CN105041921B - 一种汽车制动盘及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车制动盘，包括制动盘本体，该制动盘本体为铝合金制动盘本体，铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合有一层耐磨层，耐磨层为陶瓷增强材料耐磨层，陶瓷增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与铝合金制动盘本体冶金结合。本发明制动盘重量轻，耐磨性和散热性好，使用寿命长，维护成本低，可降低车辆油耗，改善车辆的通过性能并缩短刹车距离，提高汽车的安全性；本发明制动盘的制备方法通过选择性的局部强化，采用挤压铸造工艺，在铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合一层陶瓷增强材料耐磨层，将陶瓷增强材料耐磨层与铝合金制动盘本体冶金结合，可确保制动盘的工作面的耐磨性，降低制动盘的原料成本和加工成本。

Description

一种汽车制动盘及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种汽车制动系统的关键零部件，具体是一种汽车制动盘及其制备方法。

背景技术

制动盘又称刹车盘或刹车碟，是汽车上关键的安全部件。制动盘通过与刹车片之间的摩擦力，将汽车轮子刹住，在轿车上广泛应用。在行车过程中，制动盘能否安全可靠地制动非常重要，若紧急情况下发生刹车失灵，将会造成安全事故，甚至造成车毁人亡大事故。因此，对制动盘各项要求非常严格。

历来，国内外的汽车制动盘都是用铸铁整体铸造而成，其耐磨性和力学性能好，铸造工艺成熟，可成形大型复杂铸件，价格较低，适合大批量生产。但是铸铁制动盘有下列不足处；1、铸铁密度高，密度达7.3g/cm³左右，而一只Φ288mm×44.3mm的制动盘重达6.5Kg左右（相当于19.5~32.5Kg的簧载重量），一辆车需4只，因此其非簧载重量较大，无疑会明显增加车辆油耗，降低车辆机动性能，此外，相关部件拆装、维修较困难；2、铸铁的导热性较差，刹车时磨擦产生的热量散发慢，易造成刹车系统因温升过高而工作失灵。3、铸铁制动盘一般用型砂铸造，铸件尺寸精度、表面光洁度差，内部缩松气孔不易控制，且铸造生产的劳动强度高，对环境污染较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种轻量化、耐磨性和导热性好、使用寿命长的汽车制动盘及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种汽车制动盘，包括制动盘本体，所述的制动盘本体为铝合金制动盘本体，所述的铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合有一层耐磨层，所述的耐磨层为陶瓷增强材料耐磨层，所述的陶瓷增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与所述的铝合金制动盘本体冶金结合。该制动盘为实心制动盘。

本发明制动盘，其制动盘本体由铝合金制成，铝合金密度低，可大幅减轻制动盘的重量，与同等尺寸型号的传统铸铁制动盘相比，本发明制动盘可减重50%以上，从而可增加汽车有效载荷，降低油耗；本发明制动盘通过选择性的局部强化，在制动环的上表面复合有第一耐磨层、下表面复合有第二耐磨层，第一耐磨层和第二耐磨层均为陶瓷增强材料耐磨层，其耐磨性优于铸铁，尺寸精度易于控制，有利于延长汽车制动盘的使用寿命，可确保制动盘的工作面的耐磨性，其耐磨性可达传统铸铁制动盘的4倍以上，并降低制动盘的原料成本和加工成本，同时铝合金的导热性也明显优于铸铁，因此本发明制动盘的耐磨性和散热性好，可有效延长汽车制动盘的使用寿命，减少制动盘的维护成本，改善车辆的通过性能并缩短刹车距离，提高汽车的安全性。

作为优选，所述的制动盘本体包括制动外盘和制动内盘，所述的制动外盘和所述的制动内盘通过连接筋相连，两层所述的耐磨层分别复合于所述的制动外盘和所述的制动内盘的工作面上。该制动盘为通风制动盘。

作为优选，所述的耐磨层的厚度为3～10mm。选择适宜厚度的耐磨层，在保证制动盘整体的导热性、耐磨性及使用寿命前提下，可降低成本。

作为优选，所述的陶瓷增强材料的组成包括体积比为（5～30）：（1～25）的陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料。

