一種剎車盤及剎車盤的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種剎車盤及剎車盤的制備方法，涉及剎車盤技術領域，所述剎車盤包括：剎車盤本體，所述剎車盤本體表面設有多個凹陷管狀體，且所述剎車盤本體表面和所述凹陷管狀體的內表面均設有碳化鎢增強層，其中，所述剎車盤本體的材質包括鎢系高速鋼。本發明提高了剎車盤的耐磨性能和耐熱性能。
【專利說明】
_種剎車盤及剎車盤的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及剎車盤技術領域，特別涉及一種剎車盤及剎車盤的制備方法。
【背景技術】
[0002]剎車盤是所有車輛制動系統必備的零部件，固定在車軸上與車輪一起轉動，剎車時，制動塊在鉗夾活塞的推動下擠壓到制動盤上，通過制動塊與剎車盤間的摩擦力來降低車輪轉速，達到車輛減速制動的目的。隨著車輛的加速，剎車盤將承受制動塊的壓力和摩擦力增大，在與制動塊的相對運動中產生磨損，特別在工作面上有砂石等雜物時，磨損更為嚴重，極大地縮短剎車盤的使用壽命。因此制作剎車盤的材料既要有較高的機械強度，又要有很好的耐磨性。
[0003]目前常見的剎車盤通常由可鍛鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鋼等單一材質制成，雖然強度上滿足工況要求，但耐磨性太差，一般十萬公里左右就要更換，有的甚至因為剎車盤長期磨損后厚度不足導致制動失靈，釀成交通事故。最新研制的碳纖維陶瓷復合剎車盤的散熱好，重量超輕，耐磨性卓越，理論上使用壽命可達幾十萬公里，是鑄鐵剎車盤平均壽命的幾倍，但其制備工藝精細而復雜，成本太高。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提供一種剎車盤及剎車盤的制備方法，其解決了現有剎車盤耐磨性差、工藝復雜和成本高的問題。
[0005 ]本發明通過以下技術手段解決上述問題:
本發明的一種剎車盤，包括:剎車盤本體，所述剎車盤本體表面設有多個凹陷管狀體，且所述剎車盤本體表面和所述凹陷管狀體的內表面均設有碳化鎢增強層，其中，所述剎車盤本體的材質包括鎢系高速鋼。
[0006]進一步，相鄰兩個所述凹陷管狀體之間的間距為25μπι?ΙΟΟΟμπι，所述凹陷管狀體的管徑為ΙΟμπι?40μπι，所述凹陷管狀體的深度為小于等于20μπι。
[0007]進一步，所述碳化鎢增強層的厚度為5μπι?15μπι，所述碳化鎢增強層由均勻分布在所述剎車盤本體表面和所述凹陷管狀體內表面上的碳化鎢顆粒組成，所述碳化鎢顆粒的粒徑為0.5μηι?3.0ym，所述碳化媽顆粒的體積分數為70%?95%。
[0008]本發明的一種剎車盤具有以下有益效果:
本發明提供了一種剎車盤，包括:剎車盤本體，剎車盤本體表面設有多個凹陷管狀體，且剎車盤本體表面和凹陷管狀體的內表面均設有碳化鎢增強層，這樣，可以通過碳化鎢增強層有效增加剎車盤的表面復合厚度，提高了剎車盤的耐磨性能和耐熱性能。
[0009]本發明的一種剎車盤的制備方法，包括以下步驟:步驟1:將剎車盤本體的表面進行處理;其中，所述剎車盤本體的材質包括鎢系高速鋼;步驟2:采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔，并對打孔后的剎車盤本體依次進行酸洗、水洗至中性、超聲波清洗，得到具有凹陷管狀體的剎車盤本體;步驟3:將具有凹陷管狀體的剎車盤本體放置在真空滲碳爐中在預設溫度下進行滲碳，并按照預設時間進行保溫，得到具有碳化鎢層的剎車盤本體;步驟4:將具有碳化鎢層的剎車盤本體依次進行加熱淬火和回火處理，得到具有碳化鎢增強層的剎車盤。
