CN113045324A - 一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磨损到寿C/C‑SiC刹车盘的修复再利用方法,具体特征包括:1)浆料的制备和胎网层的预处理;2)C/C‑SiC刹车盘表面修复层预制体的制备;3)修复层预制体的热处理;4)渗Si处理和机加工。本发明在制备方面,原材料来源广泛,热压‑反应熔渗工艺操作简便,设备要求低,可以实现批量生产。制备的修复层表面几乎没有裂纹,表现出优异的抗磨损性能修复层的摩擦系数与C/C‑SiC相差不大;在10m/s和20m/s时,修复层的摩擦系数略高于C/C‑SiC;在15m/s时,修复层的摩擦系数低于C/C‑SiC。制备的修复层表现出优异的摩擦磨损性能,实现了刹车材料的二次利用,修复成本低,适合工业化批量生产。
Description
技术领域
本发明属于碳陶摩擦材料领域,涉及一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法。
背景技术
继树脂基摩擦材料、金属基摩擦材料和C/C刹车材料之后,C/C-SiC复合材料由于其优异的力学性能、摩擦磨损性能、热物理性能以及抗氧化性能等优点而被广泛应用于飞机、高档轿车。并且在高铁,工程机械领域也有广泛的应用前景。
制备C/C-SiC刹车材料的方法有化学气相沉积法(CVI)、前驱体浸渍裂解(PIP)和反应熔体渗透(RMI)。RMI相比于PIP工艺,具有制备周期短,成本低等优点。CVI结合RMI法是目前商业化生产高性能C/C-SiC刹车盘最具竞争力的工艺。
随着制备C/C-SiC刹车盘技术的日渐成熟,刹车盘巨大的商业市场被开发,刹车盘的应用范围日渐推广。一般来讲,出于安全考虑,刹车盘在达到服役寿命后需要作废弃处理。但碳陶刹车材料相比传统金属基刹车材料造价昂贵,直接废弃将带来巨大的经济损失和资源浪费。因此有必要在达到磨损寿命(磨损极限)的碳陶刹车盘表面制备一层修复层,以延长其服役时间,减少资源浪费,实现资源的二次利用。
目前传统CVD工艺可以在C/C-SiC复合材料表面制备一层非常均匀的SiC涂层,涂层与基底的结合性好,且摩擦磨损性能优异,但CVD技术制备周期长,成本高,不适用于碳陶刹车材料的修复制备。针对碳陶刹车材料,krenkel等研发了一种具有优异摩擦性能的SiCralee涂层,该涂层是通过在模压C/C多孔预制体表面添加过量的Si粉和C,使其在随后的液硅浸渗过程中在材料表面生成含SiC和Si的涂层。
上述工艺虽然可以延长服役时间,减少资源浪费,但都是针对还未参加服役的刹车盘,而国内外对于已经到寿的C/C-SiC刹车材料再利用的研究报道较少,还未提出行之有效的解决办法。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法。
技术方案
一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法,其特征在于步骤如下:
步骤1、浆料的制备:将质量分数为40-60wt.%的酒精;40%-60wt.%的树脂;0-30wt.%的短切纤维;0-30wt.%的SiC;5-20wt.%的六次甲基四氨,在50℃水浴锅中搅拌1-3h后得到所需要的浆料;
所述各组分的质量百分比之和为100%;
步骤2、短纤维胎网层的预处理:短纤维胎网层按照C/C-SiC刹车盘横断面尺寸大小裁剪;
步骤3、待修复C/C-SiC刹车盘准备:将磨损到寿的C/C-SiC刹车盘,表面磨削加工至完全见光,超声清洗烘干;
步骤4、C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备:将浆料在待修复C/C-SiC刹车盘表面涂刷,然后铺设裁剪后的短纤维胎网,在胎网层表面涂刷浆料,再铺设胎网层,重复若干次后,热压固化;所述热压温度为150-180℃,热压时间为1-2h,压力为20-25MPa。;最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体;
步骤5、修复层预制体的热处理:将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理,在180-350℃,保温30-90min;在900℃-1200℃,保温30-90min,升温速率为2℃/min;
步骤6、渗Si处理:将热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理,反应温度为1420-1600℃,保温时间为30-90min,随炉冷却至室温,获得具有一定厚度修复层的C/C-SiC刹车盘;
步骤7、机加工:将C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸,然后进行超声波清洗,烘干,获得修复的C/C-SiC刹车盘。
有益效果
