技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輕量化的鋁基剎車盤的制備方法，屬于剎車盤
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：由于全球節(jié)能環(huán)保意識的覺醒，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。實驗證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6～8%。為了減輕汽車重量，越來越多的鋼鐵零部件改用輕質(zhì)材料制造，例如鎂、鋁、工程塑料、陶瓷和各種復(fù)合材料。乘用車的制動系統(tǒng)通常采用前輪剎車盤，后輪剎車鼓。由于剎車盤的制動效果更好，前后輪都采用剎車盤已漸成趨勢。目前剎車盤和與其配套的卡鉗基本上都是由鑄鐵制造，汽車行業(yè)一直希望能減輕制動系統(tǒng)的重量。到目前為止，三種剎車盤輕量化技術(shù)已經(jīng)開始了有限的商業(yè)化應(yīng)用：例如：碳/碳剎車盤、陶瓷剎車盤、鋁基復(fù)合材料剎車盤。由于多種原因，這三種技術(shù)并不適合乘用車廣泛使用，因此有必要研發(fā)能被多數(shù)乘用車采用的輕質(zhì)剎車盤。鋁是價格相對低廉、資源豐富的輕質(zhì)材料，又適合用鑄造、鍛造、焊接和機(jī)械加工的方法制造零部件，生產(chǎn)成本低。與鑄鐵相比，鋁基材料具有重量輕、耐腐蝕、韌性好、相同或更高的強(qiáng)度、高導(dǎo)熱率、高比熱，是制造輕質(zhì)剎車盤的優(yōu)選材料。但是鋁合金不耐磨、不能承受高溫。為了解決這些缺陷，陶瓷顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料剎車盤曾經(jīng)經(jīng)歷過大量的研究。使用過的陶瓷顆粒有SiC、Al2O3和粉煤灰，體積占比10～30%，最常見20%。該類研究解決了多項技術(shù)難題包括：高速機(jī)械攪拌液態(tài)鋁加入陶瓷顆粒，避免陶瓷顆粒在液態(tài)鋁中因比重差別而產(chǎn)生偏析，改善陶瓷顆粒表面與液態(tài)鋁的侵潤。但是采用上述方法制備得到的鋁剎車盤直接將陶瓷顆粒加入，導(dǎo)致了其重量較重，因此有必要對鋁基剎車盤的制備進(jìn)行輕量化改進(jìn)。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于：解決鋁基剎車盤中加入耐磨顆粒導(dǎo)致的剎車盤重量增加的問題。本發(fā)明通過采用在鋁合金表面直接覆蓋耐磨層的方式載入耐磨層，同時通過在耐磨層與鋁基盤片之間增加中間層，中間層由陶瓷和金屬顆粒復(fù)合而成，并且通過對陶瓷層進(jìn)行了預(yù)刻蝕處理，使金屬與陶瓷之間構(gòu)成間隙，使金屬顆粒在表層與中間層之間的緩沖應(yīng)力效果更好，提高表面的耐磨性。技術(shù)方案是：一種輕量化的鋁基剎車盤的制備方法，包括如下步驟：第1步，對鋁合金表面進(jìn)行預(yù)處理：依次采用打磨、清洗對鋁合金盤轂進(jìn)行處理；第2步，制備中間涂層材料：按重量份計，將碳化硅粉末30～40份、氧化鈦粉末12～15份、粘合劑7～10份混合均勻，進(jìn)行球磨，再通過等離子噴涂方法噴涂于盤轂表面；第3步，中間層的燒結(jié)處理：將第2步得到盤轂在氫氣氣氛下燒結(jié)，使氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)殁亞钨|(zhì)；第4步，中間層的刻蝕處理：將第3步得到的盤轂置于30wt%以上的碳酸鈉溶液中刻蝕處理；第5步，鋁溶膠的制備：按重量份計，將異丙醇鋁2～3份緩慢加入至水200～240份中，進(jìn)行水解反應(yīng)，再升溫，蒸出醇類物質(zhì)，再加入二硼化鈦粉末0.5～1.5份，并加入硝酸調(diào)節(jié)pH至3.5～4.0之間，30～40℃陳化至少24h，得到鋁溶膠；第6步，表層涂料的涂覆：將鋁溶膠減壓蒸發(fā)，至固含量為20～35%，作為濃縮后的鋁溶膠，再將濃縮的鋁溶膠與粘合劑按照重量比20：1～3混合，作為表層涂料，涂覆于盤轂得到的盤轂上，再將其在氫氣氣氛中燒結(jié)，最后對表面進(jìn)行微弧氧化處理，得到剎車盤。