[發明專利]一種制動盤及其制備方法

有效

• 申請號: 201711111775.6
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107917160B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 齊霖;齊丕驤
• 申請（專利權）人: 寧波海瑞時新材料有限公司
• 主分類號: F16D69/02
• 分類號: F16D69/02;B22D18/02;B22D19/02;C22F1/04
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 謝瀟

1.一種制動盤，用于機動車輛、軌道交通和飛行器的制動系統，該制動盤包括制動盤本體，所述的制動盤本體為鋁合金制動盤本體，所述的鋁合金制動盤本體的兩個工作面上分別復合有一層耐磨層，其特征在于：所述的耐磨層為陶瓷-耐高溫金屬復合增強材料耐磨層，所述的陶瓷-耐高溫金屬復合增強材料耐磨層通過擠壓鑄造工藝與所述的鋁合金制動盤本體冶金結合；所述的陶瓷-耐高溫金屬復合增強材料的組成包括質量比為(1～30)：(10～60)：(10～70)的陶瓷纖維材料、耐高溫金屬骨架材料和陶瓷顆粒材料；所述的陶瓷纖維材料包括氧化鋁纖維、硅酸鋁纖維、二氧化硅纖維、氧化鋯纖維、碳化硅纖維、石墨纖維和碳纖維中的一種或多種，所述的耐高溫金屬骨架材料為泡沫金屬或耐高溫金屬纖維，所述的耐高溫金屬纖維包括鐵基合金纖維、鎳基合金纖維、銅基合金纖維、不銹鋼纖維、鋼棉纖維、鈦基合金纖維和鈷基合金纖維中的一種或多種，所述的陶瓷顆粒材料包括粉煤灰顆粒、礦渣微粉顆粒、碳化硅顆粒、二氧化硅顆粒、氮化硼顆粒、鋯英粉顆粒、棕剛玉顆粒、氧化鋯顆粒、硅酸鋯顆粒和氧化鉻顆粒中的一種或多種。

2.根據權利要求1所述的一種制動盤，其特征在于：兩層所述的耐磨層分別為一體設置的板狀或由多塊子板拼接而成的板狀，兩層所述的耐磨層經支撐筋上下相連，所述的支撐筋由所述的耐高溫金屬骨架材料制成，兩層所述的耐磨層和所述的支撐筋通過擠壓鑄造工藝與所述的鋁合金制動盤本體冶金結合。

3.根據權利要求2所述的一種制動盤，其特征在于：所述的支撐筋包括多個支撐單元，每個所述的支撐單元的上部和下部分別一體設置有若干個連接端，兩層所述的耐磨層上開設有與所述的若干個連接端相適配的若干個插孔，一個所述的連接端插設在一個所述的插孔內，多個支撐單元沿兩層所述的耐磨層的周向間隔設置。

4.根據權利要求2所述的一種制動盤，其特征在于：所述的鋁合金制動盤本體為通風制動盤本體，所述的鋁合金制動盤本體包括制動外盤和制動內盤，所述的制動外盤和所述的制動內盤通過連接筋相連，所述的制動外盤和所述的制動內盤的工作面上分別復合有一層所述的耐磨層。

5.根據權利要求1所述的一種制動盤，其特征在于：所述的陶瓷顆粒材料中混合有輔助增強顆粒，所述的輔助增強顆粒為石墨顆粒和/或鋼渣顆粒。

6.根據權利要求5所述的一種制動盤，其特征在于：所述的鋼渣顆粒為氧化鐵顆粒、氧化鋅顆粒、氧化鈣顆粒、氧化鎂顆粒、氧化鋁顆粒和氧化鈦顆粒中的一種或多種。

7.根據權利要求1所述的一種制動盤，其特征在于：所述的泡沫金屬為泡沫銅、泡沫鐵、泡沫鎳或泡沫鐵鎳。

8.根據權利要求1所述的一種制動盤，其特征在于：所述的陶瓷纖維材料的直徑為5～15μm、長度為0.8～2.8mm，所述的耐高溫金屬纖維的直徑為0.01～2mm，所述的陶瓷顆粒材料的粒度為5～200μm、莫氏硬度為5～9，所述的泡沫金屬的孔隙度為10～60ppi。

9.根據權利要求1所述的一種制動盤，其特征在于：所述的耐磨層的厚度為2～15mm。

10.權利要求1-9中任一項所述的制動盤的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1)原料制備：按質量分數計，以(1～30)：(10～60)：(10～70)的質量比準備干燥的陶瓷纖維材料、耐高溫金屬骨架材料和陶瓷顆粒材料；

2)耐高溫金屬預制件骨架的制作：將泡沫金屬用機械加工的手段，加工出與所述的耐磨層的形狀大小相匹配的兩片板料，得到耐高溫金屬預制件骨架，或者，將耐高溫金屬纖維均勻分兩次平鋪至與耐磨層的形狀大小相適配的模具中并壓實，得到兩片耐高溫金屬預制件骨架；

3)陶瓷-耐高溫金屬復合增強材料耐磨層預制件的制作：將步驟2)中得到的耐高溫金屬預制件骨架置于預制件模具中，再按質量分數計，將步驟1)中準備的陶瓷纖維材料和陶瓷顆粒材料與低溫粘合劑和高溫粘合劑以(1～30)：(10～70)：(0.5～8)：(0.5～10)的質量比混合均勻，得到陶瓷漿料，其中，所述的低溫粘合劑是濃度為3～20％的羧甲基纖維素水溶液，所述的高溫粘合劑是濃度為10～60％的硅溶膠溶液；然后將得到的陶瓷漿料澆入所述的預制件模具中，經加壓至20～30MPa、抽真空至1×10^-2Pa，去水、壓制成陶瓷-耐高溫金屬復合增強材料耐磨層預制件半成品，再對該預制件半成品進行60～200℃/10～20h的烘干處理和700～1000℃/2.5～4h的燒結處理，得到陶瓷-耐高溫金屬復合增強材料耐磨層預制件成品；

4)將步驟3)中得到的陶瓷-耐高溫金屬復合增強材料耐磨層預制件成品置于擠壓鑄造模具的下模內，然后熔煉鋁合金，再將熔融狀態的鋁合金液澆入與制動盤的形狀尺寸相適配的擠壓鑄造模具的下模內，之后將擠壓鑄造模具的上模與下模合模，進行擠壓鑄造，擠壓鑄造的壓力為50～150MPa，上模和下模的溫度為100～250℃，合模后保壓10～60秒后開模取件，得到制動盤毛坯；

5)將步驟4)中得到的制動盤毛坯固溶處理480～535℃，保溫5～7小時，然后在水溫60℃以上的水中進行淬火處理，最后時效處理150～180℃，保溫4～8小時，得到制動盤半成品；

6)制動盤半成品的機械加工：按圖紙要求對制動盤半成品進行機械加工后，制成制動盤成品。