作为优选，所述的陶瓷骨架材料为氧化铝短纤维和/或硅酸铝短纤维，所述的陶瓷颗粒材料为粉煤灰颗粒和/或碳化硅颗粒，所述的氧化铝短纤维的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的硅酸铝短纤维的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的粉煤灰颗粒的粒度为10～100μm，所述的碳化硅颗粒的粒度为10～100μm。

一种汽车制动盘的制备方法，包括以下步骤：

1）陶瓷增强材料的制作原料准备：按体积分数计，称取准备干燥的5～30%的陶瓷骨架材料、1～25%的陶瓷颗粒材料以及20～40%的低温粘合剂和20～60%的高温粘合剂，所述的低温粘合剂是浓度为3～20%的羧甲基纤维素水溶液，所述的高温粘合剂是浓度为10～60%的硅溶胶溶液；

2）陶瓷预制件的制作：将准备好的陶瓷骨架材料、陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂混合均匀，再定量浇入预制件模具中，经加压、去水、压制成双层圆环状的陶瓷预制件半成品，最后对该预制件半成品进行烘干处理和烧结处理，得到双层圆环状的多孔的陶瓷预制件成品，备用；

3）铝合金液的准备：选用铸造铝合金或变形铝合金，配料，在熔炼炉中进行铝合金的熔炼，除渣后静置10～20分钟，并在650～730℃温度下保温，待浇注；

4）陶瓷预制件与铝合金的挤压铸造复合：首先准备好挤压铸造模具，该挤压铸造模具包括上模和下模，所述的上模的下端设置有冲头，所述的冲头包括上下设置的封铝部和分流部，所述的下模设有上部开口的型腔，所述的型腔包括上下阶梯过渡的圆柱形的第一型腔和第二型腔，所述的第一型腔的直径分别与所述的陶瓷预制件成品的外径和所述的封铝部的外径相适配，所述的分流部的外径小于所述的陶瓷预制件成品的内径；然后将所述的上模和所述的下模预热至100～150℃，再在所述的封铝部、所述的分流部、所述的第一型腔和所述的第二型腔的内壁喷涂脱模剂，之后将步骤2）中制作的多孔陶瓷预制件成品放置在所述的第一型腔内并固定，并将步骤3）中准备的铝合金液以650～730℃的浇注温度定量浇注到所述的第二型腔内；最后将所述的上模和所述的下模合模，所述的上模和所述的下模合模后，所述的分流部的底面与所述的第二型腔的底面之间具有间隙，所述的上模、所述的下模和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔与所述的制动盘本体的形状相适配，合模后进行挤压铸造，控制挤压铸造的挤压压力为50～150MPa，上模和下模温度为100～250℃，使陶瓷预制件成品与铝合金复合，令铝合金液渗入多孔的陶瓷预制件成品内并填充所述的上模、所述的下模和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔，保压10～60秒后开模取件，得到汽车制动盘毛坯；

5）汽车制动盘毛坯的热处理：对步骤4）中得到的汽车制动盘毛坯固溶处理480～535℃，保温5～7小时，然后在水温60℃以上的水中进行淬火处理，最后时效处理150～180℃，保温4～8小时，得到汽车制动盘半成品；

6）汽车制动盘半成品的机械加工：按图纸要求对汽车制动盘半成品进行机械加工后，制成实心的汽车制动盘成品。

作为优选，步骤4）中所用挤压铸造模具中，所述的下模的底壁开设有进料孔，所述的下模的底部连接有料缸，所述的料缸内设有料腔，所述的料腔的直径与所述的进料孔的孔径相同，所述的料腔经所述的进料孔与所述的第二型腔相连通，所述的料腔内设置有可上下移动的推杆，所述的推杆的外径与所述的料腔的直径相适配。

一种汽车制动盘的制备方法，包括以下步骤：

1）陶瓷增强材料的制作原料准备：按体积分数计，称取准备干燥的5～30%的陶瓷骨架材料、1～25%的陶瓷颗粒材料以及20～40%的低温粘合剂和20～60%的高温粘合剂，所述的低温粘合剂是浓度为3～20%的羧甲基纤维素水溶液，所述的高温粘合剂是浓度为10～60%的硅溶胶溶液；

2）陶瓷预制件的制作：将准备好的陶瓷骨架材料、陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂混合均匀，再定量浇入预制件模具中，经加压、去水、压制成双层圆环状的陶瓷预制件半成品，最后对该预制件半成品进行烘干处理和烧结处理，得到双层圆环状的多孔的陶瓷预制件成品，备用；

