一種具有耐磨羥基磷灰石涂層的制動盤及制造方法技術

本發明專利技術公開了一種具有耐磨羥基磷灰石涂層的制動盤及制造方法。目前，高速列車主要采用的基本制動方式是盤形制動，制動盤作為盤式制動器核心部件需要具有優異的耐磨性、抗疲勞性和抗龜裂性。本發明專利技術通過超音速氧焰噴涂或等離子噴涂等方法，在制動盤本體上噴涂羥基磷灰石，構建具有形態、結構、材料等多因素耦合特點的非光滑羥基磷灰石涂層，在整個制動盤表面呈現有益于制動盤功能實現的多種形態，包括圓環狀、同心圓狀、輻射狀、網狀、扇葉狀和螺旋狀。本發明專利技術能夠顯著提高制動盤的耐磨性、抗疲勞性、抑制裂紋的生長，大幅延長使用壽命。本發明專利技術還具有加工簡單、成本低、性能優越可靠、性價比高等特點。

【技術實現步驟摘要】
一種具有耐磨羥基磷灰石涂層的制動盤及制造方法
本專利技術屬于制動裝置領域，涉及一種用于制動器上的制動盤及其制造方法，具體涉及一種具有耐磨羥基磷灰石涂層的制動盤及制造方法。
技術介紹
隨著國民經濟的發展，“高速”似乎成為了現代生活的代名詞。在中國實現現代化過程中，正在大力發展120km/h的城市快軌列車，160km/h和200km/h以上的動車組列車及高鐵列車。實踐證明，傳統的制動方式已經無法滿足我國高速列車的發展。因此現在采用的基本制動方式是盤形制動，這就給作為盤式制動器核心部件的制動盤耐磨性、抗疲勞性、抗龜裂等方面提出了更高的要求。國內外的科技工作者在設計制動盤時充分考慮到制動盤的抗疲勞性、耐磨性。一方面，為了提升制動盤的抗疲勞性，他們在鑄鐵中加入一些合金元素如：Ni、Cu、Mo、Cr等，從而提高鑄鐵的強度和耐熱性，避免使用過程中的“熱裂”。另一方面，在提高耐磨性能方面，他們發現在制動盤表面加工非光滑單元體的改進方案。這些對制動盤性能的改善，大多集中于改善制動盤摩擦材料方面。因此，國內外一些科技工作者相繼研究開發了特殊合金鑄鋼、低合金鑄鋼、鑄鐵—鑄鋼組合等材料以滿足制動盤材料必須同時具有穩定的摩擦性能來提高制動盤的耐磨性和抗疲勞性能。但與此同時帶來的高額成本，繁雜的制作工序使得這些方式目前尚未得到廣泛普及。在自然界中，生物體外表面材料在與外界環境接觸的過程中，必然發生磨損。生物體在億萬年的演化和進化中，其體表不斷進化并優化出了許多能夠有效降低摩擦的功能與結構，如河貍的牙齒，穿山甲的鱗片，貝殼以及生活在沙漠地區的沙漠蜥蜴等。博士論文《河貍牙齒的三維建模與力學性能分析》中描述到河貍牙齒由于長期頻繁的咀嚼動作，使其牙齒表面覆蓋著一層似牙釉質，化學成分為羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)，其牙齒表面具有優異的抗摩擦磨損能力。經相關研究表明，發生在制動盤表面的主要磨損形式為摩擦磨損和固體粒子沖蝕磨損。摩擦磨損又是常見磨損形式之一，每年給工農業生產造成巨大的損失，尤其是高速的摩擦磨損，摩擦力大，溫度高且直接作用于受磨損表面，磨損現象十分嚴重。因此，通過對河貍牙齒的研究，從而找到一種提高制動盤表面耐摩擦磨損性能的方法，對高速列車的發展有著重大意義。
技術實現思路
本專利技術基于傳統制動盤在使用過程中由于高速磨損與長時間使用而易造成摩擦磨損失效的問題，以博士論文《河貍牙齒的三維建模與力學性能分析》所研究的河貍牙齒能夠獲得最小的切削阻力及較長的使用壽命且具有優異的抗摩擦磨損能力為依據，提供了一種具有耐磨羥基磷灰石涂層的耦合仿生制動盤及制造方法，通過超音速氧焰噴涂或等離子噴涂等方法，在制動盤本體上噴涂羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)，構建具有形態、結構、材料等多因素耦合特點的非光滑羥基磷灰石涂層，在整個制動盤表面呈現有益于制動盤功能實現的多種形態，從而使制動盤獲得穩定的摩擦系數，提高制動盤的抗磨損和抗疲勞性能，延長使用壽命。本專利技術采用的技術方案為：本專利技術一種具有耐磨羥基磷灰石涂層的制動盤，在摩擦表面設有涂層，涂層采用如下六種形狀中的一種：第一種形狀所述涂層的形狀為圓環狀，內徑和外徑分別等于制動盤的內、外徑。