高速列车的制动盘及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高速列车的制动盘及其制备方法和应用，涉及刹车盘结构技术领域。包括基体以及基体表面依次沉积的过渡层和制动面涂层，基体的材料为钛合金，过渡层包括V涂层和Cu涂层，制动面涂层的材料包括Ni基合金。通过采用钛合金作为制动盘的基体材料，显著降低了制动盘的重量，有利于列车降低能耗及行驶安全。再在基体表面设计包括Ni基合金材料的制动面涂层，使得制动盘具有良好的耐磨性和导热性，制得的制动盘能够满足高速列车的使用需求。进一步地，过渡层与基体和制动面涂层之间可以形成钛

【技术实现步骤摘要】
高速列车的制动盘及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及刹车盘结构
，具体而言，涉及一种高速列车的制动盘及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前轨道交通车辆上使用的制动盘材料主要为铸铁和锻钢，但是铸铁和锻钢制动盘的质量较大，制动盘的质量增加，则列车运行过程中的牵引消耗增加，运输成本增加，同时也会限定车辆的运行速度，增加噪声污染，对列车的运行稳定性和安全性具有重要影响。此外，在高速制动过程中，制动盘将承受巨大的热负荷，较大的温度梯度将引起较高的热应力，要求具有抗热裂纹能力；同时要求具有一定的摩擦系数，较好的耐磨性；制动盘作为对列车行驶安全起着至关重要作用的基础制动装置，直接影响列车的行车安全。
[0003]随着轨道交通行业的发展，高速列车逐步向高速、轻质等方向发展，轻量化成为了轨道交通装备升级的必经之路，减重不仅能够降低列车运行过程中的牵引消耗，节约运输成本，而且还能提高地铁的运行速度，减小噪声污染，同时还对提高列车运行稳定性和安全性具有重要影响。
[0004]近年来，具有较高比强度、耐腐蚀性好以及耐热性高特性的钛合金，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件而受到广泛关注。但钛合金耐磨性差、导热性差，因此无法达到高速列车制动盘使用需求。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高速列车的制动盘及其制备方法和应用。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种高速列车的制动盘，包括基体以及基体表面依次沉积的过渡层和制动面涂层，基体的材料为钛合金，过渡层包括V涂层和Cu涂层，制动面涂层的材料包括Ni基合金。
[0009]在可选的实施方式中，过渡层沿基体到制动面涂层的方向上依次为V涂层和Cu涂层。
[0010]优选地，V涂层和Cu涂层均分别为两层。
[0011]优选地，每层V涂层的厚度为0.5～1.0mm，每层Cu涂层的厚度为0.5～1.0mm。
[0012]优选地，过渡层的原料均为纯金属粉末，纯金属粉末的粒径为50～150μm。
[0013]在可选的实施方式中，Ni基合金为Ni
‑
Cr耐热合金；优选地，Ni
‑
Cr耐热合金为NiCrBSi自熔合金，Ni基合金粉末的粒径为50～150μm。
[0014]优选地，制动面涂层的厚度为1.0～4.0mm。
[0015]优选地，制动面涂层和过渡层的总厚度为4.0～5.0mm。
[0016]在可选的实施方式中，钛合金包括TC4、TC6和TC11耐热钛合金中的任一种。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种如前述实施方式任一项的高速列车的制动盘的制备方法，包括采用激光熔覆技术在基体表面依次沉积过渡层和制动面涂层。
[0018]在可选的实施方式中，激光熔覆技术的参数包括：激光功率：1500～2000W，扫描速度：100～200mm/min，保护气流量：40～60L/min，光斑直径：3～4mm，搭接率：40～60％，采用同轴送粉的方式，送粉速度：10～14g/min，载气流量：5～7L/min。
[0019]在可选的实施方式中，在沉积过渡层之前还包括对基体进行喷砂。
[0020]在可选的实施方式中，喷砂处理的磨料为棕刚玉；优选地，喷砂压力为0.4～0.8MPa。
[0021]在可选的实施方式中，对基体进行喷砂后还包括对基体进行清洗。
[0022]优选地，清洗包括采用有机溶剂清洗，有机溶剂包括乙醇、甲醇中的任一种。
[0023]在可选的实施方式中，对基体进行清洗后还包括对基体进行干燥。