3）铝合金液的准备：选用铸造铝合金或变形铝合金，配料，在熔炼炉中进行铝合金的熔炼，除渣后静置10～20分钟，并在650～730℃温度下保温，待浇注；

4）陶瓷预制件与铝合金的挤压铸造复合：首先准备好挤压铸造模具，该挤压铸造模具包括上模、下模和多个侧滑块，所述的上模的下端设置有冲头，所述的冲头包括上下设置的封铝部和分流部，所述的下模设有上部开口的圆柱形的第一型腔，所述的第一型腔的直径大于所述的分流部的直径，每个所述的侧滑块的内侧为抽芯，所述的抽芯的厚度小于所述的陶瓷预制件成品的双层圆环之间的距离，使用时所述的多个侧滑块的抽芯依次插设在所述的陶瓷预制件成品的双层圆环之间，且所述的多个侧滑块依次拼接形成筒体，所述的筒体内设有上下阶梯过渡的第二型腔和第三型腔，所述的第二型腔的直径与所述的封铝部的外径相适配，所述的第三型腔的直径与所述的陶瓷预制件成品的内径相适配，所述的下模的底壁开设有进料孔，所述的下模的底部连接有料缸，所述的料缸内设有料腔，所述的料腔的直径与所述的进料孔的孔径相同，所述的料腔经所述的进料孔与所述的第一型腔相连通，所述的料腔内设置有可上下移动的推杆，所述的推杆的外径与所述的料腔的直径相适配；然后将步骤2）中制作的多孔陶瓷预制件成品连同所述的多个侧滑块一起放置在所述的下模上并固定，之后将所述的上模和所述的下模预热至100～150℃，再在所述的分流部和所述的第一型腔的内壁喷涂脱模剂，将步骤3）中准备的铝合金液以650～730℃的浇注温度定量浇注到所述的料腔内；最后将所述的上模和所述的下模合模，所述的上模和所述的下模合模后，所述的分流部的底面与所述的第一型腔的底面之间具有间隙，所述的上模、所述的下模、所述的多个侧滑块和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔与所述的制动盘本体的形状相适配，合模后进行挤压铸造，控制挤压铸造的挤压压力为50～150MPa，上模和下模温度为100～250℃，使陶瓷预制件成品与铝合金复合，令铝合金液渗入多孔的陶瓷预制件成品内并填充所述的上模、所述的下模和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔，保压10～60秒后开模取件，得到汽车制动盘毛坯；

5）汽车制动盘毛坯的热处理：对步骤4）中得到的汽车制动盘毛坯固溶处理480～535℃，保温5～7小时，然后在水温60℃以上的水中进行淬火处理，最后时效处理150～180℃，保温4～8小时，得到汽车制动盘半成品；

6）汽车制动盘半成品的机械加工：按图纸要求对汽车制动盘半成品进行机械加工后，制成通风的汽车制动盘成品。

作为优选，步骤2）中加压至20～30MPa；步骤2）中对预制件半成品的烘干温度为150～200℃，烘干时间为10～20h，对预制件半成品的烧结温度为700～1000℃，烧结时间为2.5～4h。

作为优选，步骤2）中加压之前先将预制件模具抽真空至1×10^-2Pa，再加压、去水、压制成双层圆环状的陶瓷预制件半成品。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的汽车制动盘，其制动盘本体由铝合金制成，铝合金密度低，可大幅减轻制动盘的重量，实现制动盘的轻量化，与同等尺寸型号的传统铸铁制动盘相比，本发明制动盘可减重50%以上，从而可增加汽车有效载荷，降低油耗；铝合金的导热性也明显优于铸铁，有利于提高制动盘的散热性；本发明制动盘的制备方法通过选择性的局部强化，采用挤压铸造工艺，在铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合一层陶瓷增强材料耐磨层，将陶瓷增强材料耐磨层与铝合金制动盘本体冶金结合，可确保制动盘的工作面的耐磨性，其耐磨性可达传统铸铁制动盘的4倍以上，并降低制动盘的原料成本和加工成本。因此，本发明制动盘重量轻，耐磨性和散热性好，使用寿命长，维护成本低，可降低车辆油耗，改善车辆的通过性能并缩短刹车距离，提高汽车的安全性。本发明的采用耐磨层对接触面进行选择性的局部强化的方式，也可适用于制动毂及其他摩擦制动场合。

