本發(fā)明屬于機(jī)動(dòng)車及電氣化鐵道車輛制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種耐磨制動(dòng)盤、制動(dòng)鼓的制備方法及所制得的制動(dòng)盤、制動(dòng)鼓。

背景技術(shù)：

制動(dòng)盤、制動(dòng)鼓是汽車或其它車輛剎車系非常重要的部件，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到車輛的安全性能。目前大多數(shù)制動(dòng)盤和制動(dòng)鼓是由鑄鐵制成，但鑄鐵耐磨性較差，散熱效果不好，高速行駛的情況下如果緊急剎車，制動(dòng)盤或鼓的溫度會(huì)急劇升高，高溫會(huì)使制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓本身出現(xiàn)熱衰退效應(yīng)，耐磨性降低，摩擦系數(shù)降低，制動(dòng)距離延長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致制動(dòng)失效；另外鑄鐵制動(dòng)盤、制動(dòng)鼓質(zhì)量大，增加了整車的能耗。當(dāng)前在一些賽車上配置的制動(dòng)盤采用碳纖維增強(qiáng)耐磨層復(fù)合材料制成，這種制動(dòng)盤雖然質(zhì)量較輕，但存在低溫剎車性能差、碳纖維易脫落、使用壽命短、價(jià)格昂貴等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種質(zhì)量輕、耐磨性好、使用壽命長(zhǎng)的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓制造方法及這種方法制成的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種耐磨制動(dòng)盤、制動(dòng)鼓的制備方法，包括以下步驟：

加工制動(dòng)盤、制動(dòng)鼓：采用高強(qiáng)度鋁合金或鎂合金作為基材，進(jìn)行毛坯鍛造或鑄造后按照?qǐng)D紙機(jī)械加工成車輛所需的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓形狀；

吊裝制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓，并用導(dǎo)線電性連接于制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓基體；

配置溶液：選擇Na₂SiO₃·5H₂O、Na₂B₄O₇、KF、CON₂H₄、C₆H₁₅NO₃、KOH，作為溶質(zhì)，選擇去離子水作為溶劑，各溶質(zhì)的配置濃度為Na₂SiO₃·5H₂O 8-15g/L、Na₂B₄O₇0.5-15g/L、KF 0.5-15g/L、CON₂H₄ 0.5-5g/L、C₆H₁₅NO₃ 0.5-20g/l、KOH 0.5-3g/L，配置的溶液置于導(dǎo)電金屬槽內(nèi)，溶液的配置量需能夠浸沒步驟一得到的制動(dòng)盤或鼓；

在制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓表面形成耐磨層：具體的將吊裝好的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓放入配置的溶液中浸沒于液面以下；采用電源為頻率100-500Hz、占空比50％的非對(duì)稱雙極性脈沖電源，并將連接制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓的導(dǎo)線接電源的正極，將制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓吊裝裝置中的不銹鋼陰極接電源的負(fù)極；控制溶液溫度處于20-40℃，啟動(dòng)電源并采用恒壓控制，保持正向電流密度處于2-10A/dm²，待正向電壓升至400-420V時(shí)，開始緩慢加載負(fù)向電壓，使負(fù)向電流密度處于1-6A/dm²，然后維持正負(fù)向電流密度不變，當(dāng)正向電壓升至520-580V時(shí)，斷開電源，取出制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓并清洗干凈；在制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓表面形成的耐磨層的膜厚為40-60um；

對(duì)制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓工作表面進(jìn)行打磨拋光，即得到輕質(zhì)耐磨的制動(dòng)盤、制動(dòng)鼓。

所述制動(dòng)盤的吊裝裝置包括縱截面為倒U型的吊裝板，上部為吊裝部，下部開口處兩端向外折彎成與制動(dòng)盤連接的連接部，所述吊裝部向上穿過(guò)制動(dòng)盤的安裝孔而凸出、供吊裝用，所述連接部緊貼在制動(dòng)盤中部非工作面的下表面；制動(dòng)盤兩工作面之外分別平行間隔設(shè)置一塊不銹鋼陰極，而在不銹鋼陰極與相鄰的制動(dòng)盤中部非工作面之間夾有尼龍絕緣墊塊，使得不銹鋼陰極與制動(dòng)盤之間的最小距離不小于10mm，且制動(dòng)盤外圍上表面的A工作面和下表面的B工作面與各自相鄰的不銹鋼陰極之間距離相等；每個(gè)尼龍螺栓穿過(guò)兩塊不銹鋼陰極、兩塊尼龍絕緣墊塊、連接部和制動(dòng)盤，而將吊裝板的連接部緊壓在制動(dòng)盤的表面并固定；不銹鋼陰極電連接電源負(fù)極。