第二種形狀所述涂層的形狀為同心圓狀，包括兩個圓環；內側圓環的內徑與制動盤的內徑相等，外側圓環的外徑與制動盤的外徑相等；內、外側圓環相距40～60mm，兩個圓環的內、外徑差相等。第三種形狀所述涂層的形狀為輻射狀，包括十二個第一凸起組和十二個第二凸起組；所述的第一凸起組和第二凸起組沿周向交替布置；第一凸起組包括沿徑向等距布置的三個第一凸起，第二凸起組包括沿徑向等距布置的兩個第二凸起；沿徑向方向，所述的第一凸起和第二凸起交替布置；第一凸起和第二凸起的結構完全一致，均為半球形，且頂面為球面；第二凸起球心所在以制動盤中心為圓心的圓周與相鄰第一凸起球心所在以制動盤中心為圓心的圓周半徑差等于第一凸起或第二凸起的直徑；最內側第一凸起與制動盤內壁的距離、最外側第一凸起與制動盤外壁的距離均等于第一凸起或第二凸起的半徑。第四種形狀所述涂層的形狀為網狀，包括連接凸起組和三個圓環；最外側圓環的外徑與制動盤的外徑相等；最內側圓環內徑與制動盤內徑的間距、中間圓環內徑與最內側圓環外徑的間距、中間圓環外徑與最外側圓環內徑的間距均為20～30mm；三個圓環的內、外徑差相等；三個圓環通過沿周向均布的八個連接凸起組連接；所述的連接凸起組包括沿徑向由內之外布置的第一連接凸起、第二連接凸起和第三連接凸起；所述的第一連接凸起連接最內側圓環內壁和制動盤內壁，所述的第二連接凸起連接最內側圓環外壁和中間圓環內壁，所述的第三連接凸起連接中間圓環外壁和最外側圓環內壁；第一連接凸起、第二連接凸起和第三連接凸起的寬度均為10～18mm。第五種形狀所述涂層的形狀為扇葉狀，包括沿圓周均布的八個扇環；所述扇環的內、外徑分別等于制動盤的內、外徑；扇環角度為20～30°。第六種形狀所述涂層的形狀為螺旋狀，包括沿圓周均布的八個楔形；所述的楔形由制動盤外徑所在圓周上的圓弧段和兩條直線合圍而成；兩條直線的內端交點位于制動盤內徑所在圓周上；兩條直線均與徑向成一夾角，且兩條直線之間的夾角為30～50°。所述涂層采用的材料為羥基磷灰石。所述涂層的噴涂厚度為75微米。該具有耐磨羥基磷灰石涂層的制動盤的制造方法，具體如下：利用超音速氧焰噴涂方法、等離子噴涂方法或冷噴涂方法在制動盤摩擦表面制備羥基磷灰石涂層；采用等離子噴涂時，通過控制噴涂功率和噴涂厚度，增大涂層與摩擦表面的結合強度。本專利技術具有的有益效果：本專利技術具有形態、結構、材料等多因素耦合特點，具有優越的耐磨止裂功能，非光滑的羥基磷灰石涂層可以使制動盤獲得更加穩定的摩擦系數；羥基磷灰石涂層的尺寸和分布可以根據制動盤的具體尺寸和失效規律作出相應的改變；羥基磷灰石涂層不但不會影響制動盤實現功能，而且還可以顯著提高制動盤的耐磨性、抗疲勞性、抑制裂紋的生長，大幅延長使用壽命。本專利技術還具有加工簡單、成本低、性能優越可靠、性價比高等特點。附圖說明圖1是本專利技術中涂層為圓環狀的示意圖；圖2是本專利技術中涂層為同心圓狀的示意圖；圖3是本專利技術中涂層為輻射狀的示意圖；圖4是本專利技術中涂層為網狀的示意圖；圖5是本專利技術中涂層為扇葉狀的示意圖；圖6是本專利技術中涂層為螺旋狀的示意圖；圖7是本專利技術各涂層形狀的制動盤與常規制動盤使用30分鐘后磨損量對比柱狀圖。具體實施方式下面根據附圖對本專利技術進行詳細描述。一種具有耐磨羥基磷灰石涂層的制動盤，模擬自然界生物耦合機制，在摩擦表面設有涂層；涂層采用的材料為羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)，涂層可顯著提高制動盤耐摩擦磨損性、抗疲勞性，從而延長使用壽命。涂層可采用多種形狀。實施例1參照圖1，涂層的形狀為圓環狀，內徑和外徑分別等于制動盤的內、外徑。實施例2參照圖2，涂層的形狀為同心圓狀，包括兩個圓環；內側圓環的內徑與制動盤的內徑相等，外側圓環的外徑與制動盤的外徑相等；內、外側圓環相距51mm，兩個圓環的內、外徑差相等。