[發明專利]一種復合材料制動盤

有效

• 申請號: 202011011691.7
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112413012B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 譚東;夏少華;李婁明;李向平;張士琦;高紅梅
• 申請（專利權）人: 中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司
• 主分類號: F16D65/12
• 分類號: F16D65/12;B22C9/06;B22C9/22;B22D1/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 劉磊;柯婷婷

本發明提供了一種復合材料制動盤，包括起承載作用的基體層、提供摩擦制動力的復合層，該基體層和復合層通過冶金結合方式彼此結合，在基體層和復合層彼此結合的界面處生成過渡層，過渡層中形成有連接基體層和復合層的強化結構。該發明的復合材料制動盤一方面提高復合層的增強顆粒體積分數，增加耐磨性，避免基體層再加入陶瓷顆粒，增加基體層的強度、延伸率，降低失效風險，增加基體層的熱傳導能力，將摩擦層產生的熱量傳遞到空氣中，降低制動盤整體溫升；另一方面，相對于現有技術中鋁合金基體層和耐磨層以機械結合方式連接，本發明的復合材料制動盤在基體層與復合層之間以冶金結合方式生成過渡層，提高了基體層與復合層之間的結合力，減少了復合層與基體層之間在冷熱疲勞過程中開裂等失效的風險。

技術領域

本發明涉及制動盤領域，具體而言，涉及一種復合材料制動盤。

背景技術

隨著環境保護壓力的不斷增大，節能減排、減少環境污染已成為當今的基本國策。而減輕軌道交通車輛重量，減少因頻繁的啟動、制動所產生的能源消耗及排放，是實現節能減排最有效的方法之一。目前減輕軌道交通車輛重量的主要途徑之一是使用新型輕質材料制動盤替代傳統的鋼、鐵材料制動盤，以減輕運行車輛簧下零部件材料的重量，保持理想的簧上簧下重量比。目前的輕質材料制動盤主要有碳/碳纖維復合材料、陶瓷復合材料和鋁基復合材料制動盤等。

其中，現有鋁基復合材料制動盤主要為陶瓷顆粒增強鋁基復合材料制動盤，例如SiC顆粒增強鋁基復合材料制動盤，制動盤整體為同一種材料。其主要采用真空攪拌鑄造方法進行制備。利用該方法制備的鋁基復合材料制動盤存在如下技術問題：

第一，提高陶瓷顆粒的加入量雖然可以改善鋁基復合材料制動盤的耐磨性，但同時會降低韌性而影響其綜合力學性能，同時影響鋁基復合材料的成型性能而導致澆注不足或氣孔夾渣的缺陷。鑒于上述原因，目前現有技術中采用真空攪拌鑄造方法制備的陶瓷顆粒增強鋁基復合材料制動盤的陶瓷顆粒加入量約為20％，難以滿足耐磨性的要求。

第二，真空攪拌鑄造設備對工藝控制水平要求較高，所制備的陶瓷顆粒增強鋁基復合材料制動盤容易產生氣孔、夾渣及陶瓷顆粒偏析等缺陷；

第三，真空攪拌鑄造法制備鋁基復合材料時，由于使用價格昂貴的真空攪拌制造設備而需要較大的投資。

為了解決整體式鋁基復合材料制動盤的缺陷，目前制動盤發展的新趨勢是采用鋁合金制作基體，同時出于提高耐磨性和耐高溫性的考慮，在鋁合金基體上設置一層耐磨層，耐磨層與鋁合金基體層材料不相同。如公開號為CN204852099U的中國專利公開了一種汽車制動盤，制動盤本體由鋁合金制成，在制動盤本體的工作面上覆蓋有一層耐磨層來提高制動盤的耐磨性能。但由于耐磨層的隔熱性能有限，頻繁制動使得耐磨層溫度急劇升高，導致鋁合金基體產生膨脹。耐磨層與鋁合金基體熱膨脹系數的不匹配會影響兩者的結合強度，使得耐磨層易脫落，影響列車行駛安全。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種復合材料制動盤，既能解決整體式鋁基復合材料制動盤的缺陷問題，又能解決基體與耐磨層的結合力差的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種復合材料制動盤，包括基體層、復合層，基體層和復合層通過冶金結合方式彼此結合，在基體層和復合層彼此結合的界面處生成過渡層，過渡層中形成有連接基體層和復合層的強化結構。

根據本發明的另一個方面，提供了一種復合材料制動盤，包括基體層、復合層，基體層和復合層通過冶金結合方式彼此結合，在基體層和復合層彼此結合的界面處生成過渡層，過渡層具有重新構建的金相組織，金相組織具有不同于基體層的金相組織和復合層的金相組織，以使得基體層與復合層之間產生結合力。

進一步地，強化結構為使得基體層和復合層彼此相互進入的結構。

進一步地，過渡層中具有球狀或類球狀的硅相。

進一步地，硅相長度≤10μm，硅相的球度為20％～100％。