所述的第1步中，打磨步驟是采用400～800目的砂紙打磨，清洗步驟是采用丙酮清洗。所述的第2步和第6步中，粘合劑選自聚乙烯醇、聚乙二醇、甘油或者硬酯酸中的一種或者幾種混合。所述的第2步中，球磨采用星行球磨機(jī)，球磨時間2～4h，轉(zhuǎn)速為200～550r/min。所述的第2步中，等離子噴涂的工藝參數(shù)是：噴槍與金屬基體間距離為30～80mm，噴涂功率為60～120kW，氬氣流速為25～50L/min，氫氣流速為8～12L/min，送料速率保持為10～12g/min，噴涂得到的涂層厚度20～30μm。所述的第3步中，燒結(jié)過程參數(shù)是：以4～10/min速率升溫至300～450℃，再保持2～4h，自然放冷。所述的第4步中，刻蝕溫度是75～85℃，刻蝕時間是3～5min。所述的第5步中，升溫是指升溫至85～90℃。所述的第6步中，涂覆使表層涂層厚度50～80μm；燒結(jié)過程參數(shù)是：以8～12/min速率升溫至450～550℃，再保持2～4h，自然放冷。所述的第6步中，微弧氧化操作中采用恒定電流供電，處理時間45～50min；電解液配比是：偏鋁酸鈉12～14g/L，氫氧化鈉0.6～3g/L，六偏磷酸鈉4～6g/L，電流密度為5～14A/dm2；操作參數(shù)是：頻率400～600HZ，正負(fù)脈沖數(shù)3∶1，占空比為15～20%。有益效果本發(fā)明通過采用在鋁合金表面直接覆蓋耐磨層的方式載入耐磨層，同時通過在耐磨層與鋁基盤片之間增加中間層，中間層由陶瓷和金屬顆粒復(fù)合而成，并且通過對陶瓷層進(jìn)行了預(yù)刻蝕處理，使金屬與陶瓷之間構(gòu)成間隙，使金屬顆粒在表層與中間層之間的緩沖應(yīng)力效果更好，提高表面的耐磨性。具體實施方式本發(fā)明的制備的剎車盤是以鋁合金材料作為內(nèi)部基材，首先，在其表面形成由碳化硅粉末和氧化鈦粉末的中間涂層，通過氫氣氣氛下燒結(jié)使氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)殁亞钨|(zhì)，再通過碳酸鈉溶液的刻蝕處理，使碳化硅形成微孔結(jié)構(gòu)，通過這樣的手段可以使金屬鈦在與表層結(jié)合之后更好地釋放應(yīng)用，使表層的應(yīng)力轉(zhuǎn)移至中間層，提高耐磨性；接下來，再在中間層的表面構(gòu)成含鋁和陶瓷的表面層，通過氫氣氣氛燒結(jié)可以使鋁溶膠中的氫氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)殇X單質(zhì)，再通過微弧氧化處理使其轉(zhuǎn)變?yōu)槟湍バ阅芨玫难趸X。實施例1第1步，對鋁合金表面進(jìn)行預(yù)處理：依次采用打磨、清洗對鋁合金盤轂進(jìn)行處理，打磨步驟是采用400目的砂紙打磨，清洗步驟是采用丙酮清洗；第2步，制備中間涂層材料：按重量份計，將碳化硅粉末30份、氧化鈦粉末12份、粘合劑聚乙烯醇7份混合均勻，進(jìn)行球磨，球磨采用星行球磨機(jī)，球磨時間2h，轉(zhuǎn)速為200r/min，再通過等離子噴涂方法噴涂于盤轂表面，等離子噴涂的工藝參數(shù)是：噴槍與金屬基體間距離為30mm，噴涂功率為60kW，氬氣流速為25L/min，氫氣流速為8L/min，送料速率保持為10g/min，噴涂得到的涂層厚度20μm；第3步，中間層的燒結(jié)處理：將第2步得到盤轂在氫氣氣氛下燒結(jié)，使氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