本發(fā)明屬于機動車及電氣化鐵道車輛制動盤或制動鼓制造技術領域，特別是涉及一種耐磨制動盤、制動鼓的制備方法及所制得的制動盤、制動鼓。

背景技術：

制動盤、制動鼓是汽車或其它車輛剎車系非常重要的部件，其質量好壞直接關系到車輛的安全性能。目前大多數(shù)制動盤和制動鼓是由鑄鐵制成，但鑄鐵耐磨性較差，散熱效果不好，高速行駛的情況下如果緊急剎車，制動盤或鼓的溫度會急劇升高，高溫會使制動盤或制動鼓本身出現(xiàn)熱衰退效應，耐磨性降低，摩擦系數(shù)降低，制動距離延長，甚至導致制動失效；另外鑄鐵制動盤、制動鼓質量大，增加了整車的能耗。當前在一些賽車上配置的制動盤采用碳纖維增強耐磨層復合材料制成，這種制動盤雖然質量較輕，但存在低溫剎車性能差、碳纖維易脫落、使用壽命短、價格昂貴等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種質量輕、耐磨性好、使用壽命長的制動盤或制動鼓制造方法及這種方法制成的制動盤或制動鼓。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種耐磨制動盤、制動鼓的制備方法，包括以下步驟：

加工制動盤、制動鼓：采用高強度鋁合金或鎂合金作為基材，進行毛坯鍛造或鑄造后按照圖紙機械加工成車輛所需的制動盤或制動鼓形狀；

吊裝制動盤或制動鼓，并用導線電性連接于制動盤或制動鼓基體；

配置溶液：選擇Na₂SiO₃·5H₂O、Na₂B₄O₇、KF、CON₂H₄、C₆H₁₅NO₃、KOH，作為溶質，選擇去離子水作為溶劑，各溶質的配置濃度為Na₂SiO₃·5H₂O 8-15g/L、Na₂B₄O₇0.5-15g/L、KF 0.5-15g/L、CON₂H₄ 0.5-5g/L、C₆H₁₅NO₃ 0.5-20g/l、KOH 0.5-3g/L，配置的溶液置于導電金屬槽內，溶液的配置量需能夠浸沒步驟一得到的制動盤或鼓；

在制動盤或制動鼓表面形成耐磨層：具體的將吊裝好的制動盤或制動鼓放入配置的溶液中浸沒于液面以下；采用電源為頻率100-500Hz、占空比50％的非對稱雙極性脈沖電源，并將連接制動盤或制動鼓的導線接電源的正極，將制動盤或制動鼓吊裝裝置中的不銹鋼陰極接電源的負極；控制溶液溫度處于20-40℃，啟動電源并采用恒壓控制，保持正向電流密度處于2-10A/dm²，待正向電壓升至400-420V時，開始緩慢加載負向電壓，使負向電流密度處于1-6A/dm²，然后維持正負向電流密度不變，當正向電壓升至520-580V時，斷開電源，取出制動盤或制動鼓并清洗干凈；在制動盤或制動鼓表面形成的耐磨層的膜厚為40-60um；

對制動盤或制動鼓工作表面進行打磨拋光，即得到輕質耐磨的制動盤、制動鼓。

所述制動盤的吊裝裝置包括縱截面為倒U型的吊裝板，上部為吊裝部，下部開口處兩端向外折彎成與制動盤連接的連接部，所述吊裝部向上穿過制動盤的安裝孔而凸出、供吊裝用，所述連接部緊貼在制動盤中部非工作面的下表面；制動盤兩工作面之外分別平行間隔設置一塊不銹鋼陰極，而在不銹鋼陰極與相鄰的制動盤中部非工作面之間夾有尼龍絕緣墊塊，使得不銹鋼陰極與制動盤之間的最小距離不小于10mm，且制動盤外圍上表面的A工作面和下表面的B工作面與各自相鄰的不銹鋼陰極之間距離相等；每個尼龍螺栓穿過兩塊不銹鋼陰極、兩塊尼龍絕緣墊塊、連接部和制動盤，而將吊裝板的連接部緊壓在制動盤的表面并固定；不銹鋼陰極電連接電源負極。

所述制動鼓的吊裝裝置包括縱截面為梯形或倒U型的鋁合金吊裝板，上部為吊裝部，下部開口處兩端向外折彎成與制動鼓連接的連接部，所述吊裝部向上穿過制動鼓的安裝孔而凸出、供吊裝用，所述連接部緊貼在制動鼓中部非工作面的下表面；制動鼓的內圓柱面內設置一個倒圓筒形的不銹鋼陰極，不銹鋼陰極外表面與制動鼓內表面之間距離均勻，且最小距離≥10mm；連接部下方設有尼龍絕緣墊塊，尼龍螺栓穿過不銹鋼陰極、尼龍絕緣墊塊、連接部和制動鼓，而將吊裝板的連接部與制動鼓壓緊固定；不銹鋼陰極電連接電源負極。