附图说明

图1为实施例1和实施例2的汽车制动盘的结构示意图；

图2a-图2c为实施例1所采用的挤压铸造模具在挤压铸造前后的状态示意图；

图3a-图3c为实施例2所采用的挤压铸造模具在挤压铸造前后的状态示意图；

图4为实施例3的汽车制动盘的结构示意图；

图5a-图5c为实施例3所采用的挤压铸造模具在挤压铸造前后的状态示意图；

图6为实施例2制得的制动盘中铝合金制动盘本体的金相照片（200×）；

图7为实施例3制得的制动盘中铝合金制动盘本体与陶瓷增强材料耐磨层交界处的金相照片（200×）；

图8为实施例3制得的制动毂中耐磨层的金相照片（200×）。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：如图1所示的汽车制动盘，是一种Φ288mm（外径）×44.3mm（厚度）的实心制动盘，制动盘本体为铝合金制动盘本体，该铝合金制动盘本体1的两个工作面上分别复合有一层耐磨层3和4，耐磨层3和4为陶瓷增强材料耐磨层，陶瓷增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与铝合金制动盘本体1冶金结合，该实心制动盘的制备方法包括以下步骤：

1）陶瓷增强材料的制作原料准备：按体积分数计，称取准备干燥的13%的硅酸铝短纤维、7%的碳化硅颗粒以及20%的低温粘合剂和60%的高温粘合剂，低温粘合剂是浓度为5%的羧甲基纤维素水溶液，高温粘合剂是浓度为10%的硅溶胶溶液；

2）陶瓷预制件的制作：将准备好的硅酸铝短纤维、碳化硅颗粒以及低温粘合剂和高温粘合剂混合均匀，再定量浇入预制件模具中，经抽真空至1×10^-2Pa、加压至20～30MPa、去水、压制成双层圆环状的陶瓷预制件半成品，最后对该预制件半成品进行200℃×10小时的烘干处理和800℃×3小时的烧结处理，得到双层圆环状的多孔的陶瓷预制件成品7，备用；

3）铝合金液的准备：选用牌号为2A14的变形铝合金，配料，在熔炼炉中进行铝合金的熔炼，除渣后静置15分钟，并在650～730℃温度下保温，待浇注；

4）陶瓷预制件与铝合金的挤压铸造复合：首先准备好挤压铸造模具，如图2a、图2b和图2c所示，该挤压铸造模具包括上模5和下模6，上模5的下端设置有冲头，冲头包括上下设置的封铝部52和分流部51，下模6设有上部开口的型腔，型腔包括上下阶梯过渡的圆柱形的第一型腔61和第二型腔62，第一型腔61的直径分别与陶瓷预制件成品7的外径和封铝部52的外径相适配，分流部51的外径小于陶瓷预制件成品7的内径；然后将上模5和下模6预热至150℃，再在分流部51、封铝部52、第一型腔61和第二型腔62的内壁喷涂脱模剂，之后将步骤2）中制作的多孔陶瓷预制件成品7放置在第一型腔61内并固定，并将步骤3）中准备的铝合金液以650～730℃的浇注温度定量浇注到第二型腔62内；最后将上模5和下模6合模，上模5和下模6合模后，分流部51的底面与第二型腔62的底面之间具有间隙，上模5、下模6和陶瓷预制件成品7围成的空腔与制动盘本体（见图1）的形状相适配，合模后进行挤压铸造，控制挤压铸造的挤压压力为50～150MPa，上模5和下模6温度为200℃，使陶瓷预制件成品7与铝合金复合，令铝合金液8渗入多孔的陶瓷预制件成品7内并填充上模5、下模6和陶瓷预制件成品7围成的空腔，保压10～60秒后开模取件，得到汽车制动盘毛坯9；

5）汽车制动盘毛坯的热处理：对步骤4）中得到的汽车制动盘毛坯固溶处理500℃，保温6小时，然后在水温60℃以上的水中进行淬火处理，最后时效处理165℃，保温8小时，得到汽车制动盘半成品；