所述制動(dòng)鼓的吊裝裝置包括縱截面為梯形或倒U型的鋁合金吊裝板，上部為吊裝部，下部開口處兩端向外折彎成與制動(dòng)鼓連接的連接部，所述吊裝部向上穿過(guò)制動(dòng)鼓的安裝孔而凸出、供吊裝用，所述連接部緊貼在制動(dòng)鼓中部非工作面的下表面；制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面內(nèi)設(shè)置一個(gè)倒圓筒形的不銹鋼陰極，不銹鋼陰極外表面與制動(dòng)鼓內(nèi)表面之間距離均勻，且最小距離≥10mm；連接部下方設(shè)有尼龍絕緣墊塊，尼龍螺栓穿過(guò)不銹鋼陰極、尼龍絕緣墊塊、連接部和制動(dòng)鼓，而將吊裝板的連接部與制動(dòng)鼓壓緊固定；不銹鋼陰極電連接電源負(fù)極。

所述制動(dòng)鼓的外表面為非工作表面，緊密套設(shè)一個(gè)硅膠保護(hù)套。

各溶質(zhì)的配置濃度優(yōu)選為10g/l Na₂SiO₃·5H₂O、8g/l Na₂B₄O₇、2g/l KF、3g/l CON₂H₄、5g/l C₆H₁₅NO₃、2g/l KOH。

優(yōu)選參數(shù)為：控制溶液溫度處于25-35℃，設(shè)置電源頻率在100-200Hz、占空比為50％，保持正向電流密度處于5-6A/dm²，待正向電壓升至400-410V時(shí)，開始緩慢加載負(fù)向電壓，使負(fù)向電流密度處于3-4A/dm²，然后維持正負(fù)向電流密度不變。

當(dāng)采用鋁合金加工制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓時(shí)，在制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓表面形成的耐磨層的厚度處于40-50um間，耐磨層的主要成分為晶態(tài)α-Al₂O₃和晶態(tài)γ-Al₂O₃，制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓表面的顯微硬度達(dá)到Hv1500以上。

當(dāng)采用鎂合金加工制動(dòng)盤盤體時(shí)，在制動(dòng)盤盤體表面形成的耐磨層層的厚度處于50-60um間，耐磨層層的主要成分為晶態(tài)MgO、尖晶石和鎂橄欖石，制動(dòng)盤表面的顯微硬度達(dá)到Hv1000以上。

步驟五具體為：將表面形成耐磨層的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓裝夾于機(jī)床上，用400-800目的砂紙對(duì)其工作面進(jìn)行打磨拋光，使工作面粗糙度達(dá)到Ra＝1.6um左右。

本發(fā)明還提供制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓，其特征在于，采用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述方法制得。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明首次創(chuàng)新采用鍛造或鑄造成型的高強(qiáng)鋁合金、鎂合金作為基體材料，加工成制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓，并創(chuàng)新地在其表面原位生成致密的耐磨層，該耐磨層與基體材料結(jié)合強(qiáng)度高，具有優(yōu)良的沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和良好的耐磨性能，可大幅提高車輛的剎車安全性。

1)目前車輛制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓的材料主要為灰鑄鐵，其密度為7.2-7.3g/cm³，抗拉強(qiáng)度要求大于250MPa，而本發(fā)明所提供的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓采用7A04或其它高強(qiáng)鋁合金制作，7A04在擠壓態(tài)的抗拉強(qiáng)度為568MPa，屈服強(qiáng)度為539MPa，密度僅為2.85g/cm³，因此本發(fā)明所制備的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)制動(dòng)盤和制動(dòng)鼓，且重量大幅減小，從而提高了剎車性能，并降低了整車能耗。

2)本發(fā)明所提供的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓采用鋁合金、鎂合金基材，其比熱容大于灰鐵，導(dǎo)熱率也比灰鐵大得多，所以本發(fā)明所提供的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓散熱性能良好，可大幅降低連續(xù)剎車時(shí)制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓的溫度，有效降低剎車系統(tǒng)故障幾率，提高了車輛制動(dòng)安全性能。