所述制動鼓的外表面為非工作表面，緊密套設一個硅膠保護套。

各溶質的配置濃度優(yōu)選為10g/l Na₂SiO₃·5H₂O、8g/l Na₂B₄O₇、2g/l KF、3g/l CON₂H₄、5g/l C₆H₁₅NO₃、2g/l KOH。

優(yōu)選參數(shù)為：控制溶液溫度處于25-35℃，設置電源頻率在100-200Hz、占空比為50％，保持正向電流密度處于5-6A/dm²，待正向電壓升至400-410V時，開始緩慢加載負向電壓，使負向電流密度處于3-4A/dm²，然后維持正負向電流密度不變。

當采用鋁合金加工制動盤或制動鼓時，在制動盤或制動鼓表面形成的耐磨層的厚度處于40-50um間，耐磨層的主要成分為晶態(tài)α-Al₂O₃和晶態(tài)γ-Al₂O₃，制動盤或制動鼓表面的顯微硬度達到Hv1500以上。

當采用鎂合金加工制動盤盤體時，在制動盤盤體表面形成的耐磨層層的厚度處于50-60um間，耐磨層層的主要成分為晶態(tài)MgO、尖晶石和鎂橄欖石，制動盤表面的顯微硬度達到Hv1000以上。

步驟五具體為：將表面形成耐磨層的制動盤或制動鼓裝夾于機床上，用400-800目的砂紙對其工作面進行打磨拋光，使工作面粗糙度達到Ra＝1.6um左右。

本發(fā)明還提供制動盤或制動鼓，其特征在于，采用權利要求1-9任一項所述方法制得。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明首次創(chuàng)新采用鍛造或鑄造成型的高強鋁合金、鎂合金作為基體材料，加工成制動盤或制動鼓，并創(chuàng)新地在其表面原位生成致密的耐磨層，該耐磨層與基體材料結合強度高，具有優(yōu)良的沖擊韌性、疲勞強度和良好的耐磨性能，可大幅提高車輛的剎車安全性。

1)目前車輛制動盤或制動鼓的材料主要為灰鑄鐵，其密度為7.2-7.3g/cm³，抗拉強度要求大于250MPa，而本發(fā)明所提供的制動盤或制動鼓采用7A04或其它高強鋁合金制作，7A04在擠壓態(tài)的抗拉強度為568MPa，屈服強度為539MPa，密度僅為2.85g/cm³，因此本發(fā)明所制備的制動盤或制動鼓強度遠大于傳統(tǒng)制動盤和制動鼓，且重量大幅減小，從而提高了剎車性能，并降低了整車能耗。

2)本發(fā)明所提供的制動盤或制動鼓采用鋁合金、鎂合金基材，其比熱容大于灰鐵，導熱率也比灰鐵大得多，所以本發(fā)明所提供的制動盤或制動鼓散熱性能良好，可大幅降低連續(xù)剎車時制動盤或制動鼓的溫度，有效降低剎車系統(tǒng)故障幾率，提高了車輛制動安全性能。

3)本發(fā)明利用制動盤或制動鼓基材表面在高壓條件下產生火花放電現(xiàn)象，使放電處溫度瞬間達到數(shù)千度，零件表面金屬在高溫下熔化，并與電解產生的氧氣發(fā)生劇烈反應形成熔融態(tài)的氧化物，隨著電火花的熄滅，金屬及氧化物迅速冷卻凝固形成晶態(tài)的氧化物耐磨層，由于經歷了高溫燒結，因此形成的耐磨層與基體金屬呈冶金結合，結合強度很高，本發(fā)明形成于制動盤或制動鼓表面的耐磨層物質為如α-Al₂O₃等晶體形態(tài)，具有很高的硬度和化學穩(wěn)定性，因此本發(fā)明所制備的制動盤或制動鼓具有良好的耐磨、耐腐蝕性能，克服了鑄鐵盤易磨損、易生銹的缺點，使用壽命長。

綜上，本發(fā)明所制備的制動盤或制動鼓相對于傳統(tǒng)制動盤或制動鼓具有高強度、高散熱性、高耐磨耐腐性、重量輕等獨特優(yōu)點，安裝于車輛上能夠大幅提高車輛的剎車安全性能，并降低了整車能耗，同時所述制動盤或制動鼓的制備工藝簡單，可廣泛推廣應用于各類車型制動盤或制動鼓的制備技術中，市場前景廣闊。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步地詳細說明。