6）汽车制动盘半成品的机械加工：按图纸要求对汽车制动盘半成品进行机械加工后，制成实心的汽车制动盘成品，其结构示意图见图1。

实施例2：是一种实心制动盘，其结构与实施例1相同，具体结构示意图见图1，该实心制动盘的制备方法包括以下步骤：

1）陶瓷增强材料的制作原料准备：按体积分数计，称取准备干燥的10%的氧化铝短纤维、10%的粉煤灰颗粒、5%的碳化硅颗粒以及25%的低温粘合剂和50%的高温粘合剂，低温粘合剂是浓度为3%的羧甲基纤维素水溶液，高温粘合剂是浓度为12%的硅溶胶溶液；

2）陶瓷预制件的制作：将准备好的氧化铝短纤维、粉煤灰颗粒、碳化硅颗粒以及低温粘合剂和高温粘合剂混合均匀，再定量浇入预制件模具中，经抽真空至1×10^-2Pa、加压至20～30MPa、去水、压制成双层圆环状的陶瓷预制件半成品，最后对该预制件半成品进行180℃×12小时的烘干处理和750℃×3小时的烧结处理，得到双层圆环状的多孔的陶瓷预制件成品7，备用；

3）铝合金液的准备：选用英国牌号LM24的铸造铝合金，配料，在熔炼炉中进行铝合金的熔炼，除渣后静置17分钟，并在650～730℃温度下保温，待浇注；

4）陶瓷预制件与铝合金的挤压铸造复合：首先准备好挤压铸造模具，如图3a、图3b和图3c所示，该挤压铸造模具包括上模5和下模6，上模5的下端设置有冲头，冲头包括上下设置的封铝部52和分流部51，下模6设有上部开口的型腔，型腔包括上下阶梯过渡的圆柱形的第一型腔61和第二型腔62，第一型腔61的直径分别与陶瓷预制件成品7的外径和封铝部52的外径相适配，分流部51的外径小于陶瓷预制件成品7的内径，下模6的底壁开设有进料孔63，下模6的底部连接有料缸64，料缸64内设有料腔65，料腔65的直径与进料孔63的孔径相同，料腔65经进料孔63与第二型腔62相连通，料腔65内设置有可上下移动的推杆66，推杆66的外径与料腔65的直径相适配；然后将上模5和下模6预热至130℃，再在分流部51、封铝部52、第一型腔61和第二型腔62的内壁喷涂脱模剂，之后将步骤2）中制作的多孔陶瓷预制件成品7放置在第一型腔61内并固定，并将步骤3）中准备的铝合金液以650～730℃的浇注温度定量浇注到料腔65内；最后将上模5和下模6合模，上模5和下模6合模后，分流部51的底面与第二型腔62的底面之间具有间隙，上模5、下模6和陶瓷预制件成品7围成的空腔与制动盘本体（见图1）的形状相适配，合模后进行挤压铸造，控制挤压铸造的挤压压力为50～150MPa，上模5和下模6温度为180℃，使陶瓷预制件成品7与铝合金复合，令铝合金液8渗入多孔的陶瓷预制件成品7内并填充上模5、下模6和陶瓷预制件成品7围成的空腔，保压10～60秒后开模取件，得到汽车制动盘毛坯9；

5）汽车制动盘毛坯的热处理：对步骤4）中得到的汽车制动盘毛坯固溶处理500℃，保温6小时，然后在水温60℃以上的水中进行淬火处理，最后时效处理160℃，保温8小时，得到汽车制动盘半成品；

6）汽车制动盘半成品的机械加工：按图纸要求对汽车制动盘半成品进行机械加工后，制成实心的汽车制动盘成品，其结构示意图见图1。

实施例3：如图4所示的汽车制动盘，是一种Φ288mm（外径）×44.3mm（厚度）的通风制动盘，包括制动盘本体1，制动盘本体1为铝合金制动盘本体，制动盘本体1包括制动外盘21和制动内盘22，制动外盘21和制动内盘22通过连接筋23相连，制动外盘21和制动内盘22的工作面上分别复合有一层耐磨层3和4，该通风制动盘的制备方法包括以下步骤：

1）陶瓷增强材料的制作原料准备：按体积分数计，称取准备干燥的5%的氧化铝短纤维、10%的硅酸铝短纤维、10%的粉煤灰颗粒以及25%的低温粘合剂和50%的高温粘合剂，低温粘合剂是浓度为3%的羧甲基纤维素水溶液，高温粘合剂是浓度为12%的硅溶胶溶液；

