓷顆粒，待陶瓷顆粒添加完成后，繼續攪拌15-25min，得到陶瓷增強熔體。
5.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀Al基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述熔融溫度為730-780℃。
6.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀Al基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)將陶瓷增強熔體倒入澆筑模具之前，還包括將澆筑模具預熱至
7.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀Al基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述形變處理的方法為：待步驟(3)得到的陶瓷增強層狀Al基復合材料坯料自然冷卻至300-400℃時，啟動壓力機下壓所述坯料，下壓量控制在3％-5％，然后保溫保壓15-30min，最后自然冷卻至室溫，得到所述陶瓷增強層狀Al基復合材料。
8.一種采用權利要求1-7任一項所述的制備方法制備得到的陶瓷增強層狀Al基復合材料，其特征在于，包括基底層和陶瓷增強層，所述基底層和陶瓷增強層的體積比為(3-5):1；所述基底層的材料為純鋁、6061合金、或4032合金中的一種；所述陶瓷增強層的成分和質量百分含量為：11.5-15.5％的陶瓷顆粒、余量為基體材料。
9.根據權利要求8所述的一種陶瓷增強層狀Al基復合材料，其特征在于，所述基底層和陶瓷增強層之間的界面連接強度＞490MPa，所述材料的抗拉強度＞500MPa、屈服強度＞390MPa。
10.一種采用權利要求1-7任一項所述的制備方法制備得到的陶瓷增強層狀Al基復合材料在汽車中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種陶瓷增強層狀al基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀al基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述陶瓷增強熔體中陶瓷顆粒的含量為11.5-15.5wt％。
3.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀al基復合材料的制備方法，其特征在于，所述陶瓷顆粒的平均粒度為5-50μm；所述基體材料與基底材料的種類相同。
4.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀al基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)：所述熔融溫度為730-780℃；所述保護氣為氮氣；所述攪拌方式為機械攪拌，所述攪拌轉速為120-200r/min，邊攪拌邊加入陶瓷顆粒，待陶瓷顆粒添加完成后，繼續攪拌15-25min，得到陶瓷增強熔體。
5.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀al基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述熔融溫度為730-780℃。
6.根據權利要求1所述的一種陶瓷增強層狀al基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)將陶瓷增強熔體倒入澆筑模具之前，還包括將澆筑模具預熱至...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃鐵明，池海濤，黃小娟，
申請(專利權)人：福建祥鑫股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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