)殁亞钨|(zhì)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以4/min速率升溫至300℃，再保持2h，自然放冷；第4步，中間層的刻蝕處理：將第3步得到的盤轂置于30wt%以上的碳酸鈉溶液中刻蝕處理，刻蝕溫度是75℃，刻蝕時間是3min；第5步，鋁溶膠的制備：按重量份計，將異丙醇鋁2份緩慢加入至水200份中，進(jìn)行水解反應(yīng)，再升溫至85℃，蒸出醇類物質(zhì)，再加入二硼化鈦粉末0.5份，并加入硝酸調(diào)節(jié)pH至3.5之間，30℃陳化至少24h，得到鋁溶膠；第6步，表層涂料的涂覆：將鋁溶膠減壓蒸發(fā)，至固含量為20%，作為濃縮后的鋁溶膠，再將濃縮的鋁溶膠與粘合劑硬酯酸按照重量比20：1混合，作為表層涂料，涂覆于第4步得到的盤轂上，使表層涂層厚度50μm，再將其在氫氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以8/min速率升溫至450℃，再保持2h，自然放冷，最后對表面進(jìn)行微弧氧化處理，微弧氧化操作中采用恒定電流供電，處理時間45min；電解液配比是：偏鋁酸鈉12g/L，氫氧化鈉0.6g/L，六偏磷酸鈉4g/L，電流密度為5A/dm2；操作參數(shù)是：頻率400HZ，正負(fù)脈沖數(shù)3∶1，占空比為15%，得到剎車盤。實施例2第1步，對鋁合金表面進(jìn)行預(yù)處理：依次采用打磨、清洗對鋁合金盤轂進(jìn)行處理，打磨步驟是采用800目的砂紙打磨，清洗步驟是采用丙酮清洗；第2步，制備中間涂層材料：按重量份計，將碳化硅粉末40份、氧化鈦粉末15份、粘合劑聚乙烯醇10份混合均勻，進(jìn)行球磨，球磨采用星行球磨機(jī)，球磨時間4h，轉(zhuǎn)速為550r/min，再通過等離子噴涂方法噴涂于盤轂表面，等離子噴涂的工藝參數(shù)是：噴槍與金屬基體間距離為80mm，噴涂功率為120kW，氬氣流速為50L/min，氫氣流速為12L/min，送料速率保持為12g/min，噴涂得到的涂層厚度30μm；第3步，中間層的燒結(jié)處理：將第2步得到盤轂在氫氣氣氛下燒結(jié)，使氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)殁亞钨|(zhì)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以10/min速率升溫至450℃，再保持4h，自然放冷；第4步，中間層的刻蝕處理：將第3步得到的盤轂置于30wt%以上的碳酸鈉溶液中刻蝕處理，刻蝕溫度是85℃，刻蝕時間是3～5min；第5步，鋁溶膠的制備：按重量份計，將異丙醇鋁3份緩慢加入至水240份中，進(jìn)行水解反應(yīng)，再升溫至90℃，蒸出醇類物質(zhì)，再加入二硼化鈦粉末1.5份，并加入硝酸調(diào)節(jié)pH至4.0之間，40℃陳化至少24h，得到鋁溶膠；第6步，表層涂料的涂覆：將鋁溶膠減壓蒸發(fā)，至固含量為35%，作為濃縮后的鋁溶膠，再將濃縮的鋁溶膠與粘合劑硬酯酸按照重量比20：3混合，作為表層涂料，涂覆于第4步得到的盤轂上，使表層涂層厚度80μm，再將其在氫氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以12/min速率升溫至550℃，再保持4h，自然放冷，最后對表面進(jìn)行微弧氧化處理，微弧氧化操作中采用恒定電流供電，處理時間50min；電解液配比是：偏鋁酸鈉14g/L，氫氧化鈉3g/L，六偏磷酸鈉6g/L，電流密度為14A/dm2；操作參數(shù)是：頻率600HZ，正負(fù)脈沖數(shù)3∶1，占空比為20%，得到剎車盤。