實施例3參照圖3，涂層的形狀為輻射狀，包括十二個第一凸起組和十二個第二凸起組；第一凸起組和第二凸起組沿周向交替布置；第一凸起組包括沿徑向等距布置的三個第一凸起，第二凸起組包括沿徑向等距布置的兩個第二凸起；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有耐磨羥基磷灰石涂層的制動盤，其特征在于：摩擦表面設有涂層，涂層采用如下六種形狀中的一種：第一種形狀所述涂層的形狀為圓環狀，內徑和外徑分別等于制動盤的內、外徑；第二種形狀所述涂層的形狀為同心圓狀，包括兩個圓環；內側圓環的內徑與制動盤的內徑相等，外側圓環的外徑與制動盤的外徑相等；內、外側圓環相距40～60mm，兩個圓環的內、外徑差相等；第三種形狀所述涂層的形狀為輻射狀，包括十二個第一凸起組和十二個第二凸起組；所述的第一凸起組和第二凸起組沿周向交替布置；第一凸起組包括沿徑向等距布置的三個第一凸起，第二凸起組包括沿徑向等距布置的兩個第二凸起；沿徑向方向，所述的第一凸起和第二凸起交替布置；第一凸起和第二凸起的結構完全一致，均為半球形，且頂面為球面；第二凸起球心所在以制動盤中心為圓心的圓周與相鄰第一凸起球心所在以制動盤中心為圓心的圓周半徑差等于第一凸起或第二凸起的直徑；最內側第一凸起與制動盤內壁的距離、最外側第一凸起與制動盤外壁的距離均等于第一凸起或第二凸起的半徑；第四種形狀所述涂層的形狀為網狀，網狀涂層仿穿山甲鱗片，包括連接凸起組和三個圓環；最外側圓環的外徑與制動盤的外徑相等；最內側圓環內徑與制動盤內徑的間距、中間圓環內徑與最內側圓環外徑的間距、中間圓環外徑與最外側圓環內徑的間距均為20～30mm；三個圓環的內、外徑差相等；三個圓環通過沿周向均布的八個連接凸起組連接；所述的連接凸起組包括沿徑向由內之外布置的第一連接凸起、第二連接凸起和第三連接凸起；所述的第一連接凸起連接最內側圓環內壁和制動盤內壁，所述的第二連接凸起連接最內側圓環外壁和中間圓環內壁，所述的第三連接凸起連接中間圓環外壁和最外側圓環內壁；第一連接凸起、第二連接凸起和第三連接凸起的寬度均為10～18mm；第五種形狀所述涂層的形狀為扇葉狀，包括沿圓周均布的八個扇環；所述扇環的內、外徑分別等于制動盤的內、外徑；扇環角度為20～30°；第六種形狀所述涂層的形狀為螺旋狀，包括沿圓周均布的八個楔形；所述的楔形由制動盤外徑所在圓周上的圓弧段和兩條直線合圍而成；兩條直線的內端交點位于制動盤內徑所在圓周上；兩條直線均與徑向成一夾角，且兩條直線之間的夾角為30～50°。...

【技術特征摘要】
1.一種具有耐磨羥基磷灰石涂層的制動盤，其特征在于：摩擦表面設有涂層，涂層采用如下六種形狀中的一種：第一種形狀所述涂層的形狀為圓環狀，內徑和外徑分別等于制動盤的內、外徑；第二種形狀所述涂層的形狀為同心圓狀，包括兩個圓環；內側圓環的內徑與制動盤的內徑相等，外側圓環的外徑與制動盤的外徑相等；內、外側圓環相距40～60mm，兩個圓環的內、外徑差相等；第三種形狀所述涂層的形狀為輻射狀，包括十二個第一凸起組和十二個第二凸起組；所述的第一凸起組和第二凸起組沿周向交替布置；第一凸起組包括沿徑向等距布置的三個第一凸起，第二凸起組包括沿徑向等距布置的兩個第二凸起；沿徑向方向，所述的第一凸起和第二凸起交替布置；第一凸起和第二凸起的結構完全一致，均為半球形，且頂面為球面；第二凸起球心所在以制動盤中心為圓心的圓周與相鄰第一凸起球心所在以制動盤中心為圓心的圓周半徑差等于第一凸起或第二凸起的直徑；最內側第一凸起與制動盤內壁的距離、最外側第一凸起與制動盤外壁的距離均等于第一凸起或第二凸起的半徑；第四種形狀所述涂層的形狀為網狀，網狀涂層仿穿山甲鱗片，包括連接凸起組和三個圓環；最外側圓環的外徑與制動盤的外徑相等；最內側圓環內徑與制動盤內徑的間距、中間圓環內徑與最內側圓環外徑的間距、中間圓環外徑與最外側圓環內徑的間距均為20～30mm；三個圓環的內、外徑差相等；三...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊肖，許曉嬌，楊華根，倪敬，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33