CN113007241A - 包含AlFeSi合金的盘式制动系统和部件 - Google Patents
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Abstract
提供了包含AlFeSi合金的制动盘和制动块。AlFeSi合金由式Al x Fe y Si z 定义，其中x=约3至约5，y=约1.5至约2.2，且z=约1，并且可包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相，并且进一步包含至多0.2原子%的锆、至多0.7原子%的硼、2原子%至6原子%的铬、至多0.3原子%的钼和至多约0.2原子%的铌。制动盘主体包括由所述AlFeSi合金制备的制动块接触表面，并且所述制动盘主体可以是实心的AlFeSi合金体，或者设置在两个AlFeSi制动块接触表面之间的制动盘芯。所述制动块可以是实心的AlFeSi合金体，或者被AlFeSi包裹的芯。所述制动块可以是包含包埋在聚合物复合材料中的30‑60重量%的钢纤维和AlFeSi合金颗粒的实心体。
Description
背景技术
制动盘是用于多种类型的机动车辆的制动系统的整体部件。盘式制动系统由非旋转摩擦材料和应用子系统，以及与车轮一起旋转的制动盘构成。为了停止或减慢车辆，摩擦材料子系统与制动盘的制动表面（制动盘面，rotor cheek）接合，从而由于摩擦而产生热量，由此将机械能转换成热量，并由此减慢车轮的旋转。
大到制动系统，小到制动盘的性能在很大程度上由制动盘面的表面光洁度的条件决定。操作制动系统的正常过程涉及产生高水平的摩擦，这进而在制动盘面表面上产生高温。由暴露于腐蚀试剂（例如道路盐和水）所引起的环境影响加剧了制动盘的腐蚀。这些效果，单独或组合地导致制动踏板跳动或制动表面腐蚀。
制动系统对制动盘（其通常由铸铁制成）的腐蚀和高温氧化是个挑衅性环境。所产生的氧化物在正常制动应用期间可优先剥落。氧化物剥落产生局部高点，其形成制动盘面表面的深槽或划痕。这些表面特征可在制动期间产生制动踏板跳动。此外，在一些车辆中，使用开放式车轮设计使得制动盘制动表面对于旁观者是可见的。通常与制动系统的操作无关的表面腐蚀（即氧化）则由于这种腐蚀被感知到而成为问题。
发明内容
本发明提供了一种制动盘，其可包括具有至少一个制动块接触表面（pad-contacting surface）的制动盘主体。该制动块接触表面可以由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金制成，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，z =约1。所述制动盘主体可包括两个制动块接触表面，所述制动块接触表面由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金制成，其中x=约3至约5，y =约1.5至约2.2，并且z =约1。制动盘主体可以为实心体。制动盘主体可包括设置在两个制动块接触表面之间的制动盘芯。制动盘芯可以是铸铁。制动盘芯可以是铝。制动块接触表面的AlFeSi合金可包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。制动块接触表面的AlFeSi合金还包含至多约0.2原子%的锆、至多约0.7原子%的硼、约2原子%至约6原子%的铬、至多约0.3原子%的钼和至多约0.2原子%的铌。
提供了一种盘式制动系统，所述系统可包括：制动盘主体以及制动钳组件，所述制动盘主体具有第一制动块接触表面和第二制动块接触表面，所述制动钳组件包括第一制动块和第二制动块并构造成操纵第一制动块相对于第一制动块接触表面的取向以及第二制动块相对于第二制动块接触表面的取向。所述第一制动块接触表面和第二制动块接触表面各自可由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金制成，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，z=约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。第一制动块接触表面和第二制动块接触表面的AlFeSi合金各自进一步包含至多约0.2原子%的锆、至多约0.7原子%的硼、约2原子%至约6原子%的铬、至多约0.3原子%的钼和至多约0.2原子%的铌。制动盘主体可以为实心体。制动盘主体可包括设置在两个制动块接触表面之间的制动盘芯。制动盘芯可以由铸铁或铝制成。第一制动块和第二制动块各自可以是由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金制成的实心体，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，z =约1，并且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。第一制动块和第二制动块各自包括由外层包裹的芯，所述外层包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，z =约1，并且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。第一制动块的芯和第二制动块的芯各自可以是铸铁。第一制动块的芯和第二制动块的芯各自可以是铝。第一制动块的芯和第二制动块的芯各自可以是聚合物复合材料。第一制动块和第二制动块各自可以由包埋在聚合物复合材料中的约30重量%至约65重量%的金属制成，其中所述金属包括钢纤维和AlFeSi合金颗粒，其中所述AlFeSi合金颗粒包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y=约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。第一制动块和第二制动块各自包含约10重量%至约40重量%的AlFeSi合金颗粒。
特别地，本发明涉及以下项。
1. 一种制动盘，其包括：
制动盘主体，所述制动盘主体具有至少一个制动块接触表面，其中所述制动块接触表面包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1。
2. 根据第1项所述的制动盘，其中所述制动盘主体包括两个制动块接触表面，所述制动块接触表面包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1。