3)本發(fā)明利用制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓基材表面在高壓條件下產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象，使放電處溫度瞬間達(dá)到數(shù)千度，零件表面金屬在高溫下熔化，并與電解產(chǎn)生的氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)形成熔融態(tài)的氧化物，隨著電火花的熄滅，金屬及氧化物迅速冷卻凝固形成晶態(tài)的氧化物耐磨層，由于經(jīng)歷了高溫?zé)Y(jié)，因此形成的耐磨層與基體金屬呈冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度很高，本發(fā)明形成于制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓表面的耐磨層物質(zhì)為如α-Al₂O₃等晶體形態(tài)，具有很高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，因此本發(fā)明所制備的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓具有良好的耐磨、耐腐蝕性能，克服了鑄鐵盤易磨損、易生銹的缺點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)。

綜上，本發(fā)明所制備的制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓相對(duì)于傳統(tǒng)制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓具有高強(qiáng)度、高散熱性、高耐磨耐腐性、重量輕等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，安裝于車輛上能夠大幅提高車輛的剎車安全性能，并降低了整車能耗，同時(shí)所述制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓的制備工藝簡(jiǎn)單，可廣泛推廣應(yīng)用于各類車型制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓的制備技術(shù)中，市場(chǎng)前景廣闊。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為實(shí)施例1的鋁合金制動(dòng)盤與工裝裝配示意圖。

圖2為實(shí)施例2的鋁合金制動(dòng)鼓與工裝裝配示意圖。

圖3為實(shí)施例4的鋁合金制動(dòng)鼓與工裝裝配示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明各實(shí)施例的參數(shù)及得到的結(jié)果如表一所示。

表一

實(shí)施例1

本實(shí)施例采用7A04鋁合金制備了如圖1所示的制動(dòng)盤。技術(shù)參數(shù)如表一中實(shí)施例1對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)所示。所采用的7A04鋁合金為高強(qiáng)鋁合金，在擠壓態(tài)的抗拉強(qiáng)度為568MPa，屈服強(qiáng)度為539MPa，密度為2.85g/cm³。

(1)制動(dòng)盤加工

依據(jù)鍛造工藝進(jìn)行7A04鋁合金毛坯鍛造，對(duì)鍛好的毛坯進(jìn)行固溶、時(shí)效處理，按照?qǐng)D紙進(jìn)行機(jī)械加工。

(2)吊裝

將步驟(1)得到的制動(dòng)盤用專用工裝進(jìn)行裝夾。如圖1所示，所述制動(dòng)盤1的吊裝裝置包括梯形或倒U型的鋁合金吊裝板3，圖中是倒U形的，上部為吊裝部31，下部開口處兩端向外折彎成連接部32，所述吊裝部31向上穿過(guò)制動(dòng)盤的安裝孔11而凸出、供吊裝用，所述連接部32則緊貼在制動(dòng)盤中部非工作面的下表面；制動(dòng)盤兩面之外分別平行間隔設(shè)置一塊不銹鋼陰極5，而在每塊不銹鋼陰極5與相鄰的制動(dòng)盤中部非工作面之間夾有尼龍絕緣墊塊4，使得不銹鋼陰極5與制動(dòng)盤1之間的最小距離為15mm(須保證不小于10mm)，且制動(dòng)盤外圍上表面的A工作面和下表面的B工作面與各自相鄰的不銹鋼陰極5之間距離相等，這樣才能保證A、B兩平面上膜層生長(zhǎng)均勻；每個(gè)尼龍螺栓4穿過(guò)兩塊不銹鋼陰極5、兩塊尼龍絕緣墊塊4、連接部32和制動(dòng)盤，而將吊裝板3的連接部緊壓在制動(dòng)盤1的表面并固定。

用導(dǎo)線通過(guò)鋁合金吊裝板3電連接制動(dòng)盤確保吊裝板與導(dǎo)線連接牢固、導(dǎo)通。

(3)溶液配制

分別稱取10kg Na₂SiO₃·5H₂O、8kg Na₂B₄O₇、2kg KF、3kg CON₂H₄、5kg C₆H₁₅NO₃、2kg KOH加入1000升去離子水中，置于不銹鋼槽內(nèi)，攪拌至溶質(zhì)完全溶解。