實施例3第1步，對鋁合金表面進(jìn)行預(yù)處理：依次采用打磨、清洗對鋁合金盤轂進(jìn)行處理，打磨步驟是采用600目的砂紙打磨，清洗步驟是采用丙酮清洗；第2步，制備中間涂層材料：按重量份計，將碳化硅粉末35份、氧化鈦粉末13份、粘合劑聚乙烯醇8份混合均勻，進(jìn)行球磨，球磨采用星行球磨機(jī)，球磨時間3h，轉(zhuǎn)速為450r/min，再通過等離子噴涂方法噴涂于盤轂表面，等離子噴涂的工藝參數(shù)是：噴槍與金屬基體間距離為50mm，噴涂功率為70kW，氬氣流速為30L/min，氫氣流速為9L/min，送料速率保持為11g/min，噴涂得到的涂層厚度24μm；第3步，中間層的燒結(jié)處理：將第2步得到盤轂在氫氣氣氛下燒結(jié)，使氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)殁亞钨|(zhì)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以7/min速率升溫至350℃，再保持3h，自然放冷；第4步，中間層的刻蝕處理：將第3步得到的盤轂置于30wt%以上的碳酸鈉溶液中刻蝕處理，刻蝕溫度是78℃，刻蝕時間是4min；第5步，鋁溶膠的制備：按重量份計，將異丙醇鋁2份緩慢加入至水230份中，進(jìn)行水解反應(yīng)，再升溫至88℃，蒸出醇類物質(zhì)，再加入二硼化鈦粉末0.9份，并加入硝酸調(diào)節(jié)pH至3.8之間，36℃陳化至少24h，得到鋁溶膠；第6步，表層涂料的涂覆：將鋁溶膠減壓蒸發(fā)，至固含量為25%，作為濃縮后的鋁溶膠，再將濃縮的鋁溶膠與粘合劑硬酯酸按照重量比10：1混合，作為表層涂料，涂覆于第4步得到的盤轂上，使表層涂層厚度70μm，再將其在氫氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以9/min速率升溫至480℃，再保持3h，自然放冷，最后對表面進(jìn)行微弧氧化處理，微弧氧化操作中采用恒定電流供電，處理時間48min；電解液配比是：偏鋁酸鈉13g/L，氫氧化鈉0.2g/L，六偏磷酸鈉5g/L，電流密度為12A/dm2；操作參數(shù)是：頻率500HZ，正負(fù)脈沖數(shù)3∶1，占空比為18%，得到剎車盤。對照例1與實施例3的區(qū)別在于：未在中間層中加入碳化硅，其用量以氧化鈦粉末代替。第1步，對鋁合金表面進(jìn)行預(yù)處理：依次采用打磨、清洗對鋁合金盤轂進(jìn)行處理，打磨步驟是采用600目的砂紙打磨，清洗步驟是采用丙酮清洗；第2步，制備中間涂層材料：按重量份計，將氧化鈦粉末48份、粘合劑聚乙烯醇8份混合均勻，進(jìn)行球磨，球磨采用星行球磨機(jī)，球磨時間3h，轉(zhuǎn)速為450r/min，再通過等離子噴涂方法噴涂于盤轂表面，等離子噴涂的工藝參數(shù)是：噴槍與金屬基體間距離為50mm，噴涂功率為70kW，氬氣流速為30L/min，氫氣流速為9L/min，送料速率保持為11g/min，噴涂得到的涂層厚度24μm；第3步，中間層的燒結(jié)處理：將第2步得到盤轂在氫氣氣氛下燒結(jié)，使氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)殁亞钨|(zhì)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以7/min速率升溫至350℃，再保持3h，自然放冷；第4步，中間層的刻蝕處理：將第3步得到的盤轂置于30wt%以上的碳酸鈉溶液中刻蝕處理，刻蝕溫度是78℃，刻蝕時間是4min；第5步，鋁溶膠的制備：按重量份計，將異丙醇鋁2份緩慢加入至水230份中，進(jìn)行水解反應(yīng)，再升溫至88℃，蒸出醇類物質(zhì)，再加入二硼化鈦粉末0.9份，并加入硝酸調(diào)節(jié)pH至3.8之間，36℃陳化至少24h，得到鋁溶膠；第6步，表層涂料的涂覆：將鋁溶膠減壓蒸發(fā)，至固含量為25%，作為濃縮后的鋁溶膠，再將濃縮的鋁溶膠與粘合劑硬酯酸按照重量比10：