2）陶瓷预制件的制作：将准备好的氧化铝短纤维、硅酸铝短纤维、粉煤灰颗粒以及低温粘合剂和高温粘合剂混合均匀，再定量浇入预制件模具中，经抽真空至1×10^-2Pa、加压至20～30MPa、去水、压制成双层圆环状的陶瓷预制件半成品，最后对该预制件半成品进行200℃×10小时的烘干处理和800℃×3小时的烧结处理，得到双层圆环状的多孔的陶瓷预制件成品7，备用；

3）铝合金液的准备：选用美国牌号A356的铸造铝合金，配料，在熔炼炉中进行铝合金的熔炼，除渣后静置15分钟，并在650～730℃温度下保温，待浇注；

4）陶瓷预制件与铝合金的挤压铸造复合：首先准备好挤压铸造模具，如图5a、图5b和图5c所示，该挤压铸造模具包括上模5、下模6和6个侧滑块8，上模5的下端设置有冲头，冲头包括上下设置的封铝部52和分流部51，下模6设有上部开口的圆柱形的第一型腔61，第一型腔61的直径大于分流部51的直径，每个侧滑块8的内侧为抽芯81，抽芯81的厚度小于陶瓷预制件成品7的双层圆环之间的距离，使用时6个侧滑块8的抽芯81依次插设在陶瓷预制件成品7的双层圆环之间，且6个侧滑块8依次拼接形成筒体，筒体内设有上下阶梯过渡的第二型腔82和第三型腔83，第二型腔82的直径与封铝部52的外径相适配，第三型腔83的直径与陶瓷预制件成品7的内径相适配，下模6的底壁开设有进料孔62，下模6的底部连接有料缸63，料缸63内设有料腔64，料腔64的直径与进料孔62的孔径相同，料腔64经进料孔62与第一型腔61相连通，料腔64内设置有可上下移动的推杆65，推杆65的外径与料腔64的直径相适配；然后将步骤2）中制作的多孔陶瓷预制件成品7连同6个侧滑块8一起放置在下模6上并固定，之后将上模5和下模6预热至100～150℃，再在分流部51、封铝部52和第一型腔61的内壁喷涂脱模剂，并将步骤3）中准备的铝合金液以650～730℃的浇注温度定量浇注到料腔64内；最后将上模5和下模6合模，上模5和下模6合模后，分流部51的底面与第一型腔61的底面之间具有间隙，上模5、下模6、6个侧滑块8和陶瓷预制件成品7围成的空腔与制动盘本体的形状相适配，合模后进行挤压铸造，控制挤压铸造的挤压压力为50～150MPa，上模5和下模6温度为100～250℃，使陶瓷预制件成品7与铝合金复合，令铝合金液9渗入多孔的陶瓷预制件成品内并填充上模5、下模6和陶瓷预制件成品7围成的空腔，保压10～60秒后开模取件，得到汽车制动盘毛坯；

5）汽车制动盘毛坯的热处理：对步骤4）中得到的汽车制动盘毛坯固溶处理495℃，保温6小时，然后在水温60℃以上的水中进行淬火处理，最后时效处理180℃，保温4小时，得到汽车制动盘半成品；

6）汽车制动盘半成品的机械加工：按图纸要求对汽车制动盘半成品进行机械加工后，制成实心的汽车制动盘成品，其结构示意图见图4。

图6为实施例2制得的制动盘中铝合金制动盘本体的金相照片（200×）；图7为实施例2制得的制动盘中铝合金制动盘本体与陶瓷增强材料耐磨层交界处的金相照片（200×）；图8为实施例3制得的制动毂中耐磨层的金相照片（200×）。从图7可明显看出，陶瓷增强材料耐磨层与铝合金制动盘本体为冶金结合。

Claims (8)