[0010]進一步，所述步驟I的將剎車盤本體的表面進行處理具體包括:將所述剎車盤本體的表面采用丙酮清洗。
[0011]進一步，所述步驟2中采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔具體包括:在真空條件或惰性氣體保護下，采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔。
[0012]進一步，所述步驟2中酸洗采用的液體包括體積濃度為300ml/L的鹽酸，或者，體積濃度為60ml/L的磷酸，或者，體積濃度為120mVL的雙氧水，或者，體積濃度為300mVL的氫氟酸，或者，體積濃度為200ml/L的硫酸;所述超聲波清洗具體包括:采用乙醇或丙酮進行超聲波清洗。
[0013]進一步，所述步驟3的真空滲碳爐中碳的質量分數為0.9%?1.0%，所述真空滲碳爐內的真空度小于等于I X 14 Pa，所述預設溫度為920°C?940°C，所述預設時間為1min?35min，所述具有凹陷管狀體的剎車盤本體的單位面積內滲碳的質量分數小于等于0.5%。
[0014]進一步，所述步驟4中加熱淬火的溫度為780°C?820°C，回火的溫度為300°C?420Γ。
[0015]本發明的一種剎車盤的制備方法具有以下有益效果:
本發明提供了一種剎車盤的制備方法，首先，在真空條件或惰性氣體保護下，采用激光打孔機在剎車盤本體的表面形成若干個凹陷管狀體，且可對凹陷管狀體之間的間距、凹陷管狀體的深度和管徑進行調整;然后，將剎車盤本體在預設溫度和預設時間下進行滲碳和保溫，使得鎢原子和碳原子在固態溫度下反應生成碳化鎢，并可以根據打好的凹陷管狀體限制碳化鎢的擴散，實現了剎車盤本體上碳化鎢增加層的制備，其可以有效增加剎車盤本體的表面復合厚度，提高了剎車盤的耐磨性能和機械強度;且本發明中的碳化鎢顆粒與剎車盤本體間為冶金結合，結合牢固，碳化鎢顆粒不易脫落；同時，可通過控制滲碳預設時間和預設溫度、激光打孔參數的調節來控制碳化鎢增強層的顆粒體積分數、分布和形態，解決了現有剎車盤耐磨性差的問題，提高了剎車盤的整體力學性能和耐熱、耐磨性能，且制備方法簡單、易于實施、成本低。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。
[0017]圖1為本發明的一種具有碳化鎢增強層的剎車盤的結構示意圖；
圖2為本發明的一種剎車盤本體的結構示意圖；
圖3為本發明的一種具有碳化鎢增強層的剎車盤的截面圖。
【具體實施方式】
[0018]以下將結合附圖對本發明進行詳細說明，如圖1至圖3所示:本實施例的一種剎車盤包括:剎車盤本體I，所述剎車盤本體I表面設有多個凹陷管狀體4，且所述剎車盤本體I表面和所述凹陷管狀體4的內表面均設有碳化鎢增強層2，其中，所述剎車盤本體I的材質包括媽系尚速鋼。
[0019]本實施例中，相鄰兩個所述凹陷管狀體4之間的間距為25μπι?ΙΟΟΟμπι，所述凹陷管狀體4的管徑為ΙΟμπι?40μπι，所述凹陷管狀體4的深度為小于等于20μπι。
[0020]本實施例中，所述碳化鎢增強層2的厚度為5μπι?15μπι，所述碳化鎢增強層2由均勻分布在所述剎車盤本體I表面和所述凹陷管狀體4內表面上的碳化鎢顆粒組成，所述碳化鎢顆粒的粒徑為0.5μηι?3.Ομπι，所述碳化媽顆粒的體積分數為70%?95%。