圖1為實施例1的鋁合金制動盤與工裝裝配示意圖。

圖2為實施例2的鋁合金制動鼓與工裝裝配示意圖。

圖3為實施例4的鋁合金制動鼓與工裝裝配示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明各實施例的參數(shù)及得到的結果如表一所示。

表一

實施例1

本實施例采用7A04鋁合金制備了如圖1所示的制動盤。技術參數(shù)如表一中實施例1對應數(shù)據所示。所采用的7A04鋁合金為高強鋁合金，在擠壓態(tài)的抗拉強度為568MPa，屈服強度為539MPa，密度為2.85g/cm³。

(1)制動盤加工

依據鍛造工藝進行7A04鋁合金毛坯鍛造，對鍛好的毛坯進行固溶、時效處理，按照圖紙進行機械加工。

(2)吊裝

將步驟(1)得到的制動盤用專用工裝進行裝夾。如圖1所示，所述制動盤1的吊裝裝置包括梯形或倒U型的鋁合金吊裝板3，圖中是倒U形的，上部為吊裝部31，下部開口處兩端向外折彎成連接部32，所述吊裝部31向上穿過制動盤的安裝孔11而凸出、供吊裝用，所述連接部32則緊貼在制動盤中部非工作面的下表面；制動盤兩面之外分別平行間隔設置一塊不銹鋼陰極5，而在每塊不銹鋼陰極5與相鄰的制動盤中部非工作面之間夾有尼龍絕緣墊塊4，使得不銹鋼陰極5與制動盤1之間的最小距離為15mm(須保證不小于10mm)，且制動盤外圍上表面的A工作面和下表面的B工作面與各自相鄰的不銹鋼陰極5之間距離相等，這樣才能保證A、B兩平面上膜層生長均勻；每個尼龍螺栓4穿過兩塊不銹鋼陰極5、兩塊尼龍絕緣墊塊4、連接部32和制動盤，而將吊裝板3的連接部緊壓在制動盤1的表面并固定。

用導線通過鋁合金吊裝板3電連接制動盤確保吊裝板與導線連接牢固、導通。

(3)溶液配制

分別稱取10kg Na₂SiO₃·5H₂O、8kg Na₂B₄O₇、2kg KF、3kg CON₂H₄、5kg C₆H₁₅NO₃、2kg KOH加入1000升去離子水中，置于不銹鋼槽內，攪拌至溶質完全溶解。

(4)制動盤表面耐磨層制備

本發(fā)明采用非對稱雙極性脈沖電源。將與工裝裝配好的制動盤吊裝放入溶液中，連接制鋁合金吊裝板3的導線緊密電性連接不銹鋼槽上方的陽極桿，陽極桿連接電源正極；不銹鋼陰極5接電源負極。開啟溶液冷卻系統(tǒng)，設定溶液溫度范圍為25-35℃。設置電源參數(shù)為：頻率100Hz，占空比50％，選擇恒壓控制模式，啟動電源，保持正向電流密度6A/dm2，待正向電壓升至410V時，開始加載負向電壓，使負向電流密度達到4A/dm²，此后維持正負向電流密度不變，在此過程中利用制動盤表面火花放電瞬間產生數(shù)千度高溫，使制動盤表面金屬在高溫下熔化并與水電解所產生氧氣發(fā)生劇烈反應形成熔融態(tài)氧化物，隨著電火花的熄滅，制動盤金屬及表面的氧化物迅速冷卻凝固，從而在制動盤盤體表面形成α-Al₂O₃等晶體形態(tài)的氧化物耐磨層，隨著制動盤表面耐磨層的形成，正向電壓開始上升，當正向電壓升至538V時，斷開電源，此時預計制動盤表面耐磨層厚度處于40-50um間，其顯微硬度達到Hv1500以上，取出制動盤，拆卸工裝，用水清洗干凈。經檢測，得到的制動盤表面耐磨層厚度處于48um，其顯微硬度達到Hv1650。

(5)拋光

將處理好的制動盤裝夾于機床上，用600目砂紙對制動盤工作面進行拋光，使工作面粗糙度達到Ra＝1.6um，停止機器，拆卸制動盤。

這樣就得到了本實施例1的鋁合金制動盤。

實施例2

本實施例2先加工出了如圖2所示的鋁合金制動鼓7，制動鼓的工作面(需要耐磨的表面)為制動鼓7的內圓柱面。

為了吊裝圖2所示的制動鼓7，其吊裝裝置包括縱截面為梯形的鋁合金吊裝板3，或倒U型的鋁合金吊裝板也可以，吊裝板的上部為吊裝部31，下部開口處兩端向外折彎成與制動盤連接的連接部32，所述吊裝部31向上穿過制動鼓的安裝孔71而凸出、供吊裝用，所述連接部32緊貼在制動鼓中部非工作面的下表面；制動鼓的內圓柱面內設置一個倒圓筒形的不銹鋼陰極5，不銹鋼陰極5外表面與制動盤1內表面之間距離均勻，且最小距離≥10mm；連接部32下方設有尼龍絕緣墊塊4，尼龍螺栓2穿過不銹鋼陰極5、尼龍絕緣墊塊4、連接部32和制動鼓，而將吊裝板3的連接部與制動鼓7壓緊固定。

