CN104533992B - 刹车盘及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刹车盘，其工作部位的表面具有一种碳化物涂层，并且提供一种用于获得上述刹车盘的制备方法。所述刹车盘，在其上下表面工作部位具有碳化物涂层。所述准单晶TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层及TiC与基体的复合层由外向内依次呈梯度分布，其被施加于碳钢表面。可被施加于碳钢表面。本发明通过铸造得到的基体与钛复合体，外引入外碳源，并加热、保温，从而在基体表面形成碳化物涂层，所述涂层与基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了刹车盘工作表面的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有耐磨涂层的刹车盘及其制备方法，尤其涉及一种具有梯度复合涂层刹车盘及其制备方法，具体涉及一种应用于碳钢表面的梯度复合涂层刹车盘及其制备方法。
背景技术
刹车盘是所有车辆制动系统必备的零部件，它固定在车轴上与车轮一起转动，刹车时，制动块在钳夹活塞的推动下挤压到制动盘上，通过制动块与刹车盘间的摩擦力来降低车轮转速，达到车辆减速制动的目的。随着车辆的加速，刹车盘将承受制动块的压力和摩擦力增大，在与制动块的相对运动中产生磨损，特别在工作面上有砂石等杂物的时，磨损更为严重，极大地缩短刹车盘的使用寿命。因此制作刹车盘的材料既要有较高的机械强度，又要有很好的耐磨性。
目前常见的刹车盘有可锻铸铁、灰铸铁、球墨铸铁等单一材质，虽然强度上满足工况要求，但耐磨性太差，一般十万公里左右就要更换，有的甚至因为刹车盘长期磨损后厚度不足，导致制定失灵酿成交通事故。最新研制的碳纤维陶瓷复合刹车盘散热好，重量超轻，耐磨性卓越，理论上使用寿命可达几十万公里，是铸铁刹车盘平均寿命的几倍，但其制备工艺精细而复杂，价格高不可攀，仅可适用于航空及航天工程领域。作为汽车这种非常大众化的消耗品来说，还需开发新的廉价高性能刹车盘，既能满足强度、塑韧性和耐磨性的要求，又成本低廉，制备工艺简单，适合大规模定型生产。
碳化物材料的涂层是现阶段使用较多一种材料，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中TiC是一种常见涂层材料，其有如下特点特性：
(1)具备密度低、强度高、弹性模量高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优异的综合性能；
(2)其颗粒一般呈圆球状，其晶格结构为面心立方结构，具有很高的热稳定性和硬度；
(3)便于切削加工、焊接、锻造，并且加工过程热变形小，且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。
因此，TiC涂层被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件表面等。
目前金属材料表面涂层技术有：激光熔覆法、高温自蔓延烧结技术、粉末冶金技术、材料气相沉积技术(包括：化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD))等，但这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。
因此如何在刹车盘工作表面获得TiC相的涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种复合刹车盘，其工作部位的表面具有一种耐磨涂层，而盘体仍为碳钢基体，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层，其化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性；并且进一步地，提供一种用于获得上述复合刹车盘的制备方法。
进一步地，本发明还提供一种刹车盘，其制动片表面具有一种梯度复合涂层，其优选被涂覆于刹车盘制动片表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是碳钢表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。
所述刹车盘，在其盘体工作部位具有耐磨涂层。该涂层有利保证刹车盘制动片表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而盘体内部具有很好的韧性。
为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种刹车盘，在其刹车盘制动片表面具有耐涂层，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层；优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
更优选地，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选的，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选的，TiC粒径为8-50μm，优选为10-50μm。
此外，本发明还提供一种刹车盘，在其刹车盘制动片表面具有梯度复合涂层，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。
优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
更优选地，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选的，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选的，TiC粒径为8-50μm，优选为10-50μm。
进一步优选地，沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-150μm，优选为70-150μm，更优选为80-150μm；其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％，其粒径为5-15μm，优选为6-12μm，优选为8-10μm。
更进一步优选地，沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为50-200μm，优选为100-200μm；其中TiC的体积分数为20-80％，优选为50-85％，其粒径为1-10μm，优选为2-8μm。
优选地，梯度复合涂层总厚度为170-550μm；优选在300-550μm。
更优选地，盘体组织根据热处理方式不同可分为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种；优选地，该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。
本发明提供一种表面具有耐磨涂层的刹车盘制动片制备方法，包括如下步骤：
1)先准备一钛板，优选地，其中钛的纯度应控制在99.7-99.99％；钛板的厚度控制在0.2-3mm；优选地，所述钛板先被加以表面处理；
2)按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板表面固定石墨纸，使其与钛板紧密结合。所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。其中所述刹车盘直径325mm，盘体高度为85mm，刹车盘制动片厚度为20mm；
3)按照刹车盘尺寸，制作砂型；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；
4)将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1610℃-1630℃；
5)采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有刹车盘消失模、钛板和碳源的砂型内，待钢液冷却后，取出铸件，清砂处理，获得刹车盘盘体为碳钢基体，制动片表面为碳钢与钛板的复合体；优选地，浇注温度控制在1610℃-1630℃；更优选地，浇注时间40-50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇；优选地，室温冷却；
6)将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在刹车盘制动片表面形成耐磨涂层，而盘体仍为碳钢基体。
