CN113137441B - 一种耐摩擦制动盘及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐摩擦制动盘及其制备方法，所述耐摩擦制动盘包括制动盘基体和制动盘基体表面的涂层；所述涂层的材料为碳化铬‑镍铬金属陶瓷，所述碳化铬‑镍铬金属陶瓷中碳化铬的重量百分比为70％～80％；所述涂层的表面粗糙度为1.0～3.0μm。本发明的耐摩擦制动盘以碳化铬‑镍铬金属陶瓷材料形成表面涂层来提供摩擦制动，相比于钢盘，制动效率更高，相比于喷涂态的表面涂层，可以缩短介入持续制动时间，同时有利于提高制动的稳定性，并且能够减少制动过程中的制动磨耗量，降低闸片更换的成本，延长耐摩擦制动盘的寿命，此外，制动盘基体表面的涂层能够阻碍制动过程中的热量向制动盘基体传递，避免制动盘热疲劳失效。

Description

一种耐摩擦制动盘及其制备方法
技术领域
本发明涉及机动车制动设备领域，具体涉及一种耐摩擦制动盘及其制备方法。
背景技术
制动盘是盘式制动系统中重要的组件，通过与闸片之间的摩擦可以起到减速或停车的作用。传统的高铁制动盘通常使用灰铸铁及钢系材料，随着列车行使速度的提高和工况的恶劣，制动盘存在各种形式的失效，如热斑、热裂纹、磨损等，影响到列车的行使安全。因此，改善制动盘的性能极其重要。
中国专利文献CN 211288535 U公开了一种轻量化制动盘，通过在摩擦面上涂有耐磨性能高于基体的涂层，可以解决制动盘在反复高速制动后由于热疲劳产生的裂纹问题。耐磨涂层通常包含碳化钨或者碳化铬金属颗粒，硬度较高，原始喷涂态的涂层粗糙度较大，会对刹车片造成较大的磨损，且介入持续制动时间较长，即需要较多的制动次数才能到达到稳定制动状态。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种耐摩擦制动盘及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种耐摩擦制动盘，所述耐摩擦制动盘包括制动盘基体和制动盘基体表面的涂层；所述涂层的材料为碳化铬-镍铬金属陶瓷，所述碳化铬-镍铬金属陶瓷中碳化铬的重量百分比为70％～80％；所述涂层的表面粗糙度为1.0～3.0μm。
上述的耐摩擦制动盘以碳化铬-镍铬金属陶瓷材料形成表面涂层来提供摩擦制动，经过研究发现，涂层的表面粗糙度对摩擦制动的持续制动时间、摩擦的稳定性、摩擦损失率有显著影响，而且研究发现并非表面粗糙度越高越好，也并非表面粗糙度越低越好，通过改变碳化铬-镍铬金属陶瓷材料的涂层的表面粗糙度，当涂层的表面粗糙度为1.0～3.0μm时，有利于缩短介入持续制动时间，同时有利于提高制动的稳定性，并且能够减少制动过程中的制动磨耗量，降低闸片更换的成本，延长耐摩擦制动盘的寿命，此外，制动盘基体表面的涂层能够阻碍制动过程中的热量向制动盘基体传递，避免制动盘热疲劳失效。
优选地，所述涂层的厚度为300～350μm。
当涂层的厚度为300～350μm且表面粗糙度为1.0～3.0μm时，有利于提高摩擦系数，增加制动效率，有利于缩短介入持续制动时间，同时有利于提高制动的稳定性，并且能够减少制动过程中的制动磨耗量。
优选地，所述涂层的表面粗糙度为1.2～2.5μm。
发明人通过研究发现，当碳化铬-镍铬金属陶瓷材料的涂层的表面粗糙度为1.2～2.5μm时，能够更显著地提高制动的稳定性，同时缩短介入持续制动时间，并且减少制动过程中的制动磨耗量。
优选地，所述涂层的表面粗糙度为1.2～1.5μm。
发明人通过研究发现，当碳化铬-镍铬金属陶瓷材料的涂层的表面粗糙度为1.2～1.5μm时，能够更显著地提高制动的稳定性，同时缩短介入持续制动时间，并且减少制动过程中的制动磨耗量。