[0024]优选地，干燥温度80～100℃，干燥时间1.5～2.5h。
[0025]第三方面，本专利技术提供一种如前述实施方式任一项的高速列车的制动盘或如前述实施方式任一项的制备方法制得的高速列车的制动盘在机械设备中的应用。
[0026]本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术提供一种高速列车的制动盘及其制备方法和应用，通过采用钛合金作为制动盘的基体材料，显著降低了制动盘的重量，有利于列车的行驶安全。再在基体表面设计包括Ni基合金材料的制动面涂层，使得制动盘具有良好的耐磨性和导热性，制得的制动盘能够满足高速列车的使用需求。进一步地，为了保证钛合金基体与Ni基合金的制动面涂层之间具有良好的结合能力，通过V、Cu形成的过渡层，钛
‑
钒、钒
‑
铜、铜
‑
镍之间可以形成固溶体，避免钛合金基体与镍基合金制动面涂层之间大量脆性金属间化合物(Ti2Ni、Ni3Ti等)的形成，实现制动盘钛基镍面的冶金结合。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例1提供的高速列车的制动盘的原料扫描电镜图及制动盘试样实物图；
[0030]图2为本专利技术实施例1提供的高速列车的制动盘的截面形貌及硬度分布曲线图；
[0031]图3为本专利技术实施例1提供的制动面涂层表面和TC4基体的XRD图；
[0032]图4为本专利技术实施例1提供的高速列车的制动盘试样截面的EDS线扫描元素分布图；
[0033]图5为本专利技术实施例1和实施例2提供的高速列车的制动盘试样的拉伸曲线图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建
议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0035]以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。
[0036]第一方面，本专利技术提供一种高速列车的制动盘，包括基体以及基体表面依次沉积的过渡层和制动面涂层，基体的材料为钛合金，过渡层包括V涂层和Cu涂层，制动面涂层的材料包括Ni基合金。
[0037]为了提高高速列车的运行稳定性和运行安全性，制动盘的轻量化成为本领域研究的目标。专利技术人研究发现，目前高速列车制动盘材料大都使用铸钢，其单个轴装铸钢制动盘质量在76kg左右，而钛作为一种轻量化的金属材料，按照等体积替换，单个轴装制动盘质量下降到45kg左右，下降幅度接近40％。考虑到钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686～1176MPa，而密度仅为钢的60％左右，比强度高，通过采用钛合金作为基体材料，对现有制动盘进行轻量化结构优化设计，将实现制动盘的更大幅度减重。
[0038]然而，单独的钛合金基体存在耐磨性差、导热性差的问题，服役温度大多不超过500℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速列车的制动盘，其特征在于，包括基体以及基体表面依次沉积的过渡层和制动面涂层，所述基体的材料为钛合金，所述过渡层包括V涂层和Cu涂层，所述制动面涂层的材料包括Ni基合金。2.根据权利要求1所述的高速列车的制动盘，其特征在于，所述过渡层沿基体到所述制动面涂层的方向上依次为V涂层和Cu涂层；优选地，所述V涂层和Cu涂层均分别为两层；优选地，每层所述V涂层的厚度为0.5～1.0mm，每层所述Cu涂层的厚度为0.5～1.0mm；优选地，所述过渡层的原料均为纯金属粉末，所述纯金属粉末的粒径为50～150μm。3.根据权利要求1所述的高速列车的制动盘，其特征在于，所述Ni基合金为Ni
‑
Cr耐热合金；优选地，所述Ni
‑
Cr耐热合金为NiCrBSi自熔合金，所述Ni基合金的粒径为50～150μm；优选地，所述制动面涂层的厚度为1.0～4.0mm；优选地，所述制动面涂层和过渡层的总厚度为4.0～5.0mm。4.根据权利要求1所述的高速列车的制动盘，其特征在于，所述钛合金包括TC4、TC6和TC11耐热钛合金中的任一种。5.一种如权利要求1～4任一项所述的高速列车的制动...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉，刘晋，刘艳，熊心怡，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：