复合材料在汽车制动缸中的应用研究

复合材料在汽车上的应用摘要: 概述了纤维增强树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等在汽车上的应用现状,并对复合材料在汽车上的应用前景进行了展望。

国内外现状表明,复合材料在汽车上将有广阔的应用前景,同时,也有很多问题有待解决。

1 树脂基复合材料在汽车上的应用随着汽车工业的飞速发展,节能、环保、安全日益成为当今世界汽车界的研究热点。

汽车轻量化无疑是解决这些问题的最佳途径。

而复合材料具有比模量高、比强度高、耐腐蚀、可设计性强、综合经济效益明显等优点,正日益成为汽车轻量化的首选材料,逐渐受到世界汽车生产商的青睐。

美国作为世界第一大复合材料生产与消耗国,据估算汽车用复合材料年消耗量超过70 万t,通用汽车公司、福特汽车公司、戴姆勒·克莱斯勒公司三大汽车公司以及Mack、Aero-star 等重型车厂,复合材料的使用都取得了明显收效。

在欧洲,复合材料也已经在梅赛德斯-奔驰、宝马、大众、沃尔沃、莲花、曼恩等欧洲汽车公司的各种车型中大量应用。

在中国,虽然目前复合材料年产量已达到180 万t,但在汽车工业中年用量很小,2008 年13 万t,因此具有很大的发展空间和广阔的发展前景。

常用的树脂基复合材料主要是由纤维来增强。

与金属材料相比,纤维增强塑料(FRP) 不仅质量轻、比强度高、耐腐蚀性好,生产工序简单,且能实现大批量生产,因而生产效率高,成本较低。

如果以单位体积计算,生产塑料制件的费用仅为有色金属的十分之一。

另外,FRP 还可使形状复杂的金属部件设计简单化,可将相关零件集成在一个系统零件上,达到复杂零件一次成型的目的。

如福特汽车通过将汽车发动机盖改成模塑件,可有效整合原来11 个金属部件,大大简化了生产过程。

1.1 玻璃纤维增强塑料(GFRP)GFRP 在中国俗称玻璃钢,它不仅质量稳定、资源丰富、成本低,而且吸收冲击能量的性能、耐腐蚀性能较好,降低噪音的效果较好,且设计灵活,因此是目前汽车上应用最多的树脂基复合材料,主要用于发动机、发动机周边部件及车身。

目录第一章汽车刹车盘材料................................................................... 错误！未定义书签。

1.1几种常见的汽车制动盘......................................................................................... - 1 -1.2汽车制动盘材料的种类.......................................................................................... - 2 -1.3汽车刹车盘材料的发展历程.................................................................................. - 4 -1.4汽车制动盘材料的性能要求.................................................................................. - 9 -1.5汽车制动材料需要解决的关键技术 .................................................................... - 10 - 第二章汽车制动盘材料的研究现状 ....................................................................... - 12 -2.1国内外研究现状.................................................................................................... - 13 -2.2几种目前汽车制动盘材料的分析 ....................................................................... - 15 - 第三章汽车制动盘材料发展前景............................................................................ - 25 -3.1国内外汽车制动摩擦材料发展趋势 ................................................................... - 25 -3.2 汽车制动盘的发展趋势...................................................................................... - 25 -3.3我国汽车制动盘材料的发展方向 ....................................................................... - 26 - 参考文献 ........................................................................................................................... - 27 - 致谢................................................................................................................................ - 29 -插图清单图1-1汽车制动盘 (3)图1-2汽车刹车盘几种形式 (4)图1-3石棉类制动材料 (5)图1-4金属基无石棉制动材料 (5)图1-5半金属基无石棉制动材料 (6)图1-6非金属基无石棉制动材料 (6)图1-7粉末冶金摩擦材料 (8)图1-8新型混杂纤维摩擦材料 (9)图1-9C/C复合材料 (9)图1-10新型陶瓷基摩擦材料 (11)图2-1灰铸铁材料 (18)图2-2制动盘零件与铸件图 (18)图2-3浇注系统示意图 (19)表格清单表2-1不同铝基复合材料的力学性能 (20)表2-2 3种制备工艺所得C/C-SiC复合材料的主要性能 (24)表2-3各国正在使用及研究看法的制动盘材质 (26)摘要汽车制动材料是指利用材料的摩擦性能将汽车的动能转化为热能或其他形式的能量，从而实现汽车制动的材料。

复合材料的应用复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。

在现代工业中，复合材料已经成为各个领域中不可或缺的材料之一，其应用范围涵盖了航空航天、汽车制造、建筑工程、体育器材等诸多领域。

本文将对复合材料的应用进行探讨。

首先，复合材料在航空航天领域有着广泛的应用。

由于其具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点，使得复合材料成为航空航天领域中不可或缺的材料。