[0021 ]本實施例中，所述剎車盤本體I的基體組織為珠光體、索氏體、貝氏體、馬氏體、奧氏體和鐵素體中的任意一種或幾種。
[0022]本發明提供了一種剎車盤，包括:剎車盤本體，剎車盤本體表面設有多個凹陷管狀體，且剎車盤本體表面和凹陷管狀體的內表面均設有碳化鎢增強層，這樣，可以通過碳化鎢增強層有效增加剎車盤的表面復合厚度，提高了剎車盤的耐磨性能和耐熱性能。
[0023]本發明的一種剎車盤的制備方法，主要包括以下步驟:
步驟1:將剎車盤本體的表面進行處理。
[0024]其中，所述剎車盤本體的材質包括鎢系高速鋼。
[0025]具體的，將所述剎車盤本體的表面采用丙酮清洗。
[0026]其中，剎車盤本體可以為xWl8Cr4V、xffl4Cr4VMn、xW9Mo3Cr4V等碳的質量分數小于0.5%、鎢含量在6%?18%的鎢系耐熱合金鋼。
[0027]步驟2:采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔，并對打孔后的剎車盤本體依次進行酸洗、水洗至中性、超聲波清洗，得到具有凹陷管狀體的剎車盤本體。
[0028]其中，酸洗采用的液體包括體積濃度為300 ml/L的鹽酸，或者，體積濃度為60ml/L的磷酸，或者，體積濃度為120m VL的雙氧水，或者，體積濃度為300m VL的氫氟酸，或者，體積濃度為200ml/L的硫酸;采用乙醇或丙酮進行超聲波清洗。
[0029]具體的，在真空條件或惰性氣體保護下，采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔，并對打孔后的剎車盤本體依次進行酸洗、水洗至中性、超聲波清洗，得到具有凹陷管狀體的剎車盤本體。
[0030]步驟3:將具有凹陷管狀體的剎車盤本體放置在真空滲碳爐中在預設溫度下進行滲碳，并按照預設時間進行保溫，得到具有碳化鎢層的剎車盤本體。
[0031]其中，所述真空滲碳爐中碳的質量分數為0.9%?1.0%，所述真空滲碳爐內的真空度小于等于I X 14 Pa，所述預設溫度為920°C?940°C，所述預設時間為1min?35min，所述具有凹陷管狀體的剎車盤本體的單位面積內滲碳的質量分數小于等于0.5%。
[0032]需要說明的是，本發明的預設溫度選擇為920°C?940°C的理由是:若在溫度為940°C以上滲碳，一方面，碳在剎車盤本體中的擴散系數會迅速升高，擴散速度過快，擴散深度增加，這樣不利于碳化鎢增強中碳化鎢體積分數的提高；另一方面，會使生成的碳化鎢顆粒急速長大，導致力學性能下降;若在溫度為920°C以下滲碳，會降低碳的擴散動力，導致剎車盤本體表面碳濃度較低。
[0033]需要說明的是，本發明的碳的質量分數選擇為0.9%?1.0%的理由是:若碳的質量分數大于1.0%，則碳在剎車盤本體中的擴散速度加快，擴散深度增加，這樣不利于碳化鎢增強中碳化鎢體積分數的提高;若碳的質量分數小于0.9%，會導致剎車盤本體表面碳濃度較低。
[0034]需要說明的是，本發明的預設時間選擇為1min?35min的理由是:若保溫時間大于35min，則碳化媽會集中向剎車盤本體內擴散，這樣不利于保持碳化媽增強層中碳化媽的高體積分數;若保溫時間小于10 min，則滲碳層中的碳不能完全反應，從而影響碳化鎢增強層的增強效果。
[0035]步驟4:將具有碳化鎢層的剎車盤本體依次進行加熱淬火和回火處理，得到具有碳化鎢增強層的剎車盤。
[0036]其中，加熱淬火的溫度為780°C?820°C，回火的溫度為300°C?420°C。
