专利名称：一种金属基复合材料作为自行车碟式煞车碟盘的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属基复合材料作为自行车碟式煞车碟盘的应用。
由於不锈钢具有高度耐磨性，因此自行车碟式煞车碟盘一般都是由不锈钢制成。然而，当雨天时，由於不锈钢碟盘为一光滑表面，会导致煞车时碟盘与来令片产生滑移现象，煞车制动力较低。此外，由於不锈钢材质的散热效果不佳，在经过多次煞车后，不锈钢碟盘的温度会升得相当高。对於机械式煞车而言，会导致碟盘有热熔、变形的现象，造成煞车作动力不足。对於油压式煞车而言，煞车油会膨胀、劣化，也会造成煞车作动力不足。
因此，本发明的目的即为解决上述问题，而提供一种金属基复合材料作为自行车碟式煞车碟盘的应用，其具有高散热性，且耐磨性佳。
为达到本发明的目的，本发明提供一种金属基复合材料作为高散热耐磨的自行车碟式煞车碟盘的应用，所述的一金属基复合材料包括一含金属材料以及添加量为5％至40％体积比的陶瓷颗粒。
本发明的特徵为使用一金属基复合材料来制造自行车碟式煞车碟盘，有别於传统上不锈钢材质的自行车碟式煞车碟盘。
依据本发明，金属基复合材料包括一含金属材料以及添加量为5％至40％体积比的陶瓷颗粒，较佳者为5％至15％体积比。适用的陶瓷颗粒可为碳化硅(SiC)，氧化铝(Al2O3)，硼化钛(TiB)，或碳化硼(B4C)，较佳者为碳化硅(SiC)或氧化铝(Al2O3)颗粒。陶瓷颗粒的尺寸最好是5～100μm。
适用於本发明的含金属材料可为铝，铝合金，镁，镁合金，钛，或钛合金，特别是铝或铝合金。铝合金的具体例子包括AlSi，AlSiCu，AlSiZn，AlSiMg，AlSiCuZn，AlZn，AlZnMg，AlGe，AlGeSi，AlCu，AlMn，AlMg，AlLi，AlSn，和AlPb，较佳者为AlMgSi。
本发明使用金属基复合材料来制造自行车碟式煞车碟盘，主要有三项优点质轻，散热佳，耐磨。以下分别加以说明。
本发明所使用的含金属材料最好是使用比重介於1.7至4.6g/cm3之间的金属或其合金，以达到质轻的优点。例如，当含金属材料使用铝或铝合金时，添加陶瓷颗粒的铝或铝合金的比重约为2.8g/cm3，而不锈钢的比重约为7.8g/cm3。因此，以本发明铝基复合材料所制得的自行车碟式煞车碟盘，相较於传统上不锈钢制的自行车碟式煞车碟盘，约可减轻1/3的重量。
陶瓷颗粒的热传导速率为100cal/cm·s·℃，较不锈钢的热传导速率0.145cal/cm·s·℃高出约1000倍。因此，添加陶瓷颗粒的本发明的金属基复合材料，其热传导速率亦比不锈钢材料高出许多。因此，本发明铝基复合材料所制得的自行车碟式煞车碟盘，在经过多次煞车后，碟盘的温度不致太高。对於机械式煞车而言，可避免碟盘有热熔、变形的现象，对於油压式煞车而言，可避免超过允许的工作温度。因此，在经过多次煞车后，仍可提供良好的煞车效果。
陶瓷颗粒的硬度为维氏硬度值Hv 2550，相较於不锈钢Hv 400的硬度值高出6倍。当本发明铝基复合材料所制得的自行车碟式煞车碟盘与对磨材(来令片)磨擦后，高硬度的陶瓷颗粒会裸露於表面，因此可有效抵抗磨损。
分别使用本发明铝基复合材料(铝合金为AlMgSi，陶瓷颗粒为碳化硅颗粒)和传统的不锈钢材料制成自行车碟式煞车碟盘，以此碟盘配合自行车原有的支持构件(卡钳)与摩擦衬垫(来令片)，进行前轮煞车测试，借由碟盘与摩擦衬垫相互摩擦而产生制动力。测试方法包括(1)性能测试，(2)耐热测试，(3)机械耐久测试。
b.测试量测前，先预煞10次以使煞车块磨合。
c.煞车握把作用力不得超过180N，转动轮不得锁死。
d.煞车力平均值(F)由测试的平均值决定。煞车减速度(a)由以下公式决定a＝F/m，质量(m)以100kg计算。
(2)测试要求依据DIN 79100 Part II 5.6.4的要求，干式煞车减速度不得小於3.4m/s2，湿式煞车减速度不得小於2.2m/s2。
(3)测试结果如表1和表2所示。
干式煞车测试中，不锈钢碟盘是以高硬度而进行耐磨损。铝基复合材料碟盘中的铝合金基材虽然较软，但其中含有的陶瓷颗粒裸露於表面时，便可有效抵抗磨损，因此所测试出的数据与不锈钢碟盘相近。
湿式煞车测试中，不锈钢碟盘为一光滑表面，会导致煞车时碟盘与来令片产生滑移现象，煞车制动力较低。铝基复合材料碟盘中的陶瓷颗粒於湿式煞车测试中更易於显露出来，在相同的握把力下呈现出较高的制动力。
表1干式煞车测试的比较
表2湿式煞车测试的比较
实施例2耐热测试(1)测试内容a.制动功率225W。
