CN101178103A - 盘式刹车盘及其表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种盘式刹车盘及其表面处理方法，其中刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体和一耐磨涂层，耐磨涂层由50－70％(重量)的铸造碳化钨和30－50％(重量)的白锰铜合金制成。表面处理方法是通过在刹车盘基体表面需强化的部位涂粘铸造碳化钨骨架材料粉末，再将涂粘有铸造碳化钨的刹车盘基体放入烧结模具中，并在该烧结模具的顶部置入白锰铜合金，在所述白锰铜合金与所述基体之间有导流孔连通，接着将放有刹车盘基体的烧结模具放入具有保护气体或真空状态的加热炉中，加热到1040－1100℃，保温30－50分钟，最后将加热炉的温度降到900℃，将烧结模具从加热炉中取出，在空气中冷却至室温，再从结模具中取出，打磨去除冒口，经喷砂处理后即可成型。

Description

盘式刹车盘及其表面处理方法
技术领域
本发明涉及一种盘式刹车盘及其表面处理方法，更具体地说，涉及一种盘式刹车盘表面耐磨涂层的配方及其处理方法，本发明中的盘式刹车盘可用于石油钻机、重型汽车及其它高速重载条件下使用的设备。
背景技术
石油钻机盘式刹车盘的材料需要具有良好的摩擦磨损特性，特别在高速重载条件下，需要刹车盘不仅有良好的耐磨性能，而且具有较高的摩擦系数。而目前常规的石油钻机盘式刹车盘是采用16Mn钢，由于石油钻机刹车在高速重载条件下工作，16Mn钢刹车盘的耐磨性相对较低，影响了刹车系统的寿命。
为了提高刹车盘的使用寿命，一般是在16Mn钢的表面涂敷一层耐磨材料，对其表面改性到达理想的摩擦磨损效果。金属陶瓷材料具有良好的耐磨性，可以用作刹车盘的耐磨材料，但常规金属陶瓷材料摩擦系数较低，其摩擦特性难以满足刹车的性能要求。同时石油钻机的刹车盘受重载作用，表面剪切载荷大，需要涂层与基体材料具有良好的结合强度，目前常规金属陶瓷表面改性的方法是经刷镀、表面喷涂等与基体结合，为机械物理结合，结合强度较低，而表面堆焊虽然可以使金属陶瓷与基体冶金结合，但涂层厚度大、容易产生龟裂，同时在处理过程中会使基体发生较大变形。因此用金属陶瓷对刹车盘进行表面强化处理需要解决两个问题：
1、合理的金属陶瓷材料配方，使金属陶瓷摩擦表面的摩擦磨损性能特别是摩擦系数满足刹车盘工作环境的要求。
2、选择合理的表面处理方法，使涂层与基体材料有良好的结合强度，同时在处理过程中基体不发生变形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有特殊配方的耐磨涂层的盘式刹车盘，使该刹车盘可以满足重载、高速、交变载荷等条件的使用。
本发明的另一目的在于提供一种盘式刹车盘的表面处理方法，经该方法处理后的刹车盘具有良好的耐磨性，可大幅度提高刹车盘的寿命，同时具有良好的摩擦学特性，表面摩擦系数能满足使用要求。
本发明中的盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体，和一耐磨涂层，所述耐磨涂层由50-70％(重量)的铸造碳化钨和30-50％(重量)的白锰铜合金制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。
所述耐磨涂层由62％(重量)、粒度为20至200目的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金制成。
所述62％(重量)的铸造碳化钨中包含有粒度为20-40的铸造碳化钨20-40份(重量)，粒度为40-80的铸造碳化钨10-20份(重量)，粒度为80-120的铸造碳化钨10-20份(重量)、粒度为120-160的铸造碳化钨10-20份(重量)、粒度为160-200的铸造碳化钨10-20份(重量)。
所述耐磨涂层由40％(重量)粒度为20至200目的铸造碳化钨、22％(重量)粒度为200至400目的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金制成。
所述白锰铜合金由60份(重量)的铜、20份(重量)镍及20份(重量)锰制成。
本发明中盘式刹车盘的表面处理方法包括有下述步骤：
1)加工刹车盘基体；
2)在所述刹车盘基体表面需强化的部位涂粘铸造碳化钨骨架材料粉末；
3)将涂粘有铸造碳化钨骨架材料粉末的刹车盘基体放入可防止所述刹车盘基体受热变形的烧结模具中，并在该烧结模具的顶部置入白锰铜合金，在所述白锰铜合金与所述基体之间有导流孔连通；
4)将放有所述刹车盘基体的所述烧结模具放入具有保护气体或真空状态的加热炉中，加热到1040-1100℃，保温30-50分钟，使白锰铜合金熔化浸渍到涂粘的铸造碳化钨骨架材料中，使铸造碳化钨骨架材料与刹车盘基体以合金化结合；
5)将加热炉的温度降到900℃，将烧结模具从加热炉中取出，在空气中冷却至室温；
6)将刹车盘从所述烧结模具中取出，打磨去除冒口，经喷砂处理后即可成型。
所述步骤4)中的加热温度为1060℃，保温时间为40分钟。
在所述步骤4)中，所述白锰铜合金经高温熔化后浸润到所述基体和铸造碳化钨粉末的表面，使所述基体与铸造碳化钨实现冶金结合。
所述步骤4)中的保护气体为惰性气体或还原性气体。
所述惰性气体为氮气或二氧化碳，所述还原性气体为氢气。
