一种硼酸镁晶须和陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制动器衬片及制备工艺

摘要

本发明公开一种硼酸镁晶须和陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制动器衬片及制备工艺。陶瓷颗粒可以是碳化硅颗粒氧化铝颗粒氮化铝颗粒四氧化三铁颗粒硼酸铝颗粒硼酸镁颗粒二氧化锆颗粒等。本发明具有高耐磨性，稳定的摩擦系数，良好的导热性能和优良的高温性能。本发明的成分包括有硼酸镁晶须、碳化硅颗粒、和/或硼酸铝颗粒、和/或硼酸镁颗粒、和/或三氧化二铝颗粒、和/或二氧化锆颗粒、和/或四氧化二铁颗粒、和/或氮化铝颗粒、铝及铝合金余量。

说明书

所属领域

本发明涉及一种摩托车汽车用制动器衬片及制备工艺，具体地说是一种由硼酸镁晶须和碳化硅颗粒等陶瓷颗粒复合增强的铝基复合材料的制动器衬片，属于新材料技术领域。

背景技术

近年来因为非连续增强铝基复合材料具有一系列优异的性能，引起国内外的高度重视，特别是非连续增强铝基复合材料具有高耐磨性，稳定的摩擦系数，良好的导热性能和优良的高温性能，可以作为一种新型的摩擦材料应用于摩托车轿车用制动器衬片。

技术方案

本发明的目的是公开一种硼酸镁晶须和陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制动器衬片及制备工艺。陶瓷颗粒可以是碳化硅颗粒氧化铝颗粒氮化铝颗粒四氧化三铁颗粒硼酸铝颗粒硼酸镁颗粒二氧化锆颗粒等。本发明具有高耐磨性，稳定的摩擦系数，良好的导热性能和优良的高温性能。

本发明的成分配比如下(Mass％)：

a.硼酸镁晶须2-50％

b.碳化硅颗粒(SiC)(平均粒度1-30μm)0-10％

c.硼酸铝颗粒(Al₁₈B₄O₃₃)(平均粒度1-30μm)0-10％

d.硼酸镁颗粒(Mg₂B₂O₅)(平均粒度1-30μm)0-10％

e.三氧化二铝颗粒(Al₂O₃)(平均粒度1-30μm)0-10％

f.二氧化锆颗粒(ZrO₂)(平均粒度1-30μm)0-10％

g.四氧化二铁颗粒(Fe₂O₄)(平均粒度1-30μm)0-10％

h.氮化铝颗粒(AlN)(平均粒度1-30μm)0-10％

I.铝及铝合金余量。

其中铝合金可以是：

铝—硅系合金、铝—铜系合金、铝—硅—铜系合金、铝—锰系合金、铝—锌系合金、铝—硅—铜—镍—钛系合金。

本发明的制备方法为

1.硼酸镁晶须和碳化硅三氧化二铝。硼酸铝，硼酸镁，四氧化三铁，二氧化锆等陶瓷颗粒的表面化学处理。

首先配制3mol％的水溶液。

将硼酸镁晶须和陶瓷颗粒倒入蒸馏水后，硼酸镁晶须、陶瓷和蒸馏水的混合物进行超声分散处理1-4小时。

将配置好的Ni(NO₃)₂水溶液倒入分散后的硼酸镁晶须、陶瓷颗粒和水的混合物中，Ni(NO₃)₂水溶液与硼酸镁晶须和陶瓷颗粒的重量之比为1∶5-1∶30，而后将氨水滴入上述混合物中，直至Ni(NO₃)₂与NH₄OH全部反应。在滴入氨水的过程中要不断进行机械搅拌。

2.复合材料热挤压毛坯的制备

复合材料热挤压毛坯的制备有挤压铸造法和粉末冶金法两种方法。

2.1 挤压铸造法制备热挤压毛坯

2.1.1 晶须和陶瓷颗粒预制件的制备工艺

将经过表面处理的硼酸镁晶须和陶瓷颗粒混合均匀后倒入模具中，滤掉其中的水溶液，加压压制到预定的高度。压强0.1-1Mpa，保压时间10-15min然后脱模。

2.1.2 预制件的烧结

将模压成型后的预制件在电炉中加热到700——900℃保温1小时，随炉冷却。

2.1.3.挤压铸造

挤压铸造模具和烧结后的预制件热到450-500℃，将预制件放入模具中，将在电炉中加热到700——800℃熔化的液态铝合金倒入模具，加压压强5-20Mpa，使液态铝合金渗入到预制件的孔隙中，保压等液态铝合金在压力下凝固后脱模，热挤压毛坯加工完成。