优选地，所述制动盘基体的材料为锻钢材料。
优选地，所述制动盘基体的材料为30CrSiMoVA，所述碳化铬-镍铬金属陶瓷为Cr3C2-25NiCr。
本发明还提供上述任一所述耐摩擦制动盘的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对制动盘基体表面依次进行除油清洗和喷砂预处理；
(2)在步骤(1)处理后的制动盘基体表面将涂层的材料以粉末形式通过热喷涂形成涂层；
(3)将制动盘基体表面的涂层进行打磨抛光至表面粗糙度不超过1.0μm；
(4)对步骤(3)处理的涂层表面进行喷砂处理使得涂层的表面粗糙度为1.0～3.0μm。
上述耐摩擦制动盘的制备方法通过喷砂预处理有利于增强制动盘基体表面和基体表面的结合力，通过热喷涂方式形成涂层，涂层组织致密且均匀，可以增加制动盘涂层表面的硬度，增强耐磨性。
优选地，所述步骤(1)中，喷砂预处理使制动盘基体表面粗糙度为5μm以上。
步骤(1)中，喷砂预处理使制动盘基体表面粗糙度为5μm以上，有利于提升后续热喷涂形成涂层与制动盘基体表面的结合强度。
优选地，所述步骤(1)中，喷砂预处理采用的24#锆刚玉，喷砂压力为0.3～0.45MPa。
优选地，所述步骤(2)中，所述热喷涂形成涂层的方式为超音速喷涂。
超音速喷涂能够更好地提升涂层组织致密性和均匀性，可以增加制动盘涂层表面的硬度。
优选地，所述步骤(4)中，所述喷砂处理的喷砂压力为0.45MPa以下，所述喷砂处理的喷砂颗粒为氧化铝。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种耐摩擦制动盘及其制备方法，本发明的耐摩擦制动盘以碳化铬-镍铬金属陶瓷材料形成表面涂层来提供摩擦制动，有利于提高摩擦系数，增加制动效率，有利于缩短介入持续制动时间，同时有利于提高制动的稳定性，并且能够减少制动过程中的制动磨耗量，降低闸片更换的成本，延长耐摩擦制动盘的寿命，此外，制动盘基体表面的涂层能够阻碍制动过程中的热量向制动盘基体传递，避免制动盘热疲劳失效。
附图说明
图1为本发明实施例的耐摩擦制动盘的涂层的表面图。
图2为本发明实施例的耐摩擦制动盘的涂层的侧面图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种耐摩擦制动盘，所述耐摩擦制动盘包括制动盘基体和制动盘基体表面的涂层；所述涂层的材料为碳化铬-镍铬金属陶瓷，所述碳化铬-镍铬金属陶瓷为Cr3C2-25NiCr；所述涂层的表面粗糙度为1.0μm，所述制动盘基体的材料为30CrSiMoVA，所述涂层的厚度为300μm。
本实施例耐摩擦制动盘的制备方法包括以下步骤：
(1)铸造制动盘基体，对制动盘基体的两个摩擦表面进行除油清洗，使用24#锆刚玉砂在0.3MPa压力下对比摩擦表面进行表面打砂粗化；
(2)在步骤(1)处理后的制动盘基体表面将涂层的材料以粉末形式通过超音速热喷涂形成涂层；
(3)将制动盘基体表面的涂层进行打磨抛光至表面粗糙度为1.0μm。
实施例2
作为本发明实施例的一种耐摩擦制动盘，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述涂层的表面粗糙度为1.2μm。
本实施例耐摩擦制动盘的制备方法与实施例1的唯一区别为：还包括步骤(4)，将步骤(3)处理的涂层表面进行喷砂处理，喷砂颗粒为氧化铝，喷砂压力为0.15MPa，使得涂层的表面粗糙度为1.2μm。
实施例3
作为本发明实施例的一种耐摩擦制动盘，本实施例与实施例2的唯一区别为：所述涂层的表面粗糙度为1.5μm。
