國創（淄博）中心：鋁基復合材料在汽車輕量化中的應用

　　【太平洋汽車網 行情頻道】鋁基復合材料介紹

復合材料是應現代科學發展需求而涌現出的具有強大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質不同的材料通過各種工藝手段復合而成。復合材料可分為三類：聚合物基復合材料（PMCs）、金屬基復合材料（MMCs）、陶瓷基復合材料（CMCs）。金屬基復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合材料的基體，鋁基復合材料的增強物可以是連續的纖維，也可以是短纖維，也可以是從球形到不規則形狀的顆粒。目前鋁極復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。

鋁在制作復合材料上有許多特點,如質量輕、密度小、可塑性好,鋁基復合技術容易掌握,易于加工等。此外,鋁基復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,熱膨脹系數低。同其他復合材料一樣,它能組合特定的力學和物理性能,以滿足產品的需要。因此,鋁基復合材料已成為金屬基復合材料中最常用的、最重要的材料之一。

鋁基復合材料的性能優點

鋁基復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,鋁基復合材料具有許多優良的性能。

2.1 低密度

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

2.2 良好的尺寸穩定性

許多增強物都具有很小的熱膨脹系數,加入相當含量的增強物可降低材料膨脹系數,從而得到熱膨脹系數小、尺寸穩定性好的鋁基復合材料。

2.3強度、模量與塑性

增強體的加入在提高鋁基復合材料強度和模量的同時,降低了塑性。大量研究表明,增強的鋁基復合材料較相應的鋁-硅合金具有較高的強度,并隨著體積分數的增大,其強度和模量均有較大程度的提高,而塑性卻降低,且在復合材料中加入更為細小的彌散質點和可以明顯提高復合材料的強度。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化組合,就使金屬基復合材料具有各種特殊性能和優異的綜合性能。

2.4耐磨性

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

2.5疲勞與斷裂韌性

鋁基復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合狀態、基體與增強物本身的特性和增強物在基體中的分布等。界面結合狀態良好,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合材料中都難以避免,為了有效降低復合材料的熱膨脹系數,使其與半導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的復合材料。復合材料的導熱率達到℃,高于基體的導熱率(基體的導熱率為·℃)。

國創（淄博）中心鋁基復合材料應用在汽車領域

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

風雨蒼黃百年路，高歌奮進新征程。國創（淄博）中心使用鋁基復合材料成本相對較低,原材料資源豐富,制備工藝簡單。選擇適當的增強顆粒與基體組合可制備出性能優異的復合材料,在汽車輕量化研究領域具有很大的發展潛力和應用前景。在現代工業的高速發展和技術水平的高要求下,顆粒增強鋁基復合材料必將以其獨特優勢在工業領域占據重要位置。但同時鋁基復合材料在未來的時間里要取得更進一步發展,還需要進行更多的探索和實踐。因此,淄博（國創）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 石家莊01）