本发明中的盘式刹车盘采用16Mn钢为基体，在该基体的表面通过特殊的表面处理方法设置一层具特殊配方的耐磨涂层，从而具有良好的耐磨性，可大幅度提高刹车盘的寿命，同时具有良好的摩擦学特性，表面摩擦系数能满足使用要求。可满足刹车盘在重载、高速、交变载荷条件下使用，同时表面处理过程中基体不会发生较大变形。
附图说明
图1是本发明中刹车盘基体的主视图；
图2是图1中所示基体的剖视图；
图3是本发明中的基体在表面涂粘W2C骨架材料后的主视图；
图4是图3中所示基体的剖视图；
图5是本发明中将涂粘W2C骨架材料后的基体置入烧结模具后连同烧结模具的结构示意图；
图6是本发明中成形刹车盘的主视图；
图7是本发明中成形刹车盘的剖视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。
本发明中的盘式刹车盘可用于石油钻机、重型汽车及其它高速重载条件下使用的设备。
实施例一
本实施例中盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体4，和一耐磨涂层8，其中耐磨涂层8由68％(重量)的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金的制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。其具体的处理方法包括有下述步骤：
1)利用16Mn钢加工盘式刹车盘的基体4，如图1和图2所示，在需要作强化处理部位40的表面预留有一定的空间。
2)在刹车盘基体表面需要强化处理的部位40涂粘重量比占68％的铸造碳化钨(W2C)骨架材料粉末层6，如图3和图4所示，该铸造碳化钨骨架材料粉末中包含有粒度为20-40的铸造碳化钨20份(重量)，粒度为40-80的铸造碳化钨20份(重量)，粒度为80-120的铸造碳化钨20份(重量)、粒度为120-160的铸造碳化钨20份(重量)、粒度为160-200的铸造碳化钨20份(重量)。
3)将涂粘有W2C骨架材料粉末层6的刹车盘基体4放入烧结模具中，如图5所示，该烧结模具包括有一设在最外层的石墨套模2、设在石墨套模2内部用于固定基体4及防止基体4受热变形的铸砂模具1、用于放置白锰铜合金块7的石墨模具5。铸砂模具1在基体1涂粘W2C骨架材料粉末层6的顶部设有导槽或凹坑10，在该导槽或凹坑10内置入用于放置白锰铜合金块7的石墨模具5。该石墨模具5设有连通白锰铜合金7与W2C骨架材料粉末层6的导流孔。白锰铜合金7由58份(重量)的铜、20份(重量)的镍、20份(重量)的锰及2份(重量)磷、硅等微量元素制成。
4)将组装成型的烧结模具放入具有保护气体(CO2或N2或氢气)或真空状态下的加热炉(马弗炉)中，加热至1060℃，保温40分钟；在此过程中，白锰铜合金7经加热熔化后与基体4和铸造碳化钨有良好的亲润性，即当加热炉内温度达到1060℃时，白锰铜合金7熔化形成流动性好的液体，合金液体会浸润到基体4和铸造碳化钨颗粒的表面，从而使基体4与铸造碳化钨复合材料实现冶金结合。
5)将加热炉的温度降到900℃，将烧结模具从加热炉中取出，在空气中冷却至室温。
6)将刹车盘从烧结模具中取出，打磨去除冒口，经喷砂处理后即可成型，如图6和图7所示。
实施例二
本实施例中盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体4，和一耐磨涂层8，其中耐磨涂层8由50％(重量)的铸造碳化钨和50％(重量)的白锰铜合金的制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。其具体的处理方法与上述实施例一中描述的基本相同，其不同之处在于步骤4中的加热温度为1040℃，保温时间为50分钟。
实施例三
本实施例中盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体4，和一耐磨涂层8，其中耐磨涂层8由70％(重量)的铸造碳化钨和30％(重量)的白锰铜合金的制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。其具体的处理方法与上述实施例一中描述的基本相同，其不同之处在于步骤4中的加热温度为1100℃，保温时间为30分钟。
实施例四
本实施例中盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体4，和一耐磨涂层8，其中耐磨涂层8由60％(重量)的铸造碳化钨和40％(重量)的白锰铜合金的制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。其具体的处理方法与上述实施例一中描述的相同，不再详细说明。
实施例五
本实施例中盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体4，和一耐磨涂层8，其中耐磨涂层8由65％(重量)的铸造碳化钨和35％(重量)的白锰铜合金的制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。其具体的处理方法与上述实施例一中的相同，不再详细说明。
实施例六
