一种制动盘及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种制动盘，用于机动车辆、轨道交通和飞行器的制动系统，该制动盘包括制动盘本体，制动盘本体为铝合金制动盘本体，铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合有一层耐磨层，耐磨层为陶瓷‑耐高温金属复合增强材料耐磨层，陶瓷‑耐高温金属复合增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与铝合金制动盘本体冶金结合；本发明专利技术制动盘的重量轻、强度高、耐磨性和散热性好，使用寿命长，重量和寿命与碳陶盘相近，加工成本和维护成本低，使用寿命在30万公里以上，使用成本接近球铁盘，能够改善机动车辆、轨道交通和飞行器的通过性能并缩短刹车距离，提高安全性，适于自动化大批量生产。

A brake disc and its preparation method

The invention discloses a brake disc brake system for motor vehicles, rail transportation and aircraft, including the brake disc brake disc brake disc body, the body is Aluminum Alloy brake disc body, two working face Aluminum Alloy brake disc body are respectively combined with a layer of wear-resistant layer, wear-resistant layer for resistant ceramic high temperature metal composite reinforced material wear-resisting layer, high temperature resistant ceramic metal composite reinforced material wear-resisting layer by extrusion casting technology combined with Aluminum Alloy brake disc body metallurgy; the invention of the brake disc of light weight, high strength, wear resistance and good heat dissipation, long service life, and life and similar weight of carbon ceramic disc, processing cost and the maintenance cost is low, the service life of more than 300 thousand kilometers, close to the cost of ductile iron disc, can improve the motor vehicles, rail transportation and aircraft through performance and shorten the braking distance In order to improve safety, it is suitable for automation in mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种制动盘及其制备方法
本专利技术涉及一种机动车辆、轨道交通和飞行器等的制动系统的关键零部件，具体是一种制动盘及其制备方法。
技术介绍
制动盘（又称刹车盘或刹车碟），是机动车辆、轨道交通和飞行器上重要的安全零部件。制动盘通过与刹车片之间的摩擦，将机械能转化为热能，使行驶中的轮子刹住，因而能否可靠地制动非常重要，若紧急情况下发生刹车失灵，将会产生安全事故，甚至造成车毁人亡。因此，制动盘是非常重要的安全件。当前，“节能、环保、轻量化”已是机动车辆、轨道交通和飞行器的重要发展方向，因而制动盘的轻量化更有其重要意义。因为制动盘属于簧下重量，经研究显示，其重量的减轻，相对于簧上重量起到3~5倍的减重效果。现在，国内外的制动盘主要有两种，一种是机动车辆和轨道交通中大量使用的球墨铸铁制动盘（简称球铁盘），另一种是豪华机动车辆和飞行器上应用的碳纤维陶瓷制动盘（简称碳陶盘）。球铁盘采用球墨铸铁材料整体重力铸造而成，其耐磨性和力学性能好，铸造工艺成熟，可成形复杂通风孔，价格较低，适合大批量生产。而碳陶盘是将碳纤维材料浸入树脂胶后通过高温固化而得来，价格非常昂贵，只装备了飞行器和少量的豪车。球铁盘有下列不足处：1、球墨铸铁密度高，达到7.3g/cm3左右，如一只汽车用Φ355mm的制动盘重达11.78Kg左右（相当于35.34~58.9Kg的簧载重量），一辆车需4只，因此其非簧载重量较大，无疑会明显增加车辆油耗，降低车辆机动性能，此外，相关部件拆装、维修较困难；2、铸铁的导热性较差，刹车时磨擦产生的热量散发慢，易造成刹车系统因温升过高而工作失灵；3、铸铁制动盘一般用砂型铸造，铸件尺寸精度、表面光洁度差，内部缩松气孔不易控制，且铸造所需要的能耗高，对环境的污染大。虽然碳陶盘的重量只有球铁盘的一半左右，但是由于其原材料价格昂贵、制造设备和工艺复杂，因此其价格约是球铁盘的50倍以上。