专利名称：制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘的制作方法
技术领域：
本发明属于机动车盘式制动器制动盘轻型化技术领域，特别是具体为一种两侧制 动摩擦表面为经过微弧氧化而生成的一层AL2O3陶瓷膜层的铝合金制动盘。
背景技术：
机动车制动器几乎均为机械摩擦式，即利用旋转元件与固定元件两工作表面间的 摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停止。摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘 式两大类，鼓式制动是由制动蹄片制动鼓构成。相对于鼓式制动器，盘式制动器具有热稳定 性较好、水稳定性较好、制动稳定性较好、更加轻便和容易保养等优点。盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧表面为工作面的制动盘，其固定 摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。制动时，当制动盘被两侧的制动 块夹紧时，摩擦表面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩。盘式制动器常用作汽车和摩托车 的车轮制动器，也可用作各种汽车的中央制动器。在上述操作中，制动盘是一个重要的部件，其硬度和耐磨度直接影响到安全性和 使用寿命，故要求制动盘具硬度高、耐磨性好、使用寿命长的特点。而目前大多数制动盘是 由铸铁制成，此制动盘制造成本便宜，但铸铁制动盘耐磨性差，磨损度搞；散热效果不好，导 致摩擦系数降低，制动距离延长，制动失效；铸铁制动盘质量大，增加了整车的耗油量，铸铁 表面容易生锈。国内外一直在寻找更好的解决办法，国内授权公告号为CN201080980Y的实用新 型专利，利用镁合金来替代铸铁制作制动盘，但镁合金的旋转弯曲疲劳寿命不稳定且较短。 一般而言，频率对金属材料在空气中的疲劳性能影响不大，但是镁合金完全不同。例如，在 空气中，在频率范围1 IOHz，对于挤压AM60，频率越低，疲劳寿命越短。对于挤压镁合金 AZ80,频率越低，疲劳裂纹扩展速度越快，氯离子能显著降低镁合金AM60和AZ80的疲劳寿 命，而且铸造镁合金的铸造缺陷(如空洞)则往往是疲劳裂纹萌生的地方。CL_，Br", Γ和 四氧化硅负2价离子都会加快镁合金的腐蚀疲劳裂纹扩展速度。美国材料加工研究所IMP (The Institute of Materials Processing)于 2005 年 研制成功了钢包铝制动盘，即以铝合金为基体，制动摩擦表面镶有一层钢，已经申请专利。 而专利号为5224752美国发明专利也为轻型制动盘，是在以铝合金基体的制动盘制动表面 涂上一层厚度为0.015-0. 020英寸(即381微米-508微米)的涂层，涂层是由氧化铝、钛铝 和锆酸镁三种中的任何一种或多种组成。上述两种方法都是以铝合金为基体，说明制动盘 铝合金基体是发展趋势，但是这两种方法都涉及到铝合金基体和制动表面层的结合问题。 均不如铝合金基体上进行微弧氧化而生成的氧化铝陶瓷膜，是属于原位生长，冶金结合，强 度好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质量轻、散热好、耐磨性高的制动工作表面生成有AL2O3陶瓷膜层的铝合金制动盘，解决现有铸铁制动盘耐磨性差、散热效果不好、质量大等问 题。实现本发明目的的技术解决方案为制动盘的基体材料为铝合金，制动盘的内外 制动表面覆盖有氧化铝AL2O3陶瓷膜层，该陶瓷层厚度为10微米至370微米。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)铝合金制动盘大批量生产及微弧氧化 处理操作简便稳定。(2)获得的制动盘AL2O3膜层致密度高、硬度高、具有非常好的耐磨性。 (3)由于AL2O3陶瓷层导热系数很低，降低了制动摩擦工作表面在制动中产生的热能向制动 盘铝合金基体传导的速度，同时铝合金基体的导热系数高，有很好的散热性能，大大提高了 制动盘的耐磨、耐高温等性能，散热效果良好，延长了制动盘的使用寿命。(4)铝合金制动盘 重量较轻，减轻了整车的重量，减少了整车的耗油量。
图1为本发明制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘的整体轴侧图。图2为本发明制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘的主视图。图3为本发明制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘的左视图。图4为本发明制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘的局部放大图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。结合图1至图4，本发明制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘的基体 材料为铝合金，制动盘的内外制动表面覆盖有氧化铝AL2O3陶瓷膜层1，该AL2O3陶瓷膜层的 厚度为10微米至370微米。本发明制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘为实心制动盘。本发明制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘具有通风孔道，如图一轴 侧图所示。