b.测试2次各15分钟。
c.每次测试期间可释放煞车10次，每次不得超过2秒。
d.在总测试期间30分钟内，持续测温，取平均值。
(2)测试要求在2次耐热测试时，卡钳(夹器)温度不得超过100℃。
(3)测试结果如表3所示。
铝基复合材料碟盘中陶瓷颗粒的热传导率高出不锈钢约1000倍，因此陶瓷颗粒可提供高散热的效果。如表3所示，在耐热测试期间，铝基复合材料碟盘的平均温度低於不锈钢碟盘。
表3耐热测试的温度比较
实施例3机械耐久测试(1)测试内容a.测试速度12.5km/hr，减速度2.2m/s2。
b.每次煞车作用力持续时间2.5sec，测试次数3000次。
c.在总测试期间内，持续测温(每100次测1次温度)，取平均值。
(2)测试要求依据DIN 79100 Part II 5.6.4的要求，煞车系统必须通过3000次煞车测试。测试后轮圈必须能承受握把施力300N与1.5倍的最大胎压，而不得破坏。
(3)测试结果3000次耐久机械测试除了可检测碟盘是否承受长期磨损外，另一重点即在於其工作温度。
如表4所示，铝基复合材料碟盘所呈现的工作温度仅达68℃，且测试后碟盘无磨损情形，原因在於碟盘中所含的陶瓷颗粒扮演耐磨与散热的重要角色。除了高硬度可有效抵抗长期磨损外，陶瓷颗粒的高散热效果，亦可将磨擦所产生的热能瞬间以辐射的方式散逸出去，而达到良好散热的效果。
由於油压式碟式煞车所能允许的工作温度为130℃，当超过此温度时，煞车中的工作液体会膨胀且产生气泡，导致丧失煞车作动力。本发明铝基复合材料碟盘在机械耐久测试期间的工作温度低，有利於作为油压式碟式煞车的碟盘，以保持煞车的作动力。表4 3000次耐久测试的温度比较
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1.一种金属基复合材料作为自行车碟式煞车碟盘的应用，其中所述的金属基复合材料包括一含金属材料以及添加量为5％至40％体积比的陶瓷颗粒。
2.如权利要求1所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该陶瓷颗粒为选自由碳化硅(SiC)，氧化铝(Al2O3)，硼化钛(TiB)，碳化硼(B4C)所组成的族群中的颗粒。
3.如权利要求2所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该陶瓷颗粒为碳化硅(SiC)或氧化铝(Al2O3)颗粒。
4.如权利要求3所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该陶瓷颗粒为碳化硅。
5.如权利要求1所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该陶瓷颗粒的尺寸为5～100μm。
6.如权利要求1所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该含金属材料的比重为1.7至4.6g/cm3。
7.如权利要求1所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该含金属材料为选自由铝，铝合金，镁，镁合金，钛，和钛合金所组成的族群中。
8.如权利要求7所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该含金属材料为铝。
9.如权利要求7所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该含金属材料为铝合金。
10.如权利要求9所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该铝合金为选自由AlSi，AlSiCu，AlSiZn，AlSiMg，AlSiCuZn，AlZn，AlZnMg，AlGe，AlGeSi，AlCu，AlMn，AlMg，AlLi，AlSn，和AlPb所组成的族群中。
11.如权利要求10所述的自行车碟式煞车碟盘的应用，其中该铝合金为AlMgSi。
全文摘要
本发明提供一种金属基复合材料作为高散热耐磨的自行车碟式煞车碟盘的应用,所述的金属基复合材料包括一含金属材料以及添加量为5%至40%体积比的陶瓷颗粒。
文档编号B62L1/00GK1381377SQ0111069
公开日2002年11月27日 申请日期2001年4月17日 优先权日2001年4月17日
发明者翁文彬, 黄傅政 申请人:富骅企业股份有限公司