本發(fā)明涉及剎車盤制備，尤其是碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法。
背景技術(shù)：
1、剎車盤作為車輛制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能直接影響行車安全。傳統(tǒng)的剎車盤材料如鑄鐵等，在高溫、高速制動工況下，容易出現(xiàn)熱衰退、磨損嚴重等問題，難以滿足現(xiàn)代高性能車輛對剎車盤高性能、長壽命的要求。
2、碳纖維增強金屬基復合材料具有高強度、高模量、良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，成為制備高性能剎車盤的理想材料。然而，目前碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤的制備過程中存在纖維與金屬基體界面結(jié)合強度不足、復合材料內(nèi)部容易產(chǎn)生氣孔等缺陷，導致剎車盤的綜合性能受到影響，限制了其大規(guī)模應用。因此，亟需開發(fā)一種新的制備方法來解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其操作步驟為：
2、s1碳纖維預處理：將碳纖維浸入質(zhì)量百分比為1-5%的硅烷偶聯(lián)劑kh-550的乙醇溶液中，浸泡時間為2-4小時，浸泡溫度為30-50℃，取出后在80-100℃下干燥2-3小時，以改善碳纖維與金屬基體的界面結(jié)合性能；
3、s2金屬基體粉末制備：將鋁基合金粉末70-85%、銅基合金粉末10-20%、碳化硅顆粒3-10%，放入行星式球磨機中，以200-300轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨8-12小時，使粉末混合均勻，得到金屬基體混合粉末；
4、s3預制體成型：將預處理后的碳纖維按照一定的編織方式制成三維編織預制體，然后將金屬基體混合粉末均勻地填充到預制體的孔隙中，在壓力為5-10mpa的條件下進行冷壓成型，得到復合材料預制體；
5、s4真空熱壓燒結(jié)：將復合材料預制體放入真空熱壓燒結(jié)爐中，在真空度為10-3pa的條件下，以5-10℃/分鐘的升溫速率加熱至500-600℃，同時施加15-25mpa的壓力，保溫保壓時間為1-2小時，使金屬基體粉末充分熔融并與碳纖維緊密結(jié)合，形成碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤毛坯；
6、s5后處理：固溶處理后，添加稀土配位型強化劑及時效處理。
7、進一步地，所述的編織方式采用三維角聯(lián)鎖編織：在三維角聯(lián)鎖編織結(jié)構(gòu)中，厚度方向的碳纖維束以一定角度貫穿平面層，與經(jīng)向和緯向纖維束相互交織，形成聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。
8、進一步地，所述的固溶處理步驟為：
9、把真空熱壓燒結(jié)后的剎車盤毛坯放進高溫電阻爐，爐內(nèi)溫度為405-415℃，保溫時間為6小時45分鐘-7小時15分鐘；保溫結(jié)束后，迅速把剎車盤毛坯浸入溫度為20-25℃的冷卻水中進行淬火，淬火時間為3-5分鐘，使剎車盤快速冷卻至室溫；運用溫度傳感器對爐內(nèi)溫度變化進行實時監(jiān)測，處理完成后，仔細檢查剎車盤表面是否存在裂紋、變形等問題。
10、進一步地，所述的添加稀土配位型強化劑的步驟為：
11、對固溶處理后的剎車盤表面的油污、氧化皮等雜質(zhì)進行清理；將占鎂合金質(zhì)量0.45-0.55wt%的稀土配位型強化劑，通過噴槍以0.2-0.3mpa的壓力噴撒在剎車盤表面，噴槍與剎車盤表面的距離為150-200mm，確保強化劑均勻覆蓋；強化劑的粒度為30-50目，檢查噴撒后強化劑在剎車盤表面的附著狀況。
12、進一步地，所述的時效處理的步驟為：
13、把添加強化劑的剎車盤放入真空時效爐，爐內(nèi)溫度為187-193℃，在10-3pa的真空環(huán)境下，通入流量為10-15l/min的氬氣，保溫時長為5小時50分鐘-6小時10分鐘，之后隨爐冷卻至室溫；時效處理完成后，使用掃描電子顯微鏡觀察剎車盤的微觀組織，確保析出相密度≥1×1016個/cm3，同時進行力學性能測試，檢查剎車盤表面是否有氧化、脫碳等缺陷。
14、進一步地，所述的稀土配位型強化劑的制備方法為：
15、將20-30份馬來酸二胺、15-20份4-氨基-3-巰基吡啶加入140-200份無水乙醇中，加入40-50份硝酸釔-硝酸鑭-硝酸鈰混合物，該混合物摩爾比1：（0.3-1）：（0.2-0.5）；在50-60℃下攪拌反應3-6小時，向反應液中加入5-10份納米石墨烯片，超聲分散30-100分鐘，使絡合物負載于石墨烯表面；減壓蒸餾后，在70-80℃下真空干燥5-8小時，研磨成30-50目粉末，得到稀土配位型強化劑。