[0037]本發明提供了一種剎車盤的制備方法，首先，在真空條件或惰性氣體保護下，采用激光打孔機在剎車盤本體的表面形成若干個凹陷管狀體，且可對凹陷管狀體之間的間距、凹陷管狀體的深度和管徑進行調整;然后，將剎車盤本體在預設溫度和預設時間下進行滲碳和保溫，使得鎢原子和碳原子在固態溫度下反應生成碳化鎢，并可以根據打好的凹陷管狀體限制碳化鎢的擴散，實現了剎車盤本體上碳化鎢增加層的制備，其可以有效增加剎車盤本體的表面復合厚度，提高了剎車盤的耐磨性能和機械強度;且本發明中的碳化鎢顆粒與剎車盤本體間為冶金結合，結合牢固，碳化鎢顆粒不易脫落；同時，可通過控制滲碳預設時間和預設溫度、激光打孔參數的調節來控制碳化鎢增強層的顆粒體積分數、分布和形態，解決了現有剎車盤耐磨性差的問題，提高了剎車盤的整體力學性能和耐熱、耐磨性能，且制備方法簡單、易于實施、成本低。
[0038]實施例一
步驟1:將剎車盤本體的表面采用丙酮清洗干凈。
[0039]步驟2:在真空條件下，采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔，得到凹陷管狀體，其中凹陷管狀體的管徑為30μπι，凹陷管狀體的深度為20μπι，相鄰兩個凹陷管狀體之間的間距為ΙΟΟΟμπι，之后對打孔后的剎車盤本體進行酸洗，酸洗使用的液體是體積濃度為300 ml/L的鹽酸，再用水沖洗至中性，最后使用乙醇進行超聲波清洗，得到具有凹陷管狀體的剎車盤本體。
[0040]步驟3:將具有凹陷管狀體的剎車盤本體放置在真空滲碳爐中在920°C的溫度下進行滲碳，真空滲碳爐中碳的質量分數為0.9%，真空滲碳爐內的真空度小于等于I X 14 Pa，且保證具有凹陷管狀體的剎車盤本體的單位面積內滲碳的質量分數小于等于0.5%，最后保溫lOmin，得到具有碳化鎢層的剎車盤本體。
[0041]步驟4:將具有碳化鎢層的剎車盤本體在780°C的溫度下進行加熱淬火，并在350°C的溫度下進行回火處理，最終得到具有碳化鎢增強層的剎車盤。
[0042]本實施一得到的剎車盤，其碳化鎢增強層的厚度為5μπι左右，基本組織包括粒徑為0.5?1.2μπι的碳化鎢顆粒和馬氏體基體，碳化鎢顆粒的體積分數為70%，凹陷管狀體的微觀硬度為1850HV，剎車盤的沖擊韌性aK達到15J/cm2。
[0043]實施例二
步驟1:將剎車盤本體的表面采用丙酮清洗干凈。
[0044]步驟2:在惰性氣體氬氣保護下，采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔，得到凹陷管狀體，其中凹陷管狀體的管徑為20μπι，凹陷管狀體的深度為18μπι，相鄰兩個凹陷管狀體之間的間距為25μπι，之后對打孔后的剎車盤本體進行酸洗，酸洗使用的液體是體積濃度為300 ml/L的氫氟酸，再用水沖洗至中性，最后使用丙酮進行超聲波清洗，得到具有凹陷管狀體的剎車盤本體。
[0045]步驟3:將具有凹陷管狀體的剎車盤本體放置在真空滲碳爐中在930°C的溫度下進行滲碳，真空滲碳爐中碳的質量分數為1.0%，真空滲碳爐內的真空度小于等于I X 14 Pa，且保證具有凹陷管狀體的剎車盤本體的單位面積內滲碳的質量分數小于等于0.5%，最后保溫20min，得到具有碳化鎢層的剎車盤本體。
[0046]步驟4:將具有碳化鎢層的剎車盤本體在800°C的溫度下進行加熱淬火，并在300°C的溫度下進行回火處理，最終得到具有碳化鎢增強層的剎車盤。
[0047]本實施二得到的剎車盤，其碳化鎢增強層的厚度為8μπι左右，基本組織包括粒徑為1.0?2.Uim的碳化鎢顆粒和馬氏體基體，碳化鎢顆粒的體積分數為80%，凹陷管狀體的微觀硬度為1950HV，剎車盤的沖擊韌性aK達到14J/cm2。