其中，耐磨涂层为TiC致密陶瓷层。
优选地，通过控制保温时间、保温温度获得该TiC致密陶瓷层；优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
本发明还提供一种制动片表面具有梯度复合涂层的刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1)先准备一钛板，优选地，其中钛的纯度应控制在99.7-99.9％，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm；优选地，所述钛板先被加以表面处理；
2)按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板表面固定石墨纸，使其与钛板紧密结合。所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm，所述钛板厚度为0.2-3mm。其中所述刹车盘直径325mm，盘体高度为85mm，刹车盘制动片厚度为20mm；
3)按照刹车盘尺寸，制作砂型；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；
4)将碳钢基材冶炼为钢液，优选的，温度控制在1610℃-1630℃
5)采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有刹车盘消失模、钛板和碳源的砂型内，待钢液冷却后，取出铸件，清砂处理，获得刹车盘盘体为碳钢基体，制动片表面为碳钢与钛板的复合体；优选地，浇注温度控制在1610℃-1630℃；更优选地，浇注时间40-50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇；优选地，室温冷却；
6)将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在刹车盘制动片表面形成耐磨涂层，而盘体仍为碳钢基体。
7)所得的具有梯度复合涂层的刹车盘被进一步热处理以获得更合适的基体组织。
优选地，钛板厚度为0.2-3mm；若小于0.2mm，则钛板在浇注复合过程中就已经完全反应，不能获得TiC组织，直接生成弥散分布TiC；超过3mm则导致扩散距离增大，反应动力不足。
优选地，通过严格控制步骤6)中保温温度与时间的关系，获得所述准单晶相TiC致密陶瓷层。该陶瓷层呈现出较为明显的准单晶组织，光学显微镜下表现为晶界减少，影响断裂韧性的位错也相应减少，代之亚晶界增多，有效提高该陶瓷层的抗裂能力。
优选地，通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。
更优选地，上述步骤6)中保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式，
L＝kTlogt1/2+b0
其中：
L——准单晶相TiC致密陶瓷层厚度(μm)，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——保温温度(K)，
t——保温时间(s)，
b0——初始厚度(μm)，即钢液浇注后与钛板之间形成的复合层的厚度。
综上，所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层，硬度高。所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，原子的排列不像一般单晶那样具有相同的晶格，但仍具有严格的顺序，呈现出几何排列；晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序。准单晶相介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，准单晶相的晶界明显减少，位错密度低，有较多亚晶界，因此硬度有明显提升；而较之单晶相，其对制备方式要求更低，且组织更为稳定。
优选地，在步骤1)中，表面处理的步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目或更细的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
更优选地，步骤2)中所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。值得注意的是，当刹车盘制动片上下两个表面固定石墨纸时，制动片模具不用预加热。
优选地，步骤6)中，升温至1000-1130℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4-12h，优选6-10h。
优选地，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
优选地，保护气为氩气或氮气，气体流量为4－8ml/min。
其中，保温温度应严格控制在上述范围内，温度高于1130℃，反应过程中的液相过多，而使得准单晶TiC直接生成弥散分布TiC颗粒，而不能获得准单晶TiC致密陶瓷层；但是温度低于1000℃，则Ti的溶解度太低，反应无法正向进行。同样的，保温时间也应该保持一个合理的区间，时间超过12h，准单晶TiC致密陶瓷层消失，反应扩散生成弥散分布TiC颗粒与基体的融合，而低于4h，则反应获得的TiC太少，涂层厚度难以保证，最佳的应该保持在6-10h。
更优选地，具有碳化物涂层的轧辊复合体被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在550-800℃左右进行热处理，基体为珠光体组织；或者，在220－450℃进行热处理，基体为贝氏体组织；或者，在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
所述刹车盘以碳钢为基体，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢和高碳钢，优选为：Q275A、Q255AF、45钢、T12A、T8、ZG270-450等，见国家标准GB221-79。基体组织根据热处理方式的不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
本发明通过铸造获得钢钛复合体后，引入外碳源，以加热扩散的方式可直接在刹车盘的工作部位表面形成碳化物涂层，涂层与刹车盘基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了涂层的力学性能。并且该方法操作简单，无需复杂设备，获得的刹车盘性能良好。不同的热处理方式，使刹车盘工作表面和盘体本身具有不同的力学性能，满足了实际生产中对各个部分的不同性能要求。由于表面致密准单晶陶瓷层的形成，该陶瓷层呈现出较为明显的准单晶组织，光学显微镜下表现为晶界减少，影响断裂韧性的位错也相应减少，代之亚晶界增多，有效提高该陶瓷层的抗裂能力。这种刹车盘制动片表面硬度在3000-3230HV0.05，盘体制动片部位具有优良的耐磨性，是普通钢的10-22倍，使用寿命大幅提高，使轿车刹车盘可以终身免更换。所述相对耐磨性的定义为：以基体材料为标准试样，在相同载荷下，被测涂层产生磨损量与标准试样产生磨损量的比值称为涂层的相对耐磨性，因此也简称为涂层的相对耐磨性是基体的几倍，下述相同参数检测标准与之相同。
这是由于其中的TiC致密陶瓷层为准单晶组织，化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性。而与之相对的微米TiC陶瓷层的硬度只能达到2000-2800HV0.05，其相对耐磨性是基体的6-10倍。
附图说明
图1本发明中刹车盘的制备工艺图；
图2本发明中热处理后刹车盘以及各部分组织示意图；
图3本发明中准单晶相TiC陶瓷层显微组织图；
图4本发明中TiC陶瓷多晶相显微组织图。
图中，1.石墨纸；2.钛板；3.准单晶TiC致密陶瓷层；4.微米TiC致密陶瓷层；5.TiC与基体的融合层；6.刹车盘消失模；7.刹车盘。
具体实施方式
实施例1：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.7％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度85％，厚度为0.1mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体7的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合，如图1所示。
