國創(chuàng)（淄博）中心：鋁基復(fù)合材料在汽車輕量化中的應(yīng)用

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復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展需求而涌現(xiàn)出的具有強(qiáng)大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料通過各種工藝手段復(fù)合而成。復(fù)合材料可分為三類：聚合物基復(fù)合材料（PMCs）、金屬基復(fù)合材料（MMCs）、陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）。金屬基復(fù)合材料基體主要是鋁、鎳、鎂、鈦等。

鋁及其合金都適于作金屬基復(fù)合材料的基體，鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)物可以是連續(xù)的纖維，也可以是短纖維，也可以是從球形到不規(guī)則形狀的顆粒。目前鋁極復(fù)合材料增強(qiáng)顆粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金屬間化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增強(qiáng)顆粒。

鋁在制作復(fù)合材料上有許多特點,如質(zhì)量輕、密度小、可塑性好,鋁基復(fù)合技術(shù)容易掌握,易于加工等。此外,鋁基復(fù)合材料比強(qiáng)度和比剛度高,高溫性能好,更耐疲勞和更耐磨,阻尼性能好,熱膨脹系數(shù)低。同其他復(fù)合材料一樣,它能組合特定的力學(xué)和物理性能,以滿足產(chǎn)品的需要。因此,鋁基復(fù)合材料已成為金屬基復(fù)合材料中最常用的、最重要的材料之一。

鋁基復(fù)合材料的性能優(yōu)點

鋁基復(fù)合材料的性能取決于基體合金和增強(qiáng)物的特性、含量、分布等。與基體合金相比,鋁基復(fù)合材料具有許多優(yōu)良的性能。

2.1 低密度

鋁基復(fù)合材料的密度一般在左右,基本上與一般鋁合金相當(dāng),比鋼低,同等幾何尺寸的零件,其重量僅為鋼制的左右。

2.2 良好的尺寸穩(wěn)定性

許多增強(qiáng)物都具有很小的熱膨脹系數(shù),加入相當(dāng)含量的增強(qiáng)物可降低材料膨脹系數(shù),從而得到熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好的鋁基復(fù)合材料。

2.3強(qiáng)度、模量與塑性

增強(qiáng)體的加入在提高鋁基復(fù)合材料強(qiáng)度和模量的同時,降低了塑性。大量研究表明,增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料較相應(yīng)的鋁-硅合金具有較高的強(qiáng)度,并隨著體積分?jǐn)?shù)的增大,其強(qiáng)度和模量均有較大程度的提高,而塑性卻降低,且在復(fù)合材料中加入更為細(xì)小的彌散質(zhì)點和可以明顯提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。另外增強(qiáng)相的加入又賦予材料一些特殊性能，這樣不同金屬與合金基體及不同增強(qiáng)體的優(yōu)化組合,就使金屬基復(fù)合材料具有各種特殊性能和優(yōu)異的綜合性能。

2.4耐磨性

高的耐磨性是鋁基復(fù)合材料(、增強(qiáng))的特點之一。增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)大都在,通過對鋁基復(fù)合材料-剎車材料摩擦副的摩擦磨損性能研究，基于這種情況,結(jié)果表明,顆粒體積分?jǐn)?shù)對復(fù)合材料摩擦系數(shù)的影響顯著,而顆粒尺寸對復(fù)合材料摩擦系數(shù)影響不大。

2.5疲勞與斷裂韌性

鋁基復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度一般比基體金屬高,而斷裂韌性卻下降。影響鋁基復(fù)合材料疲勞性能和斷裂的主要因素有:增強(qiáng)物與基體的界面結(jié)合狀態(tài)、基體與增強(qiáng)物本身的特性和增強(qiáng)物在基體中的分布等。界面結(jié)合狀態(tài)良好,可以有效地傳遞載荷,并阻止裂紋擴(kuò)展,提高材料的斷裂韌性。

2.6熱性能

增強(qiáng)體和基體之間的熱膨脹失配在任何復(fù)合材料中都難以避免,為了有效降低復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù),使其與半導(dǎo)體材料或陶瓷基片保持熱匹配,常選用低膨脹的合金作為基體和采用不同粒徑的顆粒制備高體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。復(fù)合材料的導(dǎo)熱率達(dá)到℃,高于基體的導(dǎo)熱率(基體的導(dǎo)熱率為·℃)。

國創(chuàng)（淄博）中心鋁基復(fù)合材料應(yīng)用在汽車領(lǐng)域

底盤系統(tǒng)（主要包括轉(zhuǎn)向、懸架及制動系統(tǒng)）輕量化是整車輕量化實施性價比最高的領(lǐng)域，同等簧下質(zhì)量輕量化是簧上質(zhì)量輕量化的10-15倍，而制動盤是底盤系統(tǒng)中質(zhì)量最重的部件。國創(chuàng)（淄博）中心在國內(nèi)市場處于空白狀態(tài)的情況下，用創(chuàng)新求突破，用創(chuàng)新出特色，用創(chuàng)新上水平。研制出鋁基復(fù)合材料的高效率、低成本制備技術(shù);鋁基復(fù)合材料制動盤的精密成型技術(shù);鋁基復(fù)合材料制動盤及其襯片的設(shè)計與匹配技術(shù)，并成立輕量化鋁基復(fù)合材料制動盤技術(shù)有限公司進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)化，應(yīng)用到汽車輕量化實踐中。

風(fēng)雨蒼黃百年路，高歌奮進(jìn)新征程。國創(chuàng)（淄博）中心使用鋁基復(fù)合材料成本相對較低,原材料資源豐富,制備工藝簡單。選擇適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)顆粒與基體組合可制備出性能優(yōu)異的復(fù)合材料,在汽車輕量化研究領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。在現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和技術(shù)水平的高要求下,顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料必將以其獨特優(yōu)勢在工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。但同時鋁基復(fù)合材料在未來的時間里要取得更進(jìn)一步發(fā)展,還需要進(jìn)行更多的探索和實踐。因此,淄博（國創(chuàng)）中心進(jìn)一步加強(qiáng)理論研究,建立完整的理論模型,不斷進(jìn)行實踐探索,將是今后的工作重點。

（太平洋汽車網(wǎng) 石家莊01）