3. 根据第2项所述的制动盘，其中所述制动盘主体包括实心主体。
4. 根据第2项所述的制动盘，其中所述制动盘主体包括设置在所述两个制动块接触表面之间的制动盘芯。
5. 根据第4项所述的制动盘，其中所述制动盘芯包含铸铁。
6. 根据第4项所述的制动盘，其中所述制动盘芯包含铝。
7. 根据第1项所述的制动盘，其中所述制动块接触表面的AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
8. 根据第1项所述的制动盘，其中所述制动块接触表面的AlFeSi合金还包含至多约0.2原子%的锆、至多约0.7原子%的硼、约2原子%至约6原子%的铬、至多约0.3原子%的钼和至多约0.2原子%的铌。
9. 一种盘式制动系统，其包括：
制动盘主体，所述制动盘主体具有第一制动块接触表面和第二制动块接触表面；和
制动钳组件，所述制动钳组件包括第一制动块和第二制动块，并且构造成操纵所述第一制动块相对于所述第一制动块接触表面的取向以及所述第二制动块相对于所述第二制动块接触表面的取向；
其中所述第一制动块接触表面和第二制动块接触表面各自包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
10. 根据第9项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块接触表面和第二制动块接触表面的AlFeSi合金各自还包含至多约0.2原子%的锆、至多约0.7原子%的硼、约2原子%至约6原子%的铬、至多约0.3原子%的钼和至多约0.2原子%的铌。
11. 根据第9项所述的盘式制动系统，其中所述制动盘主体包含实心体。
12. 根据第9项所述的盘式制动系统，其中所述制动盘主体包括设置在所述两个制动块接触表面之间的制动盘芯。
13. 根据第12项所述的盘式制动系统，其中所述制动盘芯包含铸铁或铝。
14. 根据第9项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块和所述第二制动块各自包含实心体，所述实心体包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y=约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
15. 根据第9项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块和所述第二制动块各自包含用外层包裹的芯，所述外层包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
16. 根据第15项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块的芯和所述第二制动块的芯各自包含铸铁。
17. 根据第15项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块的芯和所述第二制动块的芯各自包含铝。
18. 根据第15项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块的芯和所述第二制动块的芯各自包含聚合物复合材料。
19. 根据第9项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块和所述第二制动块各自包含包埋在聚合物复合材料中的约30重量%至约65重量%的金属，其中所述金属包括钢纤维和AlFeSi合金颗粒，其中所述AlFeSi合金颗粒包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
20. 根据第19项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块和所述第二制动块各自包含约10重量%至约40重量%的AlFeSi合金颗粒。
通过以下对示例性实施方案的详细描述和附图，示例性实施方案的其它目的、优点和新颖特征将变得更加明显。
附图说明
图1示出了根据一个或多个实施方案的车辆的盘式制动系统的透视图。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施方案。然而，应当理解，所公开的实施方案仅仅是示例，并且其他实施方案可以采取各种各样的替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施方案。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施方案。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特定应用或实施可能是期望的。如本文所用，“ wt %”是指重量百分数，“at%”是指原子百分数。
图1示出了根据一个或多个实施方案的车辆的盘式制动系统51。盘式制动系统51可以包括盘或制动盘53和一个或多个制动块55。制动盘53包括制动块接触表面（制动盘面）66、67。制动盘53可进一步包括用于通风目的的腹板和翅片。制动系统51还包括制动钳组件57，其被构造成操纵所述一个或多个制动块55相对于所述制动盘53的取向。具体地说，制动钳组件57可以将一个或多个制动块55移动到脱离位置和接合位置，以及从脱离位置和接合位置移开，在接合位置中，一个或多个制动块55摩擦接触制动盘53的一个或多个制动块接触表面66、67。制动块接触表面66、67可以是构成制动盘53的实心(即，单一材料)体的两个表面，或者可以是包括布置在制动块接触表面66、67之间的制动盘芯54的多材料组件的离散材料部分。在这种实施方案中，制动块接触表面66、67可具有例如至多约5mm、至多约7mm、至多约10mm或约0.5mm至约5mm的厚度。制动钳57通常固定到车辆上并且围绕制动盘53的扇形部装配。当命令制动操作时（例如，当车辆操作者接合车辆的制动踏板时)，一个或多个制动块55移动抵靠与车辆的车轮一起旋转的制动盘53的一个或多个制动块接触表面66、67。例如，在连接到制动钳57的制动管中的液压流体可以被加压，以便将制动块55的摩擦材料压在制动盘53的两个表面66、67上。制动块55和旋转着的制动盘53之间的摩擦接合用于使车轮减速，并且可能使车轮停止。
本文提供了包含AlFeSi合金的制动盘53、制动块55和盘式制动系统51，所述合金降低了相同部件和系统的重量，并且进一步提高了相同部件和系统的耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性。