3、按照刹车盘尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将低碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选低碳钢基体为Q275A。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有钛板2和石墨纸1的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为低碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为Q275A基体，优选地，浇注温度控制在1630℃，浇注速度0.8m/s，浇注时间为40秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，获得所述Q275A基体表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氩气，气体流量为5ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为15μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为7μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm，其中TiC的体积分数为70％，其粒径为3μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，其包括准单晶相TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5，且依次呈梯度分布，其总厚度为290μm。所述Q275A基体组织为马氏体。准单晶相TiC致密陶瓷层3的显微硬度为3000HV0.05，相对耐磨性是Q275A的22倍，如图2所示。
实施例2：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1.5mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体7的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合。
3、按照刹车盘尺寸，用覆膜砂制作砂型。
4、将低碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选低碳钢基体为Q255AF。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2和石墨纸1的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为低碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为Q255AF基体，优选地，浇注温度控制在1630℃，浇注速度0.8m/s，浇注时间为45秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，获得所述Q255AF基体表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在700℃进行热处理，基体为珠光体组织。
所述碳化物涂层，如图3所示，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm；其中TiC的体积分数为90％。
如图4所示，进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为100μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为10μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为100μm，其中TiC的体积分数为65％，其粒径为4μm。
此时，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为350μm。所述Q255AF基体组织为珠光体。准单晶相TiC致密陶瓷层3的显微硬度为3080HV0.05，相对耐磨性是基体Q255AF的16倍。
实施例3：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2.5mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.35mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体7的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合。
3、按照刹车盘尺寸，用自硬树脂砂制作砂型。
4、将低碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选低碳钢基体为Q255AF。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2和石墨纸1的砂型，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为Q255AF基体，优选地，浇注温度控制在1630℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为10h，最后随炉冷却至室温，获得所述Q255AF基体7表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在700℃左右进行热处理，基体为珠光体组织。
所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3为准单晶相，其粒径为40μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为130μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为13μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm，其中TiC的体积分数为50％，其粒径为8μm。
此时所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为470μm，所述Q255AF基体为珠光体。准单晶相TiC致密陶瓷层3的硬度为3120HV0.05，相对耐磨性是基体的22倍。
实施例4：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.99％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在3mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.15mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体7的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合。
3、按照刹车盘尺寸，用潮模砂制作砂型。
4、将中碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选中碳钢基体为50钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2和石墨纸1的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为50钢基体，优选地，浇注温度控制在1620℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1130℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，获得所述50钢基体表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在350℃左右进行热处理，基体为贝氏体组织。
所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为200μm；其中TiC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm，TiC的体积分数为80％，其粒径为15μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为200μm，其中TiC的体积分数为20％，其粒径为10μm。