本发明提出的一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法,具体特征包括:1)浆料的制备和胎网层的预处理;2)C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备;3)修复层预制体的热处理;4)渗Si处理和机加工。
本发明提出了一种修复磨损到寿C/C-SiC刹车盘的技术,在制备方面,原材料来源广泛,热压-反应熔渗工艺操作简便,设备要求低,可以实现批量生产。如图2所示,在25m/s的转速下涂层未出现开裂的情况,制备的修复层表面几乎没有裂纹,表现出优异的抗磨损性能。如图4所示,在5m/s和25m/s时,修复层的摩擦系数与C/C-SiC相差不大;在10m/s和20m/s时,修复层的摩擦系数略高于C/C-SiC;在15m/s时,修复层的摩擦系数低于C/C-SiC。制备的修复层表现出优异的摩擦磨损性能,实现了刹车材料的二次利用,修复成本低,适合工业化批量生产。
附图说明
图1是C/C-SiC刹车材料表面修复层的制备工艺流程图
图2是本发明实施例1中C/C-SiC刹车材料表面修复层宏观形貌图
图3是本发明实施例1中C/C-SiC刹车材料表面修复层微观形貌图
图4是本发明实施例1中C/C-SiC刹车材料带表面修复层与C/C-SiC摩擦材料在不同初始速度下平均摩擦系数对比
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
实施例1:
本实施例是一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复方法,具体过程是:
步骤1,待修复C/C-SiC刹车盘准备:选取磨损到寿的C/C-SiC刹车盘,表面磨削加工至完全见光,超声清洗,放入150℃烘箱烘干2h,取出待用。
步骤2,短纤维胎网层的预处理和浆料的制备:
胎网层按照C/C-SiC刹车盘尺寸大小裁剪备用。将表1成分混合,在50℃水浴锅中加热搅拌1h后取出,得到所需要的浆料。
表1制备C/C-SiC刹车盘表面修复层所用浆料的成分及配比
步骤3,C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备:用刷子蘸取步骤2所制备的浆料,在待修复C/C-SiC刹车盘表面均匀涂刷一层,然后将裁剪的胎网层铺设于C/C-SiC刹车材料表面;随后继续采用刷子蘸取所制备的浆料,在胎网层表面涂刷;重复铺设胎网层、刷浆料步骤,依次重复若干次后,热压固化,热压温度为150℃,热压时间为1h,压力为20MPa。最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体。
步骤4,修复层预制体的热处理:将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理,在180℃,保温30min;在900℃,保温30min,升温速率为2℃/min。
步骤5,渗Si处理:将步骤4热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理,反应温度为1500℃,保温时间为60min,随炉冷却至室温,在C/C-SiC刹车盘表面获得具有一定厚度修复层。
步骤6,机加工:将步骤5制备的C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸,然后进行超声波清洗,烘干,获得修复的C/C-SiC刹车盘。
C/C-SiC刹车材料表面修复层的宏观结构如图2所示,摩擦磨损实验后,修复层表面几乎没有裂纹,没有出现涂层开裂现象。微观结构如图3所示,修复层材料由C纤维、短切纤维、SiC和Si组成。研究结果表明,摩擦磨损性能如图4所示,在不同转速下带修复层的摩擦系数与C/C-SiC材料相差不大,在15m/s时相差最大为~0.05。
实施例2:
步骤1,待修复C/C-SiC刹车盘准备:选取磨损到寿的C/C-SiC刹车盘,表面磨削加工至完全见光,超声清洗,放入100℃烘箱烘干1h,取出待用。
步骤2,胎网层的预处理和浆料的制备:
胎网层按照C/C-SiC刹车盘尺寸大小裁剪。将表1成分混合,在50℃水浴锅中加热搅拌1h后取出,得到所需要的浆料。
表2制备C/C-SiC刹车盘表面修复层所用浆料的成分及配比
步骤3,C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备:用刷子蘸取步骤2所制备的浆料,在待修复C/C-SiC刹车盘表面均匀涂刷一层,然后将裁剪的胎网层铺设于C/C-SiC刹车材料表面;随后继续采用刷子蘸取所制备的浆料,在胎网层表面涂刷;重复铺设胎网层、刷浆料步骤,依次重复若干次后,热压固化,热压温度为150℃,热压时间为1h,压力为25MPa。最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体。
步骤4,修复层预制体的热处理:将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理,在180℃,保温30min;在900℃,保温30min,升温速率为2℃/min。