制动盘53可包括包含AlFeSi合金的至少一个制动块接触表面66、67。在这种实施方案中，制动盘53可以是包含AlFeSi合金的实心体。在另一个实施方案中，制动盘53可包括设置在两个制动块接触表面66、67之间的制动盘芯54。在一个这样的实施方案中，制动盘芯54包含铸铁。在另一个这样的实施方案中，制动盘芯54包含铝（例如铸铝、铝合金、铝基金属基质复合材料）。铝基金属基质复合材料可包含补强元件，例如碳纤维和SiC颗粒。AlFeSi合金制动块接触表面可以涂在芯上，或者可以是通过焊接、紧固件（例如铆钉、螺栓）或其它合适的方法连接到制动盘芯54的双盘形体。
在一些实施方案中，制动块55可以是包含AlFeSi合金的实心体。在另一些实施方案中，制动块55可包括用包含AlFeSi合金的外层包裹的芯。在一个这样的实施方案中，实心的芯包含铸铁。在另一个这样的实施方案中，实心的芯包含铝（例如铸铝、铝合金、铝基金属基质复合材料)。在另一个这样的实施方案中，芯包含聚合物复合材料，所述聚合物复合材料包含包埋在聚合物复合材料中的约30重量%至约65重量%的金属。
或者，制动块55可以是半金属的，并且包含包埋在聚合物复合材料中的约30重量%至约65 重量%的金属。例如，所述金属可包括钢纤维和AlFeSi合金颗粒。这种制动块55可包含例如约10重量%至约40重量%的AlFeSi合金颗粒。AlFeSi合金颗粒的粒度可为例如约5μm至约350μm，或约50μm至约200μm。
AlFeSi合金可以是由式Al x Fe y Si z 定义的多相合金，其中x为约3到约5，y为约1.5到约2.2，以及z为约1。所得的合金主要具有所需的稳定相，其提供了具有高抗氧化性的优异高温性能，这部分源于高含量的铝。此外，准平衡Al x Fe y Si z 三元相具有优异的刚度和高温强度。多相AlFeSi合金可包含Al3Fe2Si相，包含一个或多个Al4Fe1.7Si相，以及包含一个或多个Al4Fe1.7Si相与Al5Fe2Si相。这种AlFeSi合金的实例公开在共同拥有的美国专利No.10,260,131和美国申请No. 2018/0237890 A1中，将它们各自的全部内容在此并入本文。所述AlFeSi合金可进一步包含：至多约0.2原子%的锆、至多约0.7原子%的硼、约2原子%至约6原子%的铬、至多约0.3原子%的钼、以及至多约0.2原子%的铌。
尽管上面描述了示例性实施方案，但并不意味着这些实施方案描述了权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前所述，可以组合各种实施方案的特征以形成未能明确描述或示出的本发明的其它实施方案。虽然各种实施方案可能已经被描述为提供了优点或者相对于其他实施方案或现有技术的实现方式在一个或多个期望的特性方面是优选的，但是本领域普通技术人员认识到，一个或多个特征或特性可以被折衷以实现期望的总体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、组装容易性等。因此，关于一个或多个特征描述为比其它实施方案或现有技术实现方式不太合乎需要的实施方案并非在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是合乎需要的。
Claims (10)
1.一种盘式制动系统，其包括：
制动盘主体，所述制动盘主体具有第一制动块接触表面和第二制动块接触表面；和
制动钳组件，所述制动钳组件包括第一制动块和第二制动块，并且构造成操纵所述第一制动块相对于所述第一制动块接触表面的取向以及所述第二制动块相对于所述第二制动块接触表面的取向；
其中所述第一制动块接触表面和第二制动块接触表面各自包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
2.根据权利要求1所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块和所述第二制动块各自包含实心体，所述实心体包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
3.根据在前权利要求任一项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块和所述第二制动块各自包含用外层包裹的芯，所述外层包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x=约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
4.根据在前权利要求任一项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块的芯和所述第二制动块的芯各自包含铸铁、铝或聚合物复合材料。
5.根据在前权利要求任一项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块和所述第二制动块各自包含包埋在聚合物复合材料中的约30重量%至约65重量%的金属，其中所述金属包括钢纤维和AlFeSi合金颗粒，其中所述AlFeSi合金颗粒包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
6.根据在前权利要求任一项所述的盘式制动系统，其中所述第一制动块和所述第二制动块各自包含约10重量%至约40重量%的AlFeSi合金颗粒。
7.一种制动盘，其包括：
制动盘主体，所述制动盘主体具有至少一个制动块接触表面，其中所述制动块接触表面包含由式Al x Fe y Si z 定义的多相AlFeSi合金，其中x =约3至约5，y =约1.5至约2.2，且z =约1，且AlFeSi合金包含Al4Fe1.7Si相和Al5Fe2Si相。
8.根据在前权利要求任一项所述的制动盘或盘式制动系统，其中所述制动盘主体包含实心主体。
9.根据在前权利要求任一项所述的制动盘或盘式制动系统，其中所述制动盘主体包含设置在所述两个制动块接触表面之间的制动盘芯，并且所述制动盘芯包含铸铁或铝。
10.根据在前权利要求任一项所述的制动盘或盘式制动系统，其中所述制动块接触表面的AlFeSi合金还包含至多约0.2原子%的锆、至多约0.7原子%的硼、约2原子%至约6原子%的铬、至多约0.3原子%的钼和至多约0.2原子%的铌。
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