本发明制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘，AL2O3陶瓷膜层1是在铝 合金制动盘基体的内外制动表面采用微弧氧化处理工艺生成的。微弧氧化是通过电解液 中的高压放电作用在轻金属表面形成陶瓷膜的一种新工艺，是目前材料表面改性技术的研 究热点之一。微弧氧化膜是基体原位生长陶瓷膜，结合牢固，陶瓷膜致密均勻，孔隙率低， 耐蚀性、耐磨性好，同时这种技术工艺简单，对环境污染小，处理零件能力强，特别是对异型 零件、孔洞、焊缝的可加工性优于其它表面陶瓷化工艺，是一种很有发展前途的表面处理工 艺。一般认为，微弧氧化膜主要由致密层和疏松层组成，致密层与基体结合良好与外 部疏松层犬牙交错在一起。致密层晶粒细小，空隙率很小，无明显气孔和其他缺陷，硬度和 绝缘电阻均很大；疏松层晶粒较粗大，存在很多孔洞和其他缺陷，比较粗糙疏松，且孔洞周 围又有很多微裂纹向内扩展。但是，致密层和疏松层并没有明显的分界线。试验表明，在微弧氧化初期，陶瓷膜较为致密，几乎观察不到疏松层，但随着处理 时间的延长及膜层的增厚，逐渐形成疏松的表层，最终疏松层所占比例可高达膜层总厚度 的90%左右。形成疏松表层的原因是由于微弧氧化后期，较高的微弧放电电压对原有膜层的重复击穿，一方面使得内层的氧化过程得以进行，另一方面较大尺寸的放电孔洞存在形 成疏松层。微弧氧化时间应合理控制。虽然随着氧化时间的增加，氧化膜厚度逐渐增加，但达 一定的时间后，膜厚增速减慢甚至不再增加。氧化时间过长还会造成某些金属出现二次放 电现象或者形成的膜层中疏松层所占比例过高。试验表面铝合金微弧氧化膜的厚度一般最 多可达到400微米(0. 4mm)，但须消耗过多电能和时间，且膜层总厚度的85%以上为疏松 层，因此将厚度控制在10微米至370微米之间较为合适，由于是铝合金基体原位生长的陶 瓷层，故两者之间结合牢固，陶瓷膜层致密均勻。下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。实施例1 摩托车制动盘。由于摩托车制动盘所需的制动力相对于汽车较小，散热 效果相对较好，故一般采用实心结构，这里用铝合金2219板材冲压成型，经过机械加工，整 型，磨削，热处理，即可制成制动盘毛胚；再经过除油，清洗，微弧氧化，清洗，后续处理后即 可完成。其中微弧氧化电解液为以水玻璃为主要成分，将PH值调整在11-13之间。溶液通 过循环冷却系统在电解槽内流动。不锈钢电解槽接电源阴极，铝合金制动盘毛胚接电源阳 极。利用气泵的搅拌冷却电解液温度为20-50°C，处理时间为30-50分钟，在链轮表面原位 生长一层致密的AL2O3陶瓷层，如图1，经过检测，其AL2O3陶瓷层厚度为50微米，其表面硬 度达到HV1300。干摩擦系数为0.18。经过60天400公里实地装车验后，表面微弧氧化层 没有明显磨损和脱落。实施例2 汽车制动盘。汽车制动盘的工作负载很大，温升明显，为了降低制动盘 工作时的温升，制动盘厚度不宜过小，为了通风散热，一般在制动盘的两工作面之间铸出通 风孔道。同时为了保证制动盘的工作稳定持久，本实施例将铝合金2219用半固态成型触变 成型制成汽车制动盘毛胚件，通过机械加工，磨削，热处理制成制动盘毛胚，再经过除油，清 洗，微弧氧化，清洗，后续处理后即可完成。其中微弧氧化电解液为以水玻璃为主要成分，将 PH值调整在11-13之间。溶液通过循环冷却系统在电解槽内流动。不锈钢电解槽接电源 阴极，铝合金制动盘毛胚接电源阳极。利用气泵的搅拌冷却电解液温度为20-55°C，处理时 间为50-70分钟，在链轮表面原位生长一层致密的AL2O3陶瓷层，如图1。经过检测，其AL2O3 陶瓷层厚度为80微米，其表面硬度达到HV1400。干摩擦系数为0. 18。经过60天试验室耐 磨试验后，表面微弧氧化层没有明显磨损和脱落。
权利要求
一种制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘，其特征在于制动盘的基体材料为铝合金，制动盘的内外制动表面覆盖有氧化铝AL2O3陶瓷膜层[1]。
2.根据权利要求1所述的制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘，其特征在 于制动盘为实心制动盘。
3.根据权利要求1所述的制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘，其特征在 于制动盘具有通风孔道。
4.根据权利要求1所述的制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘，其特征在 于=AL2O3陶瓷膜层[1]是在铝合金制动盘基体的内外制动表面采用微弧氧化处理工艺生成 的。
5.根据权利要求1所述的制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘，其特征在 于=AL2O3陶瓷膜层[1]的厚度为10微米至370微米。
全文摘要
本发明公开了一种制动面为微弧氧化陶瓷层的机动车铝合金制动盘，该制动盘的基体材料为铝合金，制动盘的内外制动表面覆盖有氧化铝AL2O3陶瓷膜层，本发明铝合金制动盘质量轻、散热好、耐磨性高的制动工作表面生成有AL2O3陶瓷膜层，解决了现有铸铁制动盘耐磨性差、散热效果不好、质量大等问题。
文档编号F16D65/12GK101963199SQ200910212580
公开日2011年2月2日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者柯全, 江剑 申请人:南京理工大学;柯全