16、進一步地，所述的真空熱壓燒結(jié)步驟后，對得到的剎車盤毛坯進行固溶處理，固溶處理后加入稀土配位型強化劑，然后進行時效處理，所述強化劑促使時效過程中析出密度≥1×1016個/cm3的細小析出相，顯著提高剎車盤高溫強度。
17、進一步地，所述的鋁基合金粉末為al-si合金粉末、al-mg合金粉末或al-cu合金粉末中的一種或多種。
18、進一步地，所述的銅基合金粉末為cu-zn合金粉末、cu-sn合金粉末或cu-ni合金粉末中的一種或多種。
19、進一步地，所述的納米石墨烯片的厚度為5-10nm，橫向尺寸為50-100nm。
20、本發(fā)明的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著效果：
21、1、提高界面結(jié)合性能：
22、碳纖維預處理后，通過硅烷偶聯(lián)劑的作用，使碳纖維與金屬基體之間形成化學鍵連接，顯著提高界面結(jié)合力，增強復合材料的整體性能，有效避免界面脫粘現(xiàn)象，提高剎車盤的可靠性和使用壽命。
23、2、改善金屬基體性能：
24、金屬基體粉末通過球磨混合，成分均勻且活性提高，經(jīng)過真空熱壓燒結(jié)，致密度增加，硬度和強度得到提升，為剎車盤提供了良好的基體支撐。
25、3、增強預制體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：
26、三維角聯(lián)鎖編織預制體具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，能夠有效分散外力，提高剎車盤的抗沖擊性能和力學性能。
27、4、提升復合材料綜合性能：
28、真空熱壓燒結(jié)使金屬基體與碳纖維緊密結(jié)合，固溶處理和時效處理進一步優(yōu)化材料的微觀組織，添加稀土配位型強化劑促進細小析出相形成。最終使剎車盤具有高強度、高硬度、良好的耐磨性和耐高溫性能，滿足高性能剎車盤的使用要求，提高車輛制動系統(tǒng)的安全性和可靠性。
29、5、提高剎車盤高溫強度：
30、時效處理過程中，稀土配位型強化劑促使析出密度≥1×1016個/cm3的細小析出相，顯著提高剎車盤在高溫下的強度，有效解決了傳統(tǒng)剎車盤高溫強度不足的問題，拓寬了剎車盤的使用溫度范圍。
31、6、提高剎車盤耐腐蝕性：
32、后處理中的表面處理步驟以及時效處理過程中形成的均勻微觀組織，有助于提高剎車盤的耐腐蝕性，減少在潮濕等環(huán)境下的腐蝕現(xiàn)象，延長剎車盤的使用壽命。
1.碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：操作步驟為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：所述的編織方式采用三維角聯(lián)鎖編織：在三維角聯(lián)鎖編織結(jié)構(gòu)中，厚度方向的碳纖維束以一定角度貫穿平面層，與經(jīng)向和緯向纖維束相互交織，形成聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：所述的固溶處理步驟為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：所述的添加稀土配位型強化劑的步驟為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：所述的時效處理的步驟為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：所述的稀土配位型強化劑的制備方法為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：所述的真空熱壓燒結(jié)步驟后，對得到的剎車盤毛坯進行固溶處理，固溶處理后加入稀土配位型強化劑，然后進行時效處理，所述強化劑促使時效過程中析出密度≥1×1016個/cm3的細小析出相。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：所述的鋁基合金粉末為al-si合金粉末、al-mg合金粉末或al-cu合金粉末中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：所述的銅基合金粉末為cu-zn合金粉末、cu-sn合金粉末或cu-ni合金粉末中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強金屬基復合材料剎車盤制備方法，其特征在于：所述的納米石墨烯片的厚度為5-10nm，橫向尺寸為50-100nm。