此时，所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为550μm。所述50钢基体为贝氏体。所述碳化物涂层的硬度为3230HV0.05，相对耐磨性是基体的14倍。
实施例5：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.7％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2.5mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合。
3、按照刹车盘尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将高碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1610℃。所选高碳钢基体为T12钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2和石墨纸1的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为T12钢基体，优选地，浇注温度控制在1610℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为40秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内进行热处理，热处理工艺参数为升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，获得所述T12钢基体表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为7ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在400℃下进行热处理，基体为贝氏体组织。
所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3为准单晶相，其粒径为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm；其中TiC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，TiC的体积分数为85％，其粒径为9μm。
进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm，其中TiC的体积分数为60％，其粒径为5μm。
此时，可由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为350μm。所述T12钢基体为贝氏体。准单晶TiC致密陶瓷层3的硬度为3010HV0.05，相对耐磨性是基体的10倍。
实施例6：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.99％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板表2面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体7的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合。
3、按照刹车盘尺寸，用覆膜砂制作砂型。
4、将高碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1610℃。所选高碳钢基体7为T8钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2和石墨纸1的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为T8钢基体，优选地，浇注温度控制在1610℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，获得所述T8钢基体表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3为准单晶相，其粒径为35μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm；其中TiC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm，TiC的体积分数为85％，其粒径为12μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为130μm，其中TiC的体积分数为55％，其粒径为6μm。
此时，是由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为420μm。所述T8钢基体为马氏体。准单晶TiC致密陶瓷层的硬度为3100HV0.05，相对耐磨性是基体的11倍。
实施例7：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗，
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.15mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体7的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合。
3、按照刹车盘尺寸，用自硬树脂砂制作砂型。
4、将中碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选中碳钢基体为ZG270。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2和石墨纸1的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为ZG270基体，优选地，浇注温度控制在1620℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为45秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，获得所述ZG270基体表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3为准单晶相，其粒径为40μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为11μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm，其中TiC的体积分数为60％，其粒径为7μm。
此时，所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为390μm。所述ZG270基体为马氏体。准单晶TiC致密陶瓷层的硬度为3110HV0.05，相对耐磨性是基体的19倍。
实施例8：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.3mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体7的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合。
3、按照刹车盘尺寸，用潮模砂制作砂型。
4、将中碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选中碳钢基体为45钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2和石墨纸1的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为45钢基体，优选地，浇注温度控制在1620℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为45秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1130℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，获得所述45钢基体表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在600℃左右进行热处理，基体为珠光体组织。