步骤5,渗Si处理:将步骤4热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理,反应温度为1500℃,保温时间为60min,随炉冷却至室温,在C/C-SiC刹车盘表面获得具有一定厚度修复层。
步骤6,机加工:将步骤5制备的C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸,然后进行超声波清洗,烘干,获得修复的C/C-SiC刹车盘。
C/C-SiC刹车材料表面修复层的宏观形貌与实施例1类似,在摩擦实验后,涂层表面无开裂现象,几乎没有裂纹。
实施例3:
本实施例是一种C/C-SiC刹车盘表面修复层的制备方法,具体过程是:
步骤1,待修复C/C-SiC刹车盘准备:选取磨损到寿的C/C-SiC刹车盘,表面磨削加工至完全见光,超声清洗,放入100℃烘箱烘干1h,取出待用。
步骤2,胎网层的预处理和浆料的制备:
胎网层按照C/C-SiC刹车盘尺寸大小裁剪。将表1成分混合,在50℃水浴锅中加热搅拌1h后取出,得到所需要的浆料。
表3制备C/C-SiC刹车盘表面修复层所用浆料的成分及配比
步骤3,C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备:用刷子蘸取步骤2所制备的浆料,在待修复C/C-SiC刹车盘表面均匀涂刷一层,然后将裁剪的胎网层铺设于C/C-SiC刹车材料表面;随后继续采用刷子蘸取所制备的浆料,在胎网层表面涂刷;重复铺设胎网层、刷浆料步骤,依次重复若干次后,热压固化,热压温度为180℃,热压时间为1h,压力为25MPa。最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体。
步骤4,修复层预制体的热处理:将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理,在280℃,保温60min;在900℃,保温60min,升温速率为2℃/min。
步骤5,渗Si处理:将步骤4热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理,反应温度为1600℃,保温时间为60min,随炉冷却至室温,在C/C-SiC刹车盘表面获得具有一定厚度修复层。
步骤6,机加工:将步骤5制备的C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸,然后进行超声波清洗,烘干,获得修复的C/C-SiC刹车盘。
Claims (1)
1.一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法,其特征在于步骤如下:
步骤1、浆料的制备:将质量分数为40-60wt.%的酒精;40%-60wt.%的树脂;0-30wt.%的短切纤维;0-30wt.%的SiC;5-20wt.%的六次甲基四氨,在50℃水浴锅中搅拌1-3h后得到所需要的浆料;
所述各组分的质量百分比之和为100%;
步骤2、短纤维胎网层的预处理:短纤维胎网层按照C/C-SiC刹车盘横断面尺寸大小裁剪;
步骤3、待修复C/C-SiC刹车盘准备:将磨损到寿的C/C-SiC刹车盘,表面磨削加工至完全见光,超声清洗烘干;
步骤4、C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备:将浆料在待修复C/C-SiC刹车盘表面涂刷,然后铺设裁剪后的短纤维胎网,在胎网层表面涂刷浆料,再铺设胎网层,重复若干次后,热压固化;所述热压温度为150-180℃,热压时间为1-2h,压力为20-25MPa。;最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体;
步骤5、修复层预制体的热处理:将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理,在180-350℃,保温30-90min;在900℃-1200℃,保温30-90min,升温速率为2℃/min;
步骤6、渗Si处理:将热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理,反应温度为1420-1600℃,保温时间为30-90min,随炉冷却至室温,获得具有一定厚度修复层的C/C-SiC刹车盘;
步骤7、机加工:将C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸,然后进行超声波清洗,烘干,获得修复的C/C-SiC刹车盘。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20210629 |
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