在飞机制造中，复合材料被广泛应用于机身、机翼等部件的制造中，大大减轻了飞机的重量，提高了飞行效率。

在航天器制造中，复合材料也扮演着重要的角色，其在太空环境下的耐高温、耐低温、耐辐射等性能，使得航天器能够顺利完成各项任务。

其次，汽车制造领域也是复合材料的重要应用领域之一。

随着汽车工业的发展，对汽车材料的要求也越来越高，复合材料因其优异的性能而成为了汽车制造中的热门选择。

在汽车制造中，复合材料被广泛应用于车身、发动机、制动系统等部件的制造中，不仅能够减轻汽车的重量，提高燃油效率，还能够提高汽车的安全性能和舒适性能。

此外，建筑工程领域也是复合材料的重要应用领域之一。

传统的建筑材料如钢材、混凝土等存在着重量大、耐腐蚀性差等缺点，而复合材料则能够弥补这些缺点。

在建筑工程中，复合材料被广泛应用于桥梁、楼板、管道等部件的制造中，不仅能够减轻结构的自重，提高了建筑的抗震性能和耐久性能，还能够大大缩短施工周期，降低施工成本。

最后，体育器材领域也是复合材料的重要应用领域之一。

由于复合材料具有高强度、轻质等优点，使得其在体育器材制造中得到了广泛的应用。

例如，复合材料被广泛应用于高尔夫球杆、网球拍、滑雪板等器材的制造中，不仅能够提高器材的使用性能，还能够提高运动员的竞技水平。

综上所述，复合材料具有广泛的应用前景，其在航空航天、汽车制造、建筑工程、体育器材等领域中都有着重要的应用价值。

随着科技的不断进步，相信复合材料的应用领域还会不断扩大，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。

发动机汽缸电镀纳米镍钴铁复合镀层关于陶瓷汽缸陶瓷汽缸通常用镍-磷基陶瓷复合材料镀层，往复发动机由于部件的摩擦要耗费约40%的总能量，而这种能耗多半是由活塞、活塞环和气缸之间摩擦引起的，另外发动机部件还会受到如丙烷、乙醇和汽油混合物之类的腐蚀性液体的腐蚀。

为减轻这些摩擦和腐蚀性问题，日本Nihon Parkerizing公司开发了镍-磷基陶瓷复合材料（NCC）。

20世纪70年代早期，人们曾进行过铁基、镍基复合材料的电镀工艺试验，并在小型二冲程摩托车、船舶、雪地摩托车及某些豪华客车的发动机部件上少量应用。

铁基、镍基复合材料镀层均抗磨损，因镍基复合材料比铁基复合材料更抗腐蚀，被用于工作在高甲醇含量环境中部件的镀层，但是随着工作温度的增加，镍基复合材料镀层的硬度会减少，这是它的一个最大缺点。

NCC镀层（分Ni-P-hBN、Ni-P-SiC两种）中由于含有磷化物（如次磷酸、次磷酸纳等），即使在恶劣的环境和在较高温度下，也能保持较高硬度，与无磷的Ni-hBN和Ni-SiC相比，抗磨损能力优异。

NCC镀层热处理后的硬度应变化。

除了高硬度和抗腐蚀性能好以外，NCC镀层的摩擦系数还低，Ni-P-hBN由于含有优异的自身润滑性氮化硼，摩擦系数只有0.08～0.12，它比硬铬镀层的摩擦系数（润滑条件下：钛合金上的NCC摩擦系数约0.10～0.12，硬铬的摩擦系数为0.28～0.48）要低得多，使滑动部件间的磨擦损失明显减小。

经几家日本公司在它们开发的发动机上应用Ni-P-hBN镀层表明，抗腐蚀性能优异，有取代铸铁缸套的趋势，能使缸壁温度、油耗、车质量均有不同程度改观，同时发动机转矩和功率增加约3.5%。

为此，NCC镀层有助于轻量、高效、低耗发动机的开发。

日本丰田发动机公司曾验证过两个未来全铝发动机设计方案：1）采用NCC铝缸套与常规的亚共晶A1（AA319或356）合金活塞组合，以防止气缸与活塞间卡死和磨损；2）无缸套组合，过共晶高硅A2（AA390）合金缸体（或MMC缸体）与铁-磷电镀活塞组合以抗磨损。