所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3为准单晶相，其粒径为45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为140μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为14μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm，其中TiC的体积分数为40％，其粒径为9μm。
此时所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为490μm。所述45钢基体为珠光体。准单晶TiC致密陶瓷层的硬度为3130HV0.05，相对耐磨性是基体的13倍。
实施例9：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在0.2mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体7的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合。
3、按照刹车盘尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型。
4、将中碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选中碳钢基体为50钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2和石墨纸1的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为50钢基体，优选地，浇注温度控制在1620℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为40秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，获得所述50钢基体表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在650℃左右进行热处理，基体为珠光体组织。
所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3为准单晶相，其粒径为10μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为50μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为5μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为50μm，其中TiC的体积分数为80％，其粒径为1μm。
此时，所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为170μm。所述50钢基体为珠光体。准单晶TiC致密陶瓷层的硬度为3000HV0.05，相对耐磨性是基体的11倍。
实施例10：
刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在3mm。
2、按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模6，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板2固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.1mm，然后将钛板2置于砂型内壁刹车盘盘体7的上、下两个表面，使其与石墨纸1紧密结合。
3、按照刹车盘尺寸，用覆膜砂制作砂型。
4、将低碳钢基体冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选低碳钢基体为Q255。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有上述钛板2和石墨纸1的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合刹车盘，其刹车盘制动片表面为碳钢与钛板2的复合体，而盘体7仍为Q255基体，优选地，浇注温度控制在1630℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，获得所述Q255基体表面的复合碳化物涂层。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有碳化物涂层的刹车盘，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在300℃左右进行热处理，基体为贝氏体组织。
所述碳化物涂层，包括TiC致密陶瓷层3为准单晶相，其粒径为25μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为8μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，其中TiC的体积分数为70％，其粒径为2μm。
此时，所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为230μm。所述Q255基体为贝氏体。准单晶TiC致密陶瓷层的硬度为3020HV0.05，相对耐磨性是Q255的20倍。
对比例1，其制备方法如下：用激光熔覆法直接将碳化钛颗粒熔覆在刹车盘的工作面，得到涂层，厚度为30μm，体积分数为80％，所得涂层的硬度为1650HV0.05，耐磨性相对于钢基体为2-3倍。但表面和基体的结合较差，导致表面增强层的脱落。
对比例中激光表面改性技术生产成本高，生产效率低，工艺参数不易控制，且使用过程中使用粘接剂将导致气孔和夹渣；且复合层中未出现准单晶TiC致密陶瓷层和微米TiC陶瓷层，复合层厚度和TiC含量较小，TiC粒径不均匀；同时，复合过程仅仅是对外加硬质碳化钛颗粒间的间隙进行铸渗和对外加颗粒进行熔融、烧结，硬质碳化钛颗粒与基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落或存在氧化、夹杂问题，因此，其力学性能较差。
Claims (35)
1.一种刹车盘，在其刹车盘制动片表面具有耐磨碳化物涂层，其特征在于：所述耐磨碳化物涂层为TiC致密陶瓷层，其中，所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
2.如权利要求1所述的刹车盘，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，和/或，TiC的体积分数大于80％，和/或，TiC粒径为8-50μm。
3.如权利要求2所述的刹车盘，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面的所述厚度为100-200μm，和/或，所述TiC的体积分数大于90％，和/或，所述TiC粒径为10-50μm。
4.如权利要求3所述的刹车盘，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面的所述厚度为120-200μm。
5.一种刹车盘，在其刹车盘制动片表面具有梯度复合涂层，其特征在于：所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层；所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
6.如权利要求5所述的刹车盘，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm；和/或，TiC的体积分数大于80％；和/或，TiC粒径为8-50μm。
7.如权利要求6所述的刹车盘，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，所述厚度为100-200μm，和/或，所述TiC的体积分数大于90％，和/或，所述TiC粒径为10-50μm。
8.如权利要求7所述的刹车盘，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，所述厚度为120-200μm。
9.如权利要求5-8之一所述的刹车盘，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-150μm，和/或，TiC的体积分数大于80％，和/或，TiC的粒径为5-15μm。