[0048]實施例三
步驟1:將剎車盤本體的表面采用丙酮清洗干凈。
[0049]步驟2:在惰性氣體氬氣保護下，采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔，得到凹陷管狀體，其中凹陷管狀體的管徑為ΙΟμπι，凹陷管狀體的深度為17μπι，相鄰兩個凹陷管狀體之間的間距為350μπι，之后對打孔后的剎車盤本體進行酸洗，酸洗使用的液體是體積濃度為200 ml/L的硫酸，再用水沖洗至中性，最后使用乙醇進行超聲波清洗，得到具有凹陷管狀體的剎車盤本體。
[0050]步驟3:將具有凹陷管狀體的剎車盤本體放置在真空滲碳爐中在940°C的溫度下進行滲碳，真空滲碳爐中碳的質量分數為0.94%，真空滲碳爐內的真空度小于等于I X 14 Pa，且保證具有凹陷管狀體的剎車盤本體的單位面積內滲碳的質量分數小于等于0.5%，最后保溫35min，得到具有碳化鎢層的剎車盤本體。
[0051 ]步驟4:將具有碳化鎢層的剎車盤本體在820°C的溫度下進行加熱淬火，并在380°C的溫度下進行回火處理，最終得到具有碳化鎢增強層的剎車盤。
[0052]本實施三得到的剎車盤，其碳化鎢增強層的厚度為15μπι左右，基本組織包括粒徑為1.6?3.Ομπι的碳化鎢顆粒和馬氏體基體，碳化鎢顆粒的體積分數為95%，凹陷管狀體的微觀硬度為2100HV，剎車盤的沖擊韌性aK達到lOJ/cm2。
[0053]實施例四
步驟1:將剎車盤本體的表面采用丙酮清洗干凈。
[0054]步驟2:在真空條件下，采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔，得到凹陷管狀體，其中凹陷管狀體的管徑為40μπι，凹陷管狀體的深度為18μπι，相鄰兩個凹陷管狀體之間的間距為700μηι，之后對打孔后的剎車盤本體進行酸洗，酸洗使用的液體是體積濃度為120 ml/L的雙氧水，再用水沖洗至中性，最后使用乙醇進行超聲波清洗，得到具有凹陷管狀體的剎車盤本體。
[0055]步驟3:將具有凹陷管狀體的剎車盤本體放置在真空滲碳爐中在935°C的溫度下進行滲碳，真空滲碳爐中碳的質量分數為0.98%，真空滲碳爐內的真空度小于等于I X 14 Pa，且保證具有凹陷管狀體的剎車盤本體的單位面積內滲碳的質量分數小于等于0.5%，最后保溫30min，得到具有碳化鎢層的剎車盤本體。
[0056]步驟4:將具有碳化鎢層的剎車盤本體在790°C的溫度下進行加熱淬火，并在420°C的溫度下進行回火處理，最終得到具有碳化鎢增強層的剎車盤。
[0057]本實施四得到的剎車盤，其碳化鎢增強層的厚度為ΙΟμπι左右，基本組織包括粒徑為1.2?2.6μπι的碳化鎢顆粒和馬氏體基體，碳化鎢顆粒的體積分數為88%，凹陷管狀體的微觀硬度為2060HV，剎車盤的沖擊韌性aK達到12J/cm2。
[0058]本發明的一種具有碳化鎢增強層的剎車盤，其組織特征為凹陷管狀體均勻垂直分布于剎車盤本體表面，凹陷管狀體的管徑為10?40μπι，凹陷管狀體的深度小于等于20 μπι，相鄰兩個凹陷管狀體之間的間距在25?ΙΟΟΟμπι范圍內可調;碳化鎢增強層的厚度為5?15μm，碳化鎢增強層包括均勻分布的粒徑為0.5?3.Ομπι的微米級碳化鎢顆粒，體積分數為70%?95%，凹陷管狀體的微觀硬度可達到1850?2100 HV，沖擊韌性aK達到10?15 J/cm2。通過在剎車盤本體表面制備碳化鎢增強層，可進一步提高剎車盤的耐磨性能和耐高溫性能，且成本低，制備工藝簡單，適合大規模生產。