复合材料在汽车的应用在汽车制造中，复合材料主要应用于车身、底盘、发动机等重要部件。

其主要好处在于具有较高的比强度、较低的比重和良好的抗腐蚀性能。

下面将就几个典型的应用领域进行详细介绍。

首先，复合材料在汽车车身方面应用广泛。

由于复合材料具有较高的比强度和较低的比重，可以显著降低车身重量，提高汽车的燃油经济性能。

此外，复合材料车身还能够提供更好的碰撞安全性能，增加车辆乘坐者的安全性。

许多高档汽车品牌已经采用了碳纤维复合材料来制造车身，使得车辆更加轻盈且具有更好的驾驶性能。

其次，复合材料在底盘方面也有广泛应用。

底盘是汽车的重要组成部分，承担着车身和发动机的重量以及悬挂系统的负荷。

复合材料底盘具有较高的刚度和强度，能够提供更好的悬挂系统性能和操控稳定性。

此外，复合材料底盘还具有较好的吸震性能，能够减少驾乘者的颠簸感和疲劳感，提高车辆的乘坐舒适性。

第三，发动机部件中的复合材料应用也越来越多。

例如，复合材料可以用于制造发动机罩和进气道等部件，以提高发动机的性能和效率。

由于复合材料具有较低的热膨胀系数和较高的抗热稳定性，可以有效降低发动机在高温条件下的变形和热裂纹的发生。

此外，复合材料材质还能提供更好的隔音和隔热效果，减少发动机噪音对驾乘者的干扰。

此外，复合材料也可用于制造汽车内饰部件，如仪表盘、门板等。

由于复合材料具有良好的成型性能和表面质量，能够制造出更加精细和美观的内饰部件。

与传统的塑料材料相比，复合材料具有更高的耐磨损性和耐划伤性能，能够提高内饰部件的使用寿命。

综上所述，复合材料在汽车制造中有着广泛的应用，能够显著改善汽车的性能和重量。

随着技术的不断进步，相信复合材料在汽车制造中的应用将会更加广泛，为我们带来更安全、更环保和更高性能的汽车。

金属复合材料在机械制造中的应用金属复合材料是由两种或多种不同金属材料或金属与非金属材料组成的复合材料。

它具有优良的力学性能、导热性能、耐腐蚀性能和阻燃性能等特点。

金属复合材料在机械制造中得到广泛应用，主要包括以下方面。

一、汽车工业：金属复合材料在汽车制造中扮演着重要角色。

汽车刹车盘常采用铸铁基金属复合材料，其内部是由铁基或铁基合金制成，表面经过高温处理、泡沫陶瓷灌注或涂覆陶瓷等工艺处理。

这种材料具有高强度、高刚性、耐磨性和耐高温的特点，能够满足汽车高速行驶中长时间制动所需要的要求。

二、航空航天：在航空航天制造中，金属复合材料可用于制造发动机、航空器结构和导弹等关键部件。

这些复合材料具有低密度、高强度和高刚度的特点，能够提高航空器的载荷能力和燃料效率，同时减轻结构重量，提高机动性能和飞行速度。

三、机床制造：金属复合材料在机床制造中有广泛应用。

在高速切削加工中，刀具和夹具常常采用钨钛钢基金属复合材料，其具有高硬度、高强度和耐磨性等特点，能够提高加工效率和延长使用寿命。

机床的床身和机械零件也可以采用铸造金属复合材料，以提高机床的稳定性和精度。

四、能源装备：金属复合材料在能源装备制造中发挥重要作用。

石化设备中的加热器和换热器常采用铜铝基金属复合材料，其具有优异的导热性能和耐腐蚀性能，能够提高传热效率和延长使用寿命。

核电装备中的反应堆壳体和冷却器也可以采用钛钢基金属复合材料，以提高耐高温和耐腐蚀性能。

五、军事工业：金属复合材料在军事装备制造中具有重要地位。

坦克和装甲车辆常采用铝陶瓷基金属复合材料，其具有高硬度、高强度和耐爆性能，能够提高装甲车辆的防护能力。

导弹和火箭等武器装备中的结构材料也可以采用铝镁基金属复合材料，以提高弹道性能和战斗效能。

金属复合材料在机械制造中的应用广泛，涵盖了汽车工业、航空航天、机床制造、能源装备和军事工业等方面。

它不仅能够提高产品性能和质量，还能够提高生产效率和降低成本。

随着科学技术的进步和制造工艺的发展，金属复合材料在机械制造中的应用前景将会更加广阔。

碳纤维复合材料汽车零部件开发与应用前景汽车零部件的材料一直是制约汽车性能改善和降低车重的核心。