(4)制動(dòng)盤表面耐磨層制備

本發(fā)明采用非對(duì)稱雙極性脈沖電源。將與工裝裝配好的制動(dòng)盤吊裝放入溶液中，連接制鋁合金吊裝板3的導(dǎo)線緊密電性連接不銹鋼槽上方的陽(yáng)極桿，陽(yáng)極桿連接電源正極；不銹鋼陰極5接電源負(fù)極。開啟溶液冷卻系統(tǒng)，設(shè)定溶液溫度范圍為25-35℃。設(shè)置電源參數(shù)為：頻率100Hz，占空比50％，選擇恒壓控制模式，啟動(dòng)電源，保持正向電流密度6A/dm2，待正向電壓升至410V時(shí)，開始加載負(fù)向電壓，使負(fù)向電流密度達(dá)到4A/dm²，此后維持正負(fù)向電流密度不變，在此過(guò)程中利用制動(dòng)盤表面火花放電瞬間產(chǎn)生數(shù)千度高溫，使制動(dòng)盤表面金屬在高溫下熔化并與水電解所產(chǎn)生氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)形成熔融態(tài)氧化物，隨著電火花的熄滅，制動(dòng)盤金屬及表面的氧化物迅速冷卻凝固，從而在制動(dòng)盤盤體表面形成α-Al₂O₃等晶體形態(tài)的氧化物耐磨層，隨著制動(dòng)盤表面耐磨層的形成，正向電壓開始上升，當(dāng)正向電壓升至538V時(shí)，斷開電源，此時(shí)預(yù)計(jì)制動(dòng)盤表面耐磨層厚度處于40-50um間，其顯微硬度達(dá)到Hv1500以上，取出制動(dòng)盤，拆卸工裝，用水清洗干凈。經(jīng)檢測(cè)，得到的制動(dòng)盤表面耐磨層厚度處于48um，其顯微硬度達(dá)到Hv1650。

(5)拋光

將處理好的制動(dòng)盤裝夾于機(jī)床上，用600目砂紙對(duì)制動(dòng)盤工作面進(jìn)行拋光，使工作面粗糙度達(dá)到Ra＝1.6um，停止機(jī)器，拆卸制動(dòng)盤。

這樣就得到了本實(shí)施例1的鋁合金制動(dòng)盤。

實(shí)施例2

本實(shí)施例2先加工出了如圖2所示的鋁合金制動(dòng)鼓7，制動(dòng)鼓的工作面(需要耐磨的表面)為制動(dòng)鼓7的內(nèi)圓柱面。

為了吊裝圖2所示的制動(dòng)鼓7，其吊裝裝置包括縱截面為梯形的鋁合金吊裝板3，或倒U型的鋁合金吊裝板也可以，吊裝板的上部為吊裝部31，下部開口處兩端向外折彎成與制動(dòng)盤連接的連接部32，所述吊裝部31向上穿過(guò)制動(dòng)鼓的安裝孔71而凸出、供吊裝用，所述連接部32緊貼在制動(dòng)鼓中部非工作面的下表面；制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面內(nèi)設(shè)置一個(gè)倒圓筒形的不銹鋼陰極5，不銹鋼陰極5外表面與制動(dòng)盤1內(nèi)表面之間距離均勻，且最小距離≥10mm；連接部32下方設(shè)有尼龍絕緣墊塊4，尼龍螺栓2穿過(guò)不銹鋼陰極5、尼龍絕緣墊塊4、連接部32和制動(dòng)鼓，而將吊裝板3的連接部與制動(dòng)鼓7壓緊固定。

所述制動(dòng)鼓7的外表面為非工作表面，緊密套設(shè)一個(gè)硅膠保護(hù)套6，用于保護(hù)制動(dòng)鼓表面不需要耐磨處理的表面，以降低處理成本。

制備耐磨層的方法步驟與實(shí)施例1相同，所不同的是采用表一所示實(shí)施例2對(duì)應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，得到的耐磨層也如表一實(shí)施例2對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)所示，不再贅述。

實(shí)施例3

MB25鎂合金制動(dòng)盤的制備。MB25為高強(qiáng)度鎂合金。

(1)制動(dòng)盤加工

本實(shí)施例3的制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，依據(jù)鍛造工藝進(jìn)行MB25鎂合金毛坯鍛造，按照?qǐng)D紙進(jìn)行機(jī)械加工。

(2)吊裝

將將步驟(1)得到的制動(dòng)盤進(jìn)行裝夾，同實(shí)施例1相同，并用導(dǎo)線通過(guò)鋁合金吊裝板3連接制動(dòng)盤基體，確?；w與導(dǎo)線連接牢固、導(dǎo)通。