所述制動鼓7的外表面為非工作表面，緊密套設一個硅膠保護套6，用于保護制動鼓表面不需要耐磨處理的表面，以降低處理成本。

制備耐磨層的方法步驟與實施例1相同，所不同的是采用表一所示實施例2對應的技術參數(shù)，得到的耐磨層也如表一實施例2對應的數(shù)據所示，不再贅述。

實施例3

MB25鎂合金制動盤的制備。MB25為高強度鎂合金。

(1)制動盤加工

本實施例3的制動盤的結構與實施例1相同，依據鍛造工藝進行MB25鎂合金毛坯鍛造，按照圖紙進行機械加工。

(2)吊裝

將將步驟(1)得到的制動盤進行裝夾，同實施例1相同，并用導線通過鋁合金吊裝板3連接制動盤基體，確保基體與導線連接牢固、導通。

(3)溶液配制

分別稱取10kg Na₂SiO₃·5H₂O、2kg Na₂B₄O₇、5kg KF、3kg CON₂H₄、5kg C₆H₁₅NO₃、3kg KOH加入1000升去離子水中，置于不銹鋼槽內，攪拌至溶質完全溶解。

(4)制動盤表面耐磨層制備

采用非對稱雙極性脈沖電源。將與工裝裝配好的制動盤吊裝放入溶液中，通過鋁合金吊裝板3連接盤基體的導線電性連接不銹鋼槽上方的陽極桿，陽極桿連接電源正極，不銹鋼陰極5接電源負極。開啟溶液冷卻系統(tǒng)，設定溶液溫度范圍為25-35℃。設置電源參數(shù)為：頻率200Hz，占空比50％，選擇恒壓控制模式，啟動電源，保持正向電流密度5A/dm²，待正向電壓升至400V時，開始加載負向電壓，使負向電流密度達到3A/dm²，此后維持正負向電流密度不變，處理過程中的現(xiàn)象與鋁合金制動盤處理時類似，而在制動盤盤體表面形成的則是MgO、尖晶石等晶體形態(tài)的氧化物耐磨層，隨著制動盤表面耐磨層的形成，正向電壓開始上升，當正向電壓升至556V時，斷開電源，此時預計制動盤表面耐磨層厚度處于50-60um間，顯微硬度達到Hv1000以上，取出制動盤，拆卸工裝，用水清洗干凈。經檢測，得到的制動盤表面耐磨層厚度處于57um，其顯微硬度達到Hv1160。

(5)拋光

將處理好的制動盤用專用工裝裝夾于機床上，用600目砂紙對制動盤工作面進行拋光，使工作面粗糙度達到Ra＝1.6um，停止機器，拆卸制動盤。

該實施例采用的高強度鎂合金，密度為1.8g/cm³左右，僅是灰鐵密度的四分之一，用來替代傳統(tǒng)鑄鐵材料制備制動盤，使得制動盤重量大幅減小，降低了整車能耗。另外鎂合金比熱容遠大于灰鐵，導熱率也比灰鐵大得多，散熱性能良好，可大幅降低連續(xù)剎車時制動盤的溫度，有效降低剎車系統(tǒng)故障幾率，提高車輛安全性能。同時由于經歷了高溫燒結，因此制動盤盤體上形成的耐磨層與盤體金屬呈冶金結合，結合強度很高，所形成的耐磨層具有很高的硬度和化學穩(wěn)定性。因此本發(fā)明所制備的制動盤具有良好的耐磨、耐腐蝕性能，避免了鑄鐵制動盤易磨損、易生銹的缺點，可推廣應用于各類車型的轉動技術領域。

實施例4

鋁合金制動鼓的結構與實施例2相同，工裝也可參照圖2所示。工裝不同的是，本實施例4中不采用硅膠保護套6，使得整個制動鼓的表面都做處理，這有利于提高制動鼓的耐蝕性。

制動鼓上耐磨層的形成與實施例3大致相同，所不同的是采用表一所示實施例4對應的技術參數(shù)，得到的耐磨層也如表一實施例4對應的數(shù)據所示，不再贅述。

本發(fā)明具體實施方式中鋁合金牌號為7A04，鎂合金牌號為MB25，也可以為其它高強度鋁、鎂合金，且本發(fā)明也可以采用鑄造鋁合金，只要強度滿足要求即可。