2.2 粉末冶金法制备热挤压毛坯

2.2.1 混粉

在混粉机中将经过表面化学处理过的硼酸镁晶须陶瓷颗粒和铝合金粉末混合均匀，混合介质用酒精，混合后将混合粉末真空烘干，真空度10^-1Mpa，烘干温度120℃，保温时间4小时。

2.2.2 压制成型

利用模具冷压成型或者冷等静压将混合后的粉末压制成型，压强200-250Mpa。

2.2.3 封套

将压制成型后的工件放置在包套内真空后封焊。

2.2.4 热压

将封焊好的工件，放置到热压模具中，加热450-520℃，热压压强100-200Mpa，保压15-20min，冷却后脱模。

3.热挤压

挤压铸造或者包套热压后的毛坯，经过热挤压加工成棒、板等不同尺寸和形状的型材。热挤压温度450-500℃，挤压比1∶5-10。

本发明硼酸镁晶须的性能

    平均长度      10-20μm

    平均直径      0.5-5μm

    密度          2.93g/cm³

    拉伸强度      4Gpa

    强性模量      240Gpa

本发明硼酸镁晶须和陶瓷颗粒增强铝基复合材料的性能为：

    抗拉强度：     500-650Mpa

    弹性模量       110-120Gpa

    密度           2.6-3.0g/cm³

    摩擦系数：

                   (100℃)0.25-0.65

                   (150℃)0.25-0.70

                   (200℃)0.25-0.70

                   (250℃)0.20-0.70

                   (300℃)0.15-0.70

    摩擦率(V)≤10^-7cm/(N.m)：

                   (100℃)0.5

                   (150℃)0.7

                   (200℃)1.00

                   (250℃)1.50

                   (300℃)3.00

实施方案：

实施例1

复合材料成分(Mass％)

硼酸镁晶须：10％

碳酸硅颗粒：10％

铝或铝合金：余量

性能：

抗拉强度    500Mpa

摩擦系数    0.4(100℃)

弹性模量    110Gpa

密度        2.75g/cm³

磨损率     ≤0.3×10^-7cm/(N.m)

延伸率     8％

实施例2

复合材料成分(Mass％)

硼酸镁晶须：20％

三氧化二铝颗粒：10％

铝或铝合金：余量

性能：

抗拉强度    650Mpa

摩擦系数    0.4(100℃)

弹性模量    120Gpa

密度        2.6g/cm³

磨损率      ≤0.27×10^-7cm/(N.m)

延伸率      3％

实施例3

复合材料成分(Mass％)

硼酸镁晶须：15％

氮化铝颗粒：10％

铝或铝合金：余量

性能：

抗拉强度    600Mpa

摩擦系数    0.5(100℃)

弹性模量    117Gpa

密度        2.6g/cm³

磨损率      ≤0.27×10^-7cm/(N.m)

延伸率      3％

实施例4

复合材料成分(Mass％)

硼酸镁晶须：20％

二氧化锆颗粒：8％

铝或铝合金：余量

性能：

抗拉强度     600Mpa

摩擦系数     0.42(100℃)

弹性模量     120Gpa

密度         3.0g/cm³

磨损率       ≤0.27×10^-7cm/(N.m)

延伸率       5％

实施例5

复合材料成分(Mass％)

硼酸镁晶须：15％

硼酸镁颗粒：5％

二氧化锆颗粒：5％

性能：

抗拉强度    600Mpa

摩擦系数    0.40(100℃)

弹性模量    110Gpa

密度        2.7g/cm

磨损率      ≤0.3×10^-7cm/(N.m)

延伸率      8％

实施例6

复合材料成分(Mass％)

硼酸镁晶须：10％

硼酸镁颗粒：5％

四氧化三铁颗粒：5％

性能：

抗拉强度     600Mpa

摩擦系数     0.5(100℃)

弹性模量     115Gpa

密度         2.7g/cm³

磨损率       ≤0.27×10^-7cm/(N.m)

延伸率       8％