[發明專利]一種汽車用鋁基復合材料通風制動盤及其制備方法

在審

• 申請號: 202110097668.2
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112943830A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 沙鎮嵩;王學斌;李志強;楊智勇;韓尚林;李衛京;劉小龍;韓玉惠;韓建民
• 申請（專利權）人: 北京洛科瀚科技有限公司;北京交通大學;河北洛科瀚模具制造有限公司
• 主分類號: F16D65/12
• 分類號: F16D65/12;F16D65/847;F16D66/02;B22D18/00;C22C1/10;C22C21/00;C22C32/00
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 張彩珍

本發明涉及一種汽車用鋁基復合材料通風制動盤，該制動盤采用SiCp/A356鋁基復合材料通過反重力鑄造方法制作而成，包括第一工作盤(10)、第二工作盤(20)、連接筋(30)、安裝部(40)和弧形連接部(50)，所述第一工作盤和第二工作盤通過連接筋固定連接，第一工作盤的內側制動面(11)與第二工作盤的外側制動面(21)平行設置，所述安裝部通過弧形連接部與第二工作盤固定連接。本發明還提供一種汽車用鋁基復合材料通風制動盤的制備方法。本發明的制動盤相較灰鑄鐵材質的制動盤可以實現減重50％以上，同時因為該材料較高的熱傳導能力和蓄熱能力，可以降低制動盤的摩擦溫升，并均勻化制動盤溫度分布，避免制動盤中形成大的熱應力，防止裂紋萌生和擴展。

技術領域

本發明屬于汽車制動盤相關技術領域，特別涉及一種采用鋁基復合材料的汽車用輕質長壽命通風制動盤及其制備方法。

背景技術

汽車的制動系統對行車安全非常重要，制動系統的作用是讓行駛中的汽車進行減速和停車。制動系統的工作原理是將汽車的動能通過摩擦轉換成熱能。

汽車制動系統的制動器主要有鼓式和盤式兩種。其中，盤式制動器是敞開式的，制動過程中產生的熱量可以很快散去，擁有很好的制動效能，現在已廣泛應用于汽車上。

盤式制動器的制動盤是以端平面為摩擦工作面的圓盤形部件。制動盤可按結構分為實心盤(單片盤)與通風盤(雙片盤)。其中，通風盤是兩摩擦面間有通風道的制動盤，汽車在行使中通過風道處空氣對流，達到散熱的目的，可防止制動盤過熱，減少熱衰減以及延長使用壽命，提供更好的制動性能。通風盤內部的通道設計包括直通道、彎曲通道以及支柱式通道等。

汽車簧下質量的減輕對于車輛輕量化和節能減排的貢獻最為顯著，同時也有利于提升車輛的操控性能。制動盤是可以有效減輕車輛重量的核心部件之一，因此，有必要開發汽車用輕量化制動盤。

目前主流的汽車制動盤材料以灰鑄鐵為主，典型的牌號為HT250，但鋼鐵材料的重量偏大，不符合汽車節能減排和輕量化的趨勢。

目前可作為制動盤輕量化材料的主要有兩類：一是C/C復合材料或C/C-SiC復合材料；另一類是顆粒、晶須或纖維增強金屬基復合材料。兩種材料都具有好的輕量化特點。但C/C-SiC材料存在的主要問題是制造工藝復雜、成本高昂，在制備和成型方面都有待進一步完善。顆粒增強金屬基復合材料的制備方法包括粉末冶金法、攪拌鑄造法等。粉末冶金方法制備的SiC顆粒增強鋁基復合材料在制件的結構復雜性或靈活性有限制，材料制備和制件成型的成本較高。近年來發展較快的是攪拌鑄造方法制備SiCp/A356復合材料，即碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。

SiCp/A356鋁基復合材料具有高的比強度和比剛度、導熱性好、熱容量高、耐磨性好等優點，與C/C-SiC復合材料相比，其材料制備和成型工藝過程相對簡單，成本優勢明顯。選用含SiC顆粒增強的SiCp/A356鋁基復合材料作為汽車輕量化制動盤材料，有望實現制動盤減重30％-50％，還可以延長使用壽命、減少運用成本、提高安全可靠性，實現無噪聲綠色制動，特別適用于新能源汽車制動盤。當然，與傳統的鋼鐵材料比，SiCp/A356鋁基復合材料也存在熔點低、膨脹系數大、液態流動性差等問題，由此導致不能承受較高的摩擦制動溫度以及較大的熱應力等。此外，在采用鑄造成型時，也需要考慮設計良好的順序凝固工藝。

經對現有技術進行檢索，中國專利CN 209067715 U“一種汽車制動盤”給出了一種沿工作部的周向呈螺旋形分布的風道設計，能夠提升通風效率，降低制動盤溫度，同時通過減小盤體厚度的方式減重，實現輕量化。該技術方案存在的幾個問題包括：通過減少盤體厚度的方式所能達到的減重效果有限，且不利于發揮材料的蓄熱能力；螺旋形散熱風道設計使得制動盤不同部位空氣流速差別大、換熱系數差別大，從而導致制動盤不同部位溫度差別大，溫度均勻性差，易形成大的熱應力，導致熱裂；而且，密集的螺旋形風道不易鑄造成型、難于清理。