传统的材料主要有钢、铝和塑料等。

近年来，随着碳纤维复合材料技术的不断发展，这种材料开始逐渐在汽车行业中应用。

本文将探讨碳纤维复合材料汽车零部件的开发与应用前景。

1. 车重轻：与传统钢铝材料相比，碳纤维复合材料具有更高强度和更小密度，制成的零部件重量大大降低，即使是大型零部件也比传统材料轻。

2. 抗腐蚀：碳纤维复合材料的抗腐蚀能力很强，不容易生锈，耐酸碱和腐蚀性气体的侵蚀，可以减少保养费用和减少对环境的污染。

3. 端面设计灵活：碳纤维复合材料具有良好的可塑性和可成型性，可根据汽车的设计要求进行各种形状的设计。

4. 耐热性能好：碳纤维复合材料的耐高温性能比传统合金材料好，不易变形和脆化，可以在较高温度下保持较好的力学性能。

目前，碳纤维复合材料在汽车行业中主要应用于以下几个方面：1. 车身结构：汽车车壳结构既重要又复杂，是难以控制汽车减重的重要因素之一。

碳纤维复合材料具有较好的强度和硬度，可以用来制造车身材料。

2. 制动系统：碳纤维复合材料的高温耐性较好，因此可以用来制造制动盘和制动鼓等零部件，提高制动性能和使用寿命。

3. 引擎系统：碳纤维复合材料可以用来制造气缸盖、开关门、进气道等零部件，减轻发动机质量，提高动力性。

4. 底盘系统：碳纤维复合材料可以用来制造悬挂系统和悬架部件，提高车辆的操控性、舒适性和稳定性。

随着汽车行业的不断发展和进步，碳纤维复合材料作为新型材料的优势得到进一步的发挥。

预计在未来几年内，碳纤维复合材料在汽车行业中的应用会越来越广泛。

1. 碳纤维复合材料技术的进一步完善：碳纤维复合材料的生产技术和成本仍有待提高和完善，预计在未来几年，碳纤维复合材料技术将得到进一步的改进和完善，包括生产工艺、材料性能以及加工成本等方面。

2. 更广泛的应用领域：碳纤维复合材料的应用领域将进一步扩展。

未来，随着碳纤维复合材料技术的不断发展，这种材料有望在更多的汽车零部件中得到应用，例如风挡玻璃、座椅、方向盘、空气包装器等。

复合材料在汽车中的应用一、汽车用复合材料简单概述随着全球能源危机、环境污染等问题的重视，汽车对于重量、噪声、耗油等方面的要求的越来越高。

另一方面，高档轿车的附加功能越来越多，又会增加轿车质量。

汽车的轻量化会可以降低油耗、节约能源、保护环境、改善汽车性能。

图一展示了各类不同汽车的车重和它们的百公里油耗对比情况。

从图中可以看出汽车车重平均减少100 kg，汽车的百公里油耗减少0.7 L。

值得提醒的是，汽车部件的能耗可以从三个方面考察：原材料能耗、加工能耗和运载能耗，图一所示的只是运载能耗。

汽车轻量化设计最有效的途径就是更换新材料。

在现代的众多材料之中，聚合物基复合材料具有比强度和比模量高、耐疲劳、成本低、减振和降噪性能良好、耐腐蚀和尺寸稳定等优良性能，生产耗能只有钢材的50%-60%，是Al、Mg材料的70%-80%，其实不仅是聚合物基复合材料具有以上几点特点，用复合材料替代传统材料，普遍表现出质量小、耐腐蚀、易修补、噪声小、燃油消耗低、成型工艺方便、易回收利用，已广泛应用与制造汽车车身、车门、发动机罩、油底壳、保险杠、板弹簧和驱动轴等。

例如：美国的Pontiac Fiero轿车采用纤维增强塑料车身，车重减少了80%。

下面概述一下各种复合材料在汽车上面的应用。

图一：汽车能耗与重量关系金属基复合材料在汽车上的应用：目前应用与汽车工业的金属基复合材料主要有Al或Mg基的颗粒或者短纤维增强的材料，特点是：比强度和比刚度高，耐磨性好，导热性好，热膨胀系数低。

金属基复合材料适合制造汽车的制动器耐磨件，如制动盘等。

现在的汽车制动盘大多采用铸铁制造，但是用铝基复合材料替代铸铁可以减重50%-60%，同时制动距离短，提高导热系数，制动过程中的大量的热量能够散发出去，提高了抗热震性能。

在反复连续制动的工况下表面温度基本维持在450℃，而铸铁刹车盘表面温度高达700℃，此外，摩擦系数更为稳定。

金属基复合材料还广泛用于制造轻质连杆和活塞。