本实施例耐摩擦制动盘的制备方法与实施例2的唯一区别为：还包括步骤(4)，将步骤(3)处理的涂层表面进行喷砂处理，喷砂颗粒为氧化铝，喷砂压力为0.15MPa～0.35MPa，使得涂层的表面粗糙度为1.5μm。
实施例4
作为本发明实施例的一种耐摩擦制动盘，本实施例与实施例2的唯一区别为：所述涂层的表面粗糙度为2.0μm。
实施例5
作为本发明实施例的一种耐摩擦制动盘，本实施例与实施例2的唯一区别为：所述涂层的表面粗糙度为2.5μm。
实施例6
作为本发明实施例的一种耐摩擦制动盘，本实施例与实施例2的唯一区别为：所述涂层的表面粗糙度为3.0μm。
对比例1
作为本发明对比例的一种耐摩擦制动盘，本对比例与实施例1的唯一区别为：不包括表面涂层。
对比例2
作为本发明对比例的一种耐摩擦制动盘，本对比例与实施例1的唯一区别为：所述涂层的表面粗糙度为0.8μm。
对比例3
作为本发明对比例的一种耐摩擦制动盘，本对比例与实施例1的唯一区别为：所述涂层的表面粗糙度为3.5μm。
实验例1
将实施例1-6、对比例1-3的耐摩擦制动盘，与相同规格的铜基粉末冶金刹车片在定速试验机上进行摩擦实验，摩擦半径为10mm，载荷为15N，转速为600rpm，摩擦时间为180min，结果如表1所示。
表1耐摩擦制动盘的摩擦性能
Figure BDA0002996635300000061
由表1可知，实施例的摩擦系数均有不同程度的提高，稳态摩擦波动率显著下降，更加符合平稳制动的要求，销的磨损率和盘的磨损失重都大大减小。发现，当碳化铬-镍铬金属陶瓷材料的涂层的表面粗糙度为1.2～1.5μm时，能够更显著地提高制动的稳定性，同时缩短介入持续制动时间，并且减少制动过程中的制动磨耗量。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种耐摩擦制动盘，其特征在于，所述耐摩擦制动盘包括制动盘基体和制动盘基体表面的涂层；所述涂层的材料为碳化铬-镍铬金属陶瓷，所述碳化铬-镍铬金属陶瓷中碳化铬的重量百分比为70％～80％；所述涂层的表面粗糙度为1.2～1.5μm；所述涂层的厚度为300～350μm。
2.根据权利要求1所述的耐摩擦制动盘，其特征在于，所述制动盘基体的材料为锻钢材料。
3.根据权利要求2所述的耐摩擦制动盘，其特征在于，所述制动盘基体的材料为30CrSiMoVA，所述碳化铬-镍铬金属陶瓷为Cr3C2-25NiCr。
4.如权利要求1-3任一所述耐摩擦制动盘的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)对制动盘基体表面依次进行除油清洗和喷砂预处理；
(2)在步骤(1)处理后的制动盘基体表面将涂层的材料以粉末形式通过热喷涂形成涂层；
(3)将制动盘基体表面的涂层进行打磨抛光至表面粗糙度不超过1.0μm；
(4)对步骤(3)处理的涂层表面进行喷砂处理使得涂层的表面粗糙度为1.0～3.0μm。
5.根据权利要求4所述耐摩擦制动盘的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，喷砂预处理使制动盘基体表面粗糙度为5μm以上。
6.根据权利要求4所述耐摩擦制动盘的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述热喷涂形成涂层的方式为超音速喷涂。
7.根据权利要求4所述耐摩擦制动盘的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述喷砂处理的喷砂压力为0.45MPa以下，所述喷砂处理的喷砂颗粒为氧化铝。
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