(3)溶液配制

分別稱取10kg Na₂SiO₃·5H₂O、2kg Na₂B₄O₇、5kg KF、3kg CON₂H₄、5kg C₆H₁₅NO₃、3kg KOH加入1000升去離子水中，置于不銹鋼槽內(nèi)，攪拌至溶質(zhì)完全溶解。

(4)制動(dòng)盤表面耐磨層制備

采用非對(duì)稱雙極性脈沖電源。將與工裝裝配好的制動(dòng)盤吊裝放入溶液中，通過(guò)鋁合金吊裝板3連接盤基體的導(dǎo)線電性連接不銹鋼槽上方的陽(yáng)極桿，陽(yáng)極桿連接電源正極，不銹鋼陰極5接電源負(fù)極。開啟溶液冷卻系統(tǒng)，設(shè)定溶液溫度范圍為25-35℃。設(shè)置電源參數(shù)為：頻率200Hz，占空比50％，選擇恒壓控制模式，啟動(dòng)電源，保持正向電流密度5A/dm²，待正向電壓升至400V時(shí)，開始加載負(fù)向電壓，使負(fù)向電流密度達(dá)到3A/dm²，此后維持正負(fù)向電流密度不變，處理過(guò)程中的現(xiàn)象與鋁合金制動(dòng)盤處理時(shí)類似，而在制動(dòng)盤盤體表面形成的則是MgO、尖晶石等晶體形態(tài)的氧化物耐磨層，隨著制動(dòng)盤表面耐磨層的形成，正向電壓開始上升，當(dāng)正向電壓升至556V時(shí)，斷開電源，此時(shí)預(yù)計(jì)制動(dòng)盤表面耐磨層厚度處于50-60um間，顯微硬度達(dá)到Hv1000以上，取出制動(dòng)盤，拆卸工裝，用水清洗干凈。經(jīng)檢測(cè)，得到的制動(dòng)盤表面耐磨層厚度處于57um，其顯微硬度達(dá)到Hv1160。

(5)拋光

將處理好的制動(dòng)盤用專用工裝裝夾于機(jī)床上，用600目砂紙對(duì)制動(dòng)盤工作面進(jìn)行拋光，使工作面粗糙度達(dá)到Ra＝1.6um，停止機(jī)器，拆卸制動(dòng)盤。

該實(shí)施例采用的高強(qiáng)度鎂合金，密度為1.8g/cm³左右，僅是灰鐵密度的四分之一，用來(lái)替代傳統(tǒng)鑄鐵材料制備制動(dòng)盤，使得制動(dòng)盤重量大幅減小，降低了整車能耗。另外鎂合金比熱容遠(yuǎn)大于灰鐵，導(dǎo)熱率也比灰鐵大得多，散熱性能良好，可大幅降低連續(xù)剎車時(shí)制動(dòng)盤的溫度，有效降低剎車系統(tǒng)故障幾率，提高車輛安全性能。同時(shí)由于經(jīng)歷了高溫?zé)Y(jié)，因此制動(dòng)盤盤體上形成的耐磨層與盤體金屬呈冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度很高，所形成的耐磨層具有很高的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。因此本發(fā)明所制備的制動(dòng)盤具有良好的耐磨、耐腐蝕性能，避免了鑄鐵制動(dòng)盤易磨損、易生銹的缺點(diǎn)，可推廣應(yīng)用于各類車型的轉(zhuǎn)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。

實(shí)施例4

鋁合金制動(dòng)鼓的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同，工裝也可參照?qǐng)D2所示。工裝不同的是，本實(shí)施例4中不采用硅膠保護(hù)套6，使得整個(gè)制動(dòng)鼓的表面都做處理，這有利于提高制動(dòng)鼓的耐蝕性。

制動(dòng)鼓上耐磨層的形成與實(shí)施例3大致相同，所不同的是采用表一所示實(shí)施例4對(duì)應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，得到的耐磨層也如表一實(shí)施例4對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)所示，不再贅述。

本發(fā)明具體實(shí)施方式中鋁合金牌號(hào)為7A04，鎂合金牌號(hào)為MB25，也可以為其它高強(qiáng)度鋁、鎂合金，且本發(fā)明也可以采用鑄造鋁合金，只要強(qiáng)度滿足要求即可。