10.如权利要求9所述的刹车盘，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，所述厚度为70-150μm，和/或，所述TiC的体积分数大于90％，和/或，所述TiC的粒径为6-12μm。
11.如权利要求10所述的刹车盘，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，所述厚度为80-150μm，和/或，所述TiC的粒径为8-10μm。
12.如权利要求5-8、10-11之一所述的刹车盘，其特征在于：沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为50μm-200μm；和/或，其中TiC的体积分数为20％-80％；和/或，TiC的粒径为1-10μm。
13.如权利要求12所述的刹车盘，其特征在于：沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其所述厚度为100-200μm；和/或，所述TiC的体积分数为50％-80％，和/或，所述TiC的粒径为2-8μm。
14.如权利要求5-8、10-11、13之一所述的刹车盘，其特征在于：所述梯度复合涂层总厚度为170-550μm。
15.如权利要求14所述的刹车盘，其特征在于：所述梯度复合涂层总厚度为300-550μm。
16.如权利要求5-8、10-11、13、15之一所述的刹车盘，其特征在于：组织根据热处理不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
17.如权利要求16所述的刹车盘，其特征在于：该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。
18.一种如权利要求1-4之一所述的刹车盘的制备方法，其特征在于，刹车盘制动片表面具有耐磨涂层，包括如下步骤：
1)先准备一钛板，其中钛的纯度控制在99.7-99.99％，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm；
2)按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板表面固定石墨纸，使其与钛板紧密结合；
3)按照刹车盘尺寸制作砂型；
4)将碳钢基材冶炼为钢液；
5)将上述钢液浇入放置有上述钛板和石墨纸的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得刹车盘盘体为碳钢基体，刹车盘制动片表面为碳钢与钛板的复合体；
6)将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在刹车盘制动片表面形成耐磨涂层，而盘体仍为碳钢基体；
其中，耐磨碳化物涂层为TiC致密陶瓷层。
19.如权利要求18所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述钛板先被加以表面处理；和/或，步骤3)中，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；和/或，步骤4)中，温度控制在1610℃-1630℃；和/或，步骤5)中，浇注温度控制在1610℃-1630℃，浇注时间为40-50秒，一分钟后，在冒口补浇。
20.如权利要求19所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：步骤5)中，采用室温冷却。
21.如权利要求18-20之一所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
22.如权利要求21所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该TiC致密陶瓷层。
23.一种如权利要求5-17之一所述刹车盘的制备方法，其特征在于，刹车盘制动片表面具有梯度复合涂层，包括如下步骤：
1)先准备一钛板，其中钛的纯度控制在99.7-99.99％，所述钛板的厚度控制在0.2-3mm；
2)按照刹车盘尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作刹车盘消失模，根据刹车盘的工作受力状况，其主要磨损的部位是刹车盘制动片的上、下两个表面，据此将钛板固定在刹车盘制动片的上、下两个表面，然后在钛板表面固定石墨纸，使其与钛板紧密结合；
3)按照刹车盘尺寸，制作砂型；
4)将碳钢基材冶炼为钢液；
5)将上述钢液浇入放置有上述钛板和石墨纸的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得刹车盘盘体为碳钢基体，制动片表面为碳钢与钛板的复合体；
6)将浇铸完得到的刹车盘复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在刹车盘制动片表面形成梯度复合涂层，而盘体仍为碳钢基体；
7)所得的具有梯度复合涂层的刹车盘被进一步热处理以获得基体组织。
24.如权利要求23所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述钛板先被加以表面处理；和/或，步骤3)中，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；和/或，步骤4)中，温度控制在1610℃-1630℃；和/或，步骤5)中，浇注温度控制在1610℃-1630℃，浇注时间为40-50秒，和/或，室温冷却。
25.如权利要求24所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：步骤5)中，一分钟后，在冒口补浇。
26.如权利要求23-25之一所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。
27.如权利要求26所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式，
L＝kTlogt1/2+b0
其中：
L——梯度复合涂层的总厚度(μm)，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——保温温度(K)，
t——保温时间(s)，
b0——初始厚度(μm)，即钢液浇注后与钛板之间形成的复合层的厚度。
28.如权利要求24所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，表面处理的步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目或更细的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
29.如权利要求23-25、27-28之一所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
30.如权利要求23-25、27-28之一所述的制备方法，其特征在于：所述步骤6)中，升温至1000-1130℃保温，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4-12h。
31.如权利要求30所述的制备方法，其特征在于：所述保温时间为6-10h。
32.如权利要求23-25、27-28、31之一所述的制备方法，其特征在于：所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
33.如权利要求23-25、27-28、31之一所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：所述保护气氛为氩气或氮气，气体流量为4-8ml/min。
34.如权利要求23-25、27-28、31之一所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：以碳钢为基体，所述步骤7)中的热处理工序为：
具有碳化物涂层的碳钢复合体被进一步热处理以获得基体组织。
35.如权利要求34所述的刹车盘的制备方法，其特征在于：所述进一步热处理的工序为：在550-800℃进行热处理，基体为珠光体组织；或在220-450℃进行热处理，基体为贝氏体组织；或在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
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