综上所述，开发一种更安全可靠、轻重量、长寿命和低使用成本的制动盘是当前机动车辆、轨道交通和飞行器等行业发展的急需。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种制动盘及其制备方法，该制动盘的性能满足机动车辆、轨道交通和飞行器等的制动系统的制动要求，重量和寿命与碳陶盘相近，使用寿命在30万公里以上，使用成本接近球铁盘，适于自动化大批量生产。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种制动盘，用于机动车辆、轨道交通和飞行器的制动系统，该制动盘包括制动盘本体，所述的制动盘本体为铝合金制动盘本体，所述的铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合有一层耐磨层，所述的耐磨层为陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层，所述的陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与所述的铝合金制动盘本体冶金结合；所述的陶瓷-耐高温金属复合增强材料的组成包括质量比为（1～30）：（10~60）：（10～70）的陶瓷纤维材料、耐高温金属骨架材料和陶瓷颗粒材料；所述的陶瓷纤维材料包括氧化铝纤维、硅酸铝纤维、二氧化硅纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维、石墨纤维和碳纤维中的一种或多种，所述的耐高温金属骨架材料为泡沫金属或耐高温金属纤维，所述的耐高温金属纤维包括铁基合金纤维、镍基合金纤维、铜基合金纤维、不锈钢纤维、钢棉纤维、钛基合金纤维和钴基合金纤维中的一种或多种，所述的陶瓷颗粒材料包括粉煤灰颗粒、矿渣微粉颗粒、碳化硅颗粒、二氧化硅颗粒、氮化硼颗粒、锆英粉颗粒、棕刚玉颗粒、氧化锆颗粒、硅酸锆颗粒和氧化铬颗粒中的一种或多种。本专利技术制动盘，其制动盘本体由铝合金制成，铝合金密度低，可大幅减轻制动盘的重量，与同等尺寸型号的传统铸铁制动盘相比，本专利技术制动盘可减重50%以上，从而可增加机动车辆、轨道交通和飞行器的有效载荷，降低油耗；本专利技术制动盘通过选择性的局部强化，在铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合有一层耐磨层，耐磨层为陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层，其耐磨性优于铸铁，尺寸精度易于控制，有利于延长制动盘的使用寿命，可确保制动盘的使用寿命在30万公里以上，并降低制动盘的原料成本和加工成本，同时铝合金的导热性也明显优于铸铁，有利于提高制动盘的散热性。耐高温金属骨架材料可以提高制动盘的高温强度和韧性，降低其热膨胀系数，保证制动盘在高温下受力不变形。本专利技术制动盘的重量轻、强度高、耐磨性和散热性好，使用寿命长，重量和寿命与碳陶盘相近，加工成本和维护成本低，使用成本接近球铁盘，能够改善机动车辆、轨道交通和飞行器的通过性能并缩短刹车距离，提高安全性，适于自动化大批量生产。作为优选，两层所述的耐磨层分别为一体设置的板状或由多块子板拼接而成的板状，两层所述的耐磨层经支撑筋上下相连，所述的支撑筋由所述的耐高温金属骨架材料制成，两层所述的耐磨层和所述的支撑筋通过挤压铸造工艺与所述的铝合金制动盘本体冶金结合。支撑筋可增加耐磨层与铝合金制动盘本体的接触面积和连接强度，确保耐磨层的耐磨效果。进一步地，所述的支撑筋包括多个支撑单元，每个所述的支撑单元的上部和下部分别一体设置有若干个连接端，两层所述的耐磨层上开设有与所述的若干个连接端相适配的若干个插孔，一个所述的连接端插设在一个所述的插孔内，多个支撑单元沿两层所述的耐磨层的周向间隔设置。或者，所述的铝合金制动盘本体为通风制动盘本体，所述的铝合金制动盘本体包括制动外盘和制动内盘，所述的制动外盘和所述的制动内盘通过连接筋相连，所述的制动外盘和所述的制动内盘的工作面上分别复合有一层所述的耐磨层。作为优选，所述的陶瓷颗粒材料中混合有辅助增强颗粒，所述的辅助增强颗粒为石墨颗粒和/或钢渣颗粒。进一步地，所述的钢渣颗粒为氧化铁颗粒、氧化锌颗粒、氧化钙颗粒、氧化镁颗粒、氧化铝颗粒和氧化钛颗粒中的一种或多种。作为优选，所述的泡沫金属为泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍或泡沫铁镍。作为优选，所述的陶瓷纤维材料的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的耐高温金属纤维的直径为0.01~2mm，所述的陶瓷颗粒材料的粒度为5～200μm、莫氏硬度为5~9，所述的泡沫金属的孔隙度为10~60ppm。作为优选，所述的耐磨层的厚度为2～15mm。选择适宜厚度的耐磨层，在保证制动盘整体的导热性、耐磨性及使用寿命前提下，可降低成本。