1混合，作為表層涂料，涂覆于第4步得到的盤轂上，使表層涂層厚度70μm，再將其在氫氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以9/min速率升溫至480℃，再保持3h，自然放冷，最后對表面進(jìn)行微弧氧化處理，微弧氧化操作中采用恒定電流供電，處理時間48min；電解液配比是：偏鋁酸鈉13g/L，氫氧化鈉0.2g/L，六偏磷酸鈉5g/L，電流密度為12A/dm2；操作參數(shù)是：頻率500HZ，正負(fù)脈沖數(shù)3∶1，占空比為18%，得到剎車盤。對照例2與實施例3的區(qū)別在于：中間層未進(jìn)行刻蝕處理。第1步，對鋁合金表面進(jìn)行預(yù)處理：依次采用打磨、清洗對鋁合金盤轂進(jìn)行處理，打磨步驟是采用600目的砂紙打磨，清洗步驟是采用丙酮清洗；第2步，制備中間涂層材料：按重量份計，將碳化硅粉末35份、氧化鈦粉末13份、粘合劑聚乙烯醇8份混合均勻，進(jìn)行球磨，球磨采用星行球磨機(jī)，球磨時間3h，轉(zhuǎn)速為450r/min，再通過等離子噴涂方法噴涂于盤轂表面，等離子噴涂的工藝參數(shù)是：噴槍與金屬基體間距離為50mm，噴涂功率為70kW，氬氣流速為30L/min，氫氣流速為9L/min，送料速率保持為11g/min，噴涂得到的涂層厚度24μm；第3步，中間層的燒結(jié)處理：將第2步得到盤轂在氫氣氣氛下燒結(jié)，使氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)殁亞钨|(zhì)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以7/min速率升溫至350℃，再保持3h，自然放冷；第4步，鋁溶膠的制備：按重量份計，將異丙醇鋁2份緩慢加入至水230份中，進(jìn)行水解反應(yīng)，再升溫至88℃，蒸出醇類物質(zhì)，再加入二硼化鈦粉末0.9份，并加入硝酸調(diào)節(jié)pH至3.8之間，36℃陳化至少24h，得到鋁溶膠；第5步，表層涂料的涂覆：將鋁溶膠減壓蒸發(fā)，至固含量為25%，作為濃縮后的鋁溶膠，再將濃縮的鋁溶膠與粘合劑硬酯酸按照重量比10：1混合，作為表層涂料，涂覆于第3步得到的盤轂上，使表層涂層厚度70μm，再將其在氫氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程參數(shù)是：以9/min速率升溫至480℃，再保持3h，自然放冷，最后對表面進(jìn)行微弧氧化處理，微弧氧化操作中采用恒定電流供電，處理時間48min；電解液配比是：偏鋁酸鈉13g/L，氫氧化鈉0.2g/L，六偏磷酸鈉5g/L，電流密度為12A/dm2；操作參數(shù)是：頻率500HZ，正負(fù)脈沖數(shù)3∶1，占空比為18%，得到剎車盤。將剎車材料按照GB228測試其室溫拉伸性能，采用導(dǎo)熱率測試儀測定其導(dǎo)熱率（200℃下）。采用MM-1000摩擦試驗機(jī)測試本發(fā)明的摩擦制動材料的剎車性能，測試條件為：慣量3.8kgf·cm·s2，比壓100N/cm2，線速度25m/s。硬度/HBS導(dǎo)熱率/W/(m·K)剎車面上出現(xiàn)均布疲勞細(xì)紋的循環(huán)次數(shù)100km/h下剎車距離線磨損率μm/面·次實施例124018314次19.1m1.00實施例224517415次20.2m1.02實施例326519518次18.3m0.75對照例12551558次24.5m1.68對照例22601678次25.3m1.79從上表中可以看出，本發(fā)明提供的剎車盤具有較好的剎車性能，具有較短的剎車距離和較小的線磨損率。實施例3相對于對照例2來說，通過對碳化硅材料進(jìn)行刻蝕處理，可以使金屬鈦能夠更有效地釋放表層應(yīng)用，提高耐磨和剎車性能。當(dāng)前第1頁1 2 3