1.一种汽车制动盘，包括制动盘本体，其特征在于所述的制动盘本体为铝合金制动盘本体，所述的铝合金制动盘本体的两个工作面上分别复合有一层耐磨层，所述的耐磨层为陶瓷增强材料耐磨层，所述的陶瓷增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与所述的铝合金制动盘本体冶金结合；所述的陶瓷增强材料的组成包括体积比为(5～30)：(1～25)的陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料；所述的陶瓷骨架材料为氧化铝短纤维和/或硅酸铝短纤维，所述的陶瓷颗粒材料为粉煤灰颗粒和/或碳化硅颗粒，所述的氧化铝短纤维的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的硅酸铝短纤维的直径为5～15μm、长度为0.8～2.8mm，所述的粉煤灰颗粒的粒度为10～100μm，所述的碳化硅颗粒的粒度为10～100μm。

2.根据权利要求1所述的一种汽车制动盘，其特征在于所述的制动盘本体包括制动外盘和制动内盘，所述的制动外盘和所述的制动内盘通过连接筋相连，两层所述的耐磨层分别复合于所述的制动外盘和所述的制动内盘的工作面上。

3.根据权利要求1或2所述的一种汽车制动盘，其特征在于所述的耐磨层的厚度为3～10mm。

4.权利要求1和3中任一项所述的一种汽车制动盘的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)陶瓷增强材料的制作原料准备：按体积分数计，称取准备干燥的5～30％的陶瓷骨架材料、1～25％的陶瓷颗粒材料以及20～40％的低温粘合剂和20～60％的高温粘合剂，所述的低温粘合剂是浓度为3～20％的羧甲基纤维素水溶液，所述的高温粘合剂是浓度为10～60％的硅溶胶溶液；

2)陶瓷预制件的制作：将准备好的陶瓷骨架材料、陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂混合均匀，再定量浇入预制件模具中，经加压、去水、压制成双层圆环状的陶瓷预制件半成品，最后对该预制件半成品进行烘干处理和烧结处理，得到双层圆环状的多孔的陶瓷预制件成品，备用；

3)铝合金液的准备：选用铸造铝合金或变形铝合金，配料，在熔炼炉中进行铝合金的熔炼，除渣后静置10～20分钟，并在650～730℃温度下保温，待浇注；

4)陶瓷预制件与铝合金的挤压铸造复合：首先准备好挤压铸造模具，该挤压铸造模具包括上模和下模，所述的上模的下端设置有冲头，所述的冲头包括上下设置的封铝部和分流部，所述的下模设有上部开口的型腔，所述的型腔包括上下阶梯过渡的圆柱形的第一型腔和第二型腔，所述的第一型腔的直径分别与所述的陶瓷预制件成品的外径和所述的封铝部的外径相适配，所述的分流部的外径小于所述的陶瓷预制件成品的内径；然后将所述的上模和所述的下模预热至100～150℃，再在所述的封铝部、所述的分流部、所述的第一型腔和所述的第二型腔的内壁喷涂脱模剂，之后将步骤2)中制作的多孔陶瓷预制件成品放置在所述的第一型腔内并固定，并将步骤3)中准备的铝合金液以650～730℃的浇注温度定量浇注到所述的第二型腔内；最后将所述的上模和所述的下模合模，所述的上模和所述的下模合模后，所述的分流部的底面与所述的第二型腔的底面之间具有间隙，所述的上模、所述的下模和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔与所述的制动盘本体的形状相适配，合模后进行挤压铸造，控制挤压铸造的挤压压力为50～150MPa，上模和下模温度为100～250℃，使陶瓷预制件成品与铝合金复合，令铝合金液渗入多孔的陶瓷预制件成品内并填充所述的上模、所述的下模和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔，保压10～60秒后开模取件，得到汽车制动盘毛坯；

5)汽车制动盘毛坯的热处理：对步骤4)中得到的汽车制动盘毛坯固溶处理480～535℃，保温5～7小时，然后在水温60℃以上的水中进行淬火处理，最后时效处理150～180℃，保温4～8小时，得到汽车制动盘半成品；

6)汽车制动盘半成品的机械加工：按图纸要求对汽车制动盘半成品进行机械加工后，制成实心的汽车制动盘成品。

5.根据权利要求4所述的一种汽车制动盘的制备方法，其特征在于步骤4)中所用挤压铸造模具中，所述的下模的底壁开设有进料孔，所述的下模的底部连接有料缸，所述的料缸内设有料腔，所述的料腔的直径与所述的进料孔的孔径相同，所述的料腔经所述的进料孔与所述的第二型腔相连通，所述的料腔内设置有可上下移动的推杆，所述的推杆的外径与所述的料腔的直径相适配。