[0059]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種剎車盤，其特征在于:包括:剎車盤本體，所述剎車盤本體表面設有多個凹陷管狀體，且所述剎車盤本體表面和所述凹陷管狀體的內表面均設有碳化鎢增強層，其中，所述剎車盤本體的材質包括鎢系高速鋼。2.根據權利要求1所述的一種剎車盤，其特征在于:相鄰兩個所述凹陷管狀體之間的間距為25μπι?ΙΟΟΟμπι，所述凹陷管狀體的管徑為ΙΟμπι?40μπι，所述凹陷管狀體的深度為小于等于20μηι。3.根據權利要求2所述的一種剎車盤，其特征在于:所述碳化鎢增強層的厚度為5μπι?15μπι，所述碳化鎢增強層由均勻分布在所述剎車盤本體表面和所述凹陷管狀體內表面上的碳化鎢顆粒組成，所述碳化鎢顆粒的粒徑為0.5μπι?3.Ομπι，所述碳化鎢顆粒的體積分數為70%?95%。4.一種剎車盤的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:將剎車盤本體的表面進行處理;其中，所述剎車盤本體的材質包括鎢系高速鋼； 步驟2:采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔，并對打孔后的剎車盤本體依次進行酸洗、水洗至中性、超聲波清洗，得到具有凹陷管狀體的剎車盤本體； 步驟3:將具有凹陷管狀體的剎車盤本體放置在真空滲碳爐中在預設溫度下進行滲碳，并按照預設時間進行保溫，得到具有碳化鎢層的剎車盤本體； 步驟4:將具有碳化鎢層的剎車盤本體依次進行加熱淬火和回火處理，得到具有碳化鎢增強層的剎車盤。5.根據權利要求4所述的一種剎車盤的制備方法，其特征在于:所述步驟I的將剎車盤本體的表面進行處理具體包括: 將所述剎車盤本體的表面采用丙酮清洗。6.根據權利要求4所述的一種剎車盤的制備方法，其特征在于:所述步驟2中采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔具體包括: 在真空條件或惰性氣體保護下，采用激光打孔機對表面處理后的剎車盤本體進行打孔。7.根據權利要求4所述的一種剎車盤的制備方法，其特征在于:所述步驟2中酸洗采用的液體包括體積濃度為300 ml/L的鹽酸，或者，體積濃度為60ml/L的磷酸，或者，體積濃度為1201111/1的雙氧水，或者，體積濃度為3001]11/1的氫氟酸，或者，體積濃度為2001]11/1的硫酸； 所述超聲波清洗具體包括: 采用乙醇或丙酮進行超聲波清洗。8.根據權利要求4所述的一種剎車盤的制備方法，其特征在于:所述步驟3的真空滲碳爐中碳的質量分數為0.9%?1.0%，所述真空滲碳爐內的真空度小于等于I X 14 Pa，所述預設溫度為920°C?940°C，所述預設時間為1min?35min，所述具有凹陷管狀體的剎車盤本體的單位面積內滲碳的質量分數小于等于0.5%。9.根據權利要求4所述的一種剎車盤的制備方法，其特征在于:所述步驟4中加熱淬火的溫度為780°C?820°C，回火的溫度為300°C?420°C。
【文檔編號】C21D9/00GK105972114SQ201610569318
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月20日
【發明人】鐘黎聲, 張曦, 許云華, 燕映霖, 趙梓源, 蔡小龍, 趙娜娜
【申請人】西安理工大學