《層狀結構鋁基複合材料近終形製備技術基礎的研究》是依託北京科技大學，由曲選輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：層狀結構鋁基複合材料近終形製備技術基礎的研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：曲選輝
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由陶瓷顆粒增強鋁基複合材料和鋁合金組成的具有層狀結構的複合材料（簡稱：MMC/Al），可以充分發揮兩種材料各自具有的熱物理性能、力學性能、摩擦磨損性能和可加工性能等優異的特性，同時克服各自的缺點並保留金屬鋁輕量化的優勢，在車輛、航空航天、電子等高技術領域具有廣闊的套用前景，已成為高性能材料發展的重要方向之一。本項目以解決MMC/Al材料難加工成形問題為目標，以粉末注射成形－熔浸鑄造為技術途徑，重點研究陶瓷粉末餵料流變行為與注射充模規律、陶瓷增強坯體孔隙和尺寸精度控制、鋁合金熔體改性及其在多孔陶瓷增強體中的熔浸動力學與界面控制等關鍵科學和技術問題，為建立層狀結構複合材料零件的近終形製造技術奠定理論和技術基礎。
結題摘要
剎車鼓材料的輕量化是實現車輛有效減重的重要途徑之一。目前各種中型、重型車輛，特種輪式車輛的剎車鼓大多採用鑄鐵材料。由於鑄鐵材料散熱差，連續制動使剎車鼓溫度大幅升高引起剎車失靈，常常導致車毀人亡的災難性事故，而且該材料比重大，不符合車輛輕量化要求。將高強高導熱的輕質鋁合金與耐磨陶瓷相增強鋁基複合材料通過組合結構設計構成的層狀結構鋁基複合材料（MMC/Al）可以充分結合各自在密度、力學、導熱、摩擦磨損等方面的性能優勢，用其替換鑄鐵材質具有顯著的降低剎車溫升和減重效果。本項目針對重型車輛對車輛輕量化的迫切要求，創立了“粉末注射成形-壓力熔浸新技術” 近淨成形製備層狀結構鋁基複合材料剎車鼓（縮比件）的技術原型。基於剎車鼓實際工況的計算機模擬結果，對剎車鼓材料進行了結構設計；通過系統研究陶瓷增強相成形過程中石墨填充劑的作用機理，突破了低體積分數陶瓷坯體成形坯後脫脂易開裂、熔滲過程界面不良反應、熔滲材料不易緻密等關鍵技術難題，實現了層狀結構鋁基複合材料剎車鼓（縮比件）的一體化近終形成形製備，剎車鼓中鋁基體層的屈服強度σ0.2大於179MPa，抗拉強度大於250MPa，延伸率大於5%，熱導率K大於150W·m-1·K-1；複合材料曾的屈服強度σ0.2大於290MPa，抗拉強度大於320MPa，延伸率大於0.6%，熱導率K大於110W·m-1·K-1； 摩擦係數0.3-0.5。項目先後申請國家發明專利4項，發表學術論文6篇。 層狀結構鋁基複合材料（MMC/Al）的製備技術提供了一種獲得高強度-高導熱-高耐磨的輕型零部件的方法，為軍用和民用車輛零部件的減重開闢了一條道路，可以節約燃料和減少排放，具有重要的意義。MMC/Al剎車鼓作為該技術套用的一個代表性產品已經展示出很大的優勢，其減重效果非常顯著。MMC/Al複合材料適於製備剎車組件和發動機組件，如剎車鼓、離合器片、制動盤和制動鉗以及鋁合金活塞、氣缸套或連桿。此外，高磨損場合下使用的其它一些組件也能套用這種新型複合材料，如裝甲車的負重輪。我國陸軍擁有數量可觀的各種類型的輪式裝甲車家族，這為該技術的推廣套用提供了廣闊的市場前景。此外，該技術的套用還能拓展到民用領域，以實現對中型或重型車輛的輕量化，如大型汽車起重機、混凝土搬運車和垃圾搬運車。可見，該技術在軍工領域和民用工業領域都具有非常廣闊的套用前景。