6.权利要求2-3中任一项所述的一种汽车制动盘的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)陶瓷增强材料的制作原料准备：按体积分数计，称取准备干燥的5～30％的陶瓷骨架材料、1～25％的陶瓷颗粒材料以及20～40％的低温粘合剂和20～60％的高温粘合剂，所述的低温粘合剂是浓度为3～20％的羧甲基纤维素水溶液，所述的高温粘合剂是浓度为10～60％的硅溶胶溶液；

2)陶瓷预制件的制作：将准备好的陶瓷骨架材料、陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂混合均匀，再定量浇入预制件模具中，经加压、去水、压制成双层圆环状的陶瓷预制件半成品，最后对该预制件半成品进行烘干处理和烧结处理，得到双层圆环状的多孔的陶瓷预制件成品，备用；

3)铝合金液的准备：选用铸造铝合金或变形铝合金，配料，在熔炼炉中进行铝合金的熔炼，除渣后静置10～20分钟，并在650～730℃温度下保温，待浇注；

4)陶瓷预制件与铝合金的挤压铸造复合：首先准备好挤压铸造模具，该挤压铸造模具包括上模、下模和多个侧滑块，所述的上模的下端设置有冲头，所述的冲头包括上下设置的封铝部和分流部，所述的下模设有上部开口的圆柱形的第一型腔，所述的第一型腔的直径大于所述的分流部的直径，每个所述的侧滑块的内侧为抽芯，所述的抽芯的厚度小于所述的陶瓷预制件成品的双层圆环之间的距离，使用时所述的多个侧滑块的抽芯依次插设在所述的陶瓷预制件成品的双层圆环之间，且所述的多个侧滑块依次拼接形成筒体，所述的筒体内设有上下阶梯过渡的第二型腔和第三型腔，所述的第二型腔的直径与所述的封铝部的外径相适配，所述的第三型腔的直径与所述的陶瓷预制件成品的内径相适配，所述的下模的底壁开设有进料孔，所述的下模的底部连接有料缸，所述的料缸内设有料腔，所述的料腔的直径与所述的进料孔的孔径相同，所述的料腔经所述的进料孔与所述的第一型腔相连通，所述的料腔内设置有可上下移动的推杆，所述的推杆的外径与所述的料腔的直径相适配；然后将步骤2)中制作的多孔陶瓷预制件成品连同所述的多个侧滑块一起放置在所述的下模上并固定，之后将所述的上模和所述的下模预热至100～150℃，再在所述的分流部和所述的第一型腔的内壁喷涂脱模剂，将步骤3)中准备的铝合金液以650～730℃的浇注温度定量浇注到所述的料腔内；最后将所述的上模和所述的下模合模，所述的上模和所述的下模合模后，所述的分流部的底面与所述的第一型腔的底面之间具有间隙，所述的上模、所述的下模、所述的多个侧滑块和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔与所述的制动盘本体的形状相适配，合模后进行挤压铸造，控制挤压铸造的挤压压力为50～150MPa，上模和下模温度为100～250℃，使陶瓷预制件成品与铝合金复合，令铝合金液渗入多孔的陶瓷预制件成品内并填充所述的上模、所述的下模和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔，保压10～60秒后开模取件，得到汽车制动盘毛坯；

5)汽车制动盘毛坯的热处理：对步骤4)中得到的汽车制动盘毛坯固溶处理480～535℃，保温5～7小时，然后在水温60℃以上的水中进行淬火处理，最后时效处理150～180℃，保温4～8小时，得到汽车制动盘半成品；

6)汽车制动盘半成品的机械加工：按图纸要求对汽车制动盘半成品进行机械加工后，制成通风的汽车制动盘成品。

7.根据权利要求4或6所述的一种汽车制动盘的制备方法，其特征在于步骤2)中加压至20～30MPa；步骤2)中对预制件半成品的烘干温度为150～200℃，烘干时间为10～20h，对预制件半成品的烧结温度为700～1000℃，烧结时间为2.5～4h。

8.根据权利要求7所述的一种汽车制动盘的制备方法，其特征在于步骤2)中加压之前先将预制件模具抽真空至1×10^-2Pa，再加压、去水、压制成双层圆环状的陶瓷预制件半成品。