上述制动盘的制备方法，包括以下步骤：1）原料制备：按质量分数计，以（1～30）：（10~60）：（10～70）的质量比准备干燥的陶瓷纤维材料、耐高温金属骨架材料和陶瓷颗粒材料；2）耐高温金属预制件骨架的制作：将泡沫金属用机械加工的手段，加工出与所述的耐磨层的形状大小相匹配的两片板料，得到耐高温金属预制件骨架，或者，将耐高温金属纤维均匀分两次平铺至与耐磨层的形状大小相适配的模具中并压实，得到两片耐高温金属预制件骨架；3）陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层预制件的制作：将步骤2）中得到的耐高温金属预制件骨架置于预制件模具中，再按质量分数计，将步骤1）中准备的陶瓷纤维材料和陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂以（1～30）：（10~70）：（0.5～8）：（0.5~10）的质量比混合均匀，得到陶瓷浆料，其中，所述的低温粘合剂是浓度为3～20%的羧甲基纤维素水溶液，所述的高温粘合剂是浓度为10～60%的硅溶胶溶液；然后将得到的陶瓷浆料浇入所述的预制件模具中，经加压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制动盘，用于机动车辆、轨道交通和飞行器的制动系统，该制动盘包括制动盘本体，所述的制动盘本体为铝合金制动盘本体，所述的铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合有一层耐磨层，其特征在于：所述的耐磨层为陶瓷‑耐高温金属复合增强材料耐磨层，所述的陶瓷‑耐高温金属复合增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与所述的铝合金制动盘本体冶金结合；所述的陶瓷‑耐高温金属复合增强材料的组成包括质量比为（1～30）：（10~60）：（10～70）的陶瓷纤维材料、耐高温金属骨架材料和陶瓷颗粒材料；所述的陶瓷纤维材料包括氧化铝纤维、硅酸铝纤维、二氧化硅纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维、石墨纤维和碳纤维中的一种或多种，所述的耐高温金属骨架材料为泡沫金属或耐高温金属纤维，所述的耐高温金属纤维包括铁基合金纤维、镍基合金纤维、铜基合金纤维、不锈钢纤维、钢棉纤维、钛基合金纤维和钴基合金纤维中的一种或多种，所述的陶瓷颗粒材料包括粉煤灰颗粒、矿渣微粉颗粒、碳化硅颗粒、二氧化硅颗粒、氮化硼颗粒、锆英粉颗粒、棕刚玉颗粒、氧化锆颗粒、硅酸锆颗粒和氧化铬颗粒中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种制动盘，用于机动车辆、轨道交通和飞行器的制动系统，该制动盘包括制动盘本体，所述的制动盘本体为铝合金制动盘本体，所述的铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合有一层耐磨层，其特征在于：所述的耐磨层为陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层，所述的陶瓷-耐高温金属复合增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与所述的铝合金制动盘本体冶金结合；所述的陶瓷-耐高温金属复合增强材料的组成包括质量比为（1～30）：（10~60）：（10～70）的陶瓷纤维材料、耐高温金属骨架材料和陶瓷颗粒材料；所述的陶瓷纤维材料包括氧化铝纤维、硅酸铝纤维、二氧化硅纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维、石墨纤维和碳纤维中的一种或多种，所述的耐高温金属骨架材料为泡沫金属或耐高温金属纤维，所述的耐高温金属纤维包括铁基合金纤维、镍基合金纤维、铜基合金纤维、不锈钢纤维、钢棉纤维、钛基合金纤维和钴基合金纤维中的一种或多种，所述的陶瓷颗粒材料包括粉煤灰颗粒、矿渣微粉颗粒、碳化硅颗粒、二氧化硅颗粒、氮化硼颗粒、锆英粉颗粒、棕刚玉颗粒、氧化锆颗粒、硅酸锆颗粒和氧化铬颗粒中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种制动盘，其特征在于：两层所述的耐磨层分别为一体设置的板状或由多块子板拼接而成的板状，两层所述的耐磨层经支撑筋上下相连，所述的支撑筋由所述的耐高温金属骨架材料制成，两层所述的耐磨层和所述的支撑筋通过挤压铸造工艺与所述的铝合金制动盘本体冶金结合。3.根据权利要求2所述的一种制动盘，其特征在于：所述的支撑筋包括多个支撑单元，每个所述的支撑单元的上部和下部分别一体设置有若干个连接端，两层所述的耐磨层上开设有与所述的若干个连接端相适配的若干个插孔，一个所述的连接端插设在一个所述的插孔内，多个支撑单元沿两层所述的耐磨层的周向间隔设置。4.根据权利要求2所述的一种制动盘，其特征在于：所述的铝合金制动盘本体为通风制动盘本体，所述的铝合金制动盘本体包括制动外盘和制动内盘，所述的制动外盘和所述的制动内盘通过连接筋相连，所述的制动外盘和所述的制动内盘的工作面上分别复合有一层所述的耐磨层。5.根据权利要求1所述的一种制动盘，其特征在于：所述的陶瓷颗粒材料中混合有辅助增强颗粒，所述的辅助增强颗粒为石墨颗粒和/或钢渣颗粒。6.根据权利要求5所述的一种制动盘，其特征在于：所述的钢渣颗粒为氧化铁颗粒、氧化锌颗粒、氧化钙颗粒、氧化镁颗粒、氧化铝颗粒和氧化钛颗粒中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的一种制动盘，其特征在于：所述的泡沫金属为泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍或泡沫铁镍。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐霖，齐丕骧，
申请(专利权)人：宁波海瑞时新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33