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

許多增強物都具有很小的熱膨脹系數(shù),加入相當(dāng)含量的增強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強度、模量與塑性

增強體的加入在提高鋁基復(fù)合材料強度和模量的同時,降低了塑性。大量研究表明,增強的鋁基復(fù)合材料較相應(yīng)的鋁-硅合金具有較高的強度,并隨著體積分數(shù)的增大,其強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小的彌散質(zhì)點和可以明顯提高復(fù)合材料的強度。另外增強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)的特點之一。增強顆粒體積分數(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,顆粒體積分數(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:增強物與基體的界面結(jié)合狀態(tài)、基體與增強物本身的特性和增強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,并阻止裂紋擴展,提高材料的斷裂韌性。

2.6熱性能

增強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數(shù)的復(fù)合材料。復(fù)合材料的導(dǎo)熱率達到℃,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)脑鰪婎w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一步發(fā)展,還需要進行更多的探索和實踐。因此,淄博（國創(chuàng)）中心進一步加強理論研究,建立完整的理論模型,不斷進行實踐探索,將是今后的工作重點。

（太平洋汽車網(wǎng) 石家莊01）