本实施例中盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体4，和一耐磨涂层8，其中耐磨涂层8由68％(重量)的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金的制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。其具体的处理方法与实施例一中描述的基本一致，其不同之处在于铸造碳化钨中包含有粒度为20-40目的铸造碳化钨40份(重量)，粒度为40-80目的铸造碳化钨10份(重量)，粒度为80-120目的铸造碳化钨10份(重量)、粒度为120-160目的铸造碳化钨10份(重量)、粒度为160-200目的铸造碳化钨20份(重量)，及白锰铜合金7由60份(重量)的铜、20份(重量)的镍和20份(重量)和锰制成。
实施例七
本实施例中盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体4，和一耐磨涂层8，其中耐磨涂层8由68％(重量)的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金的制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。其具体的处理方法与实施例一中描述的基本一致，其不同之处在于铸造碳化钨中包含有粒度为20-40目的铸造碳化钨40份(重量)，粒度为40-80目的铸造碳化钨20份(重量)，粒度为80-120目的铸造碳化钨10份(重量)、粒度为120-160目的铸造碳化钨10份(重量)、粒度为160-200目的铸造碳化钨10份(重量)，及白锰铜合金7由60份(重量)的铜、20份(重量)的镍和20份(重量)和锰制成。
实施例八
本实施例中盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体4，和一耐磨涂层8，其中耐磨涂层8由40％(重量)粒度为20至200目的铸造碳化钨、22％(重量)粒度为200至400目的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金制成。其表面处理方法与实施例一中描述的相同，不再详细描述。

Claims (10)

1.一种盘式刹车盘，包括有一由16Mn钢制成的基体，和一耐磨涂层，其特征在于：所述耐磨涂层由50-70％(重量)的铸造碳化钨和30-50％(重量)的白锰铜合金制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。
2.根据权利要求1中所述的盘式刹车盘，其特征在于：所述耐磨涂层由62％(重量)、粒度为20至200目的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金制成。
3.根据权利要求2中所述的盘式刹车盘，其特征在于：所述62％(重量)的铸造碳化钨中包含有粒度为20-40目的铸造碳化钨20-40份(重量)，粒度为40-80目的铸造碳化钨10-20份(重量)，粒度为80-120目的铸造碳化钨10-20份(重量)、粒度为120-160目的铸造碳化钨10-20份(重量)、粒度为160-200目的铸造碳化钨10-20份(重量)。
4.根据权利要求1中所述的盘式刹车盘，其特征在于：所述耐磨涂层由40％(重量)粒度为20至200目的铸造碳化钨、22％(重量)粒度为200至400目的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金制成。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的盘式刹车盘，其特征在于：所述白锰铜合金由60份(重量)的铜、20份(重量)的镍及20份(重量)的锰制成。
6.一种盘式刹车盘的表面处理方法，包括有下述步骤：
1)加工刹车盘基体；
2)在所述刹车盘基体表面需强化的部位涂粘铸造碳化钨骨架材料粉末；
3)将涂粘有铸造碳化钨骨架材料粉末的刹车盘基体放入可防止所述刹车盘基体受热变形的烧结模具中，并在该烧结模具的顶部置入白锰铜合金，在所述白锰铜合金与所述基体之间有导流孔连通；
4)将放有所述刹车盘基体的所述烧结模具放入具有保护气体或真空状态的加热炉中，加热到1040-1100℃，保温30-50分钟，使白锰铜合金熔化浸渍到涂粘的铸造碳化钨骨架材料中，使铸造碳化钨骨架材料与刹车盘基体以合金化结合；
5)将加热炉的温度降到900℃，将烧结模具从加热炉中取出，在空气中冷却至室温；
6)将刹车盘从所述烧结模具中取出，打磨去除冒口，经喷砂处理后即可成型。
7.根据权利要求6中所述的盘式刹车盘的表面处理方法，其特征在于：所述步骤4)中的加热温度为1060℃，保温时间为40分钟。
8.根据权利要求6中所述的盘式刹车盘的表面处理方法，其特征在于：在所述步骤4)中，所述白锰铜合金经高温熔化后浸润到所述基体和铸造碳化钨粉末的表面，使所述基体与铸造碳化钨实现冶金结合。
9.根据权利要求6中所述的盘式刹车盘的表面处理方法，其特征在于：所述步骤4)中的保护气体为惰性气体或还原性气体。
10.根据权利要求9中所述的盘式刹车盘的表面处理方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气或二氧化碳，所述还原性气体为氢气。
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