一种高耐磨高导热刹车片及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于耐磨材料技术领域，涉及一种刹车片，特别涉及一种高耐磨高导热刹 车片及制备方法。
【背景技术】
[0002] 在汽车、电动车等的刹车系统中，刹车片是最为关键的安全零件，同时刹车片也是 最易磨损的零件之一，刹车片的好坏对刹车效果起着决定性的作用，可以说是刹车片是车 和人的"保护神"。刹车片结构一般由钢板、粘接隔热层和摩擦块等构成，如附图一所示，其 中摩擦块是由摩擦材料和粘接剂构成，刹车时刹车片被挤压到刹车盘或刹车鼓上产生摩 擦，从而达到车辆减速的目的。由于摩擦作用，摩擦块会逐渐被磨损，降低了刹车片的摩擦 系数，刹车片的摩擦系数决定了车辆制动力的大小，刹车片的摩擦系数降低会导致车辆制 动力的下降，增加了车辆的制动距离，对人身安全构成了一定的威胁。汽车刹车时刹车片会 与刹车盘或刹车鼓产生很大的摩擦，摩擦会产生一定的热量，目前市面上刹车片摩擦块一 般都是导热率较差材料构成，如果这些热量不及时散去，就会在刹车片上聚集，使得刹车片 变软，大大降低了刹车片的制动性能，要想达到同样的制动效果，必须多次刹车，这样就产 生了更多了热量，当刹车片达到一定温度时就会导致制动失灵，极大地威胁到车上人员的 人生安全。同时刹车片上的热量也会传递到制动钳及其组件和刹车油上，会加速制动钳组 件的老化以及使得刹车油沸腾，降低了制动效果。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种耐磨性高、导热良好且硬度高的高耐磨高导热刹车片及 制备方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种高耐磨高导热刹车片，包括基底 钢板，基底钢板上设有摩擦块，摩擦块包括与基底钢板相接的基底层，基底层上设有钻石烯 摩擦层;钻石烯摩擦层由层片状单晶结构的纳米钻石烯制成;纳米钻石烯同一片层的碳原 子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接;纳米钻石 烯的晶格间距为〇·2Inm;纳米钻石烯的平均粒径为R，20 500nm;纳米钻石烯的C含量为 99~100%。
[0005] 进一步地，钻石稀摩擦层由平均粒径为（10-20 )nm、（ 100-250 )nm、（350-500 )nm的 二种纳米钻石稀制成且二种纳米钻石稀的重量比为(1_2) : (3_4) : (4_5)。
[0006] 进一步地，钻石烯摩擦层的厚度为2-4cm。
[0007] 高耐磨高导热刹车片的制备方法：1)选取平均粒径分别为（10-20)nm、（100-250) nm、（350-500)nm的三种纳米钻石烯，重量比为（1-2):(3-4):(4-5)，混匀；2)加入与步骤1) 混匀后的纳米钻石烯的重量比为6%的硅酸钠水溶液，搅拌30-60min; 3)压模成型后放入烘 箱进行阶梯式烘烤，制得钻石烯摩擦层;4)将钻石烯摩擦层粘接在基底层上，形成摩擦块， 再将摩擦块粘接在基底钢板上，制得成品。
[0008] 进一步地，步骤3 )中阶梯式烘烤步骤如下:a、从常温升温到60°C，保温30min; b、从 60°C 升温到 80°C，保温 30min;c、从 80°C 升温到 120°C，保温 60min;d、从 120°C 升温到 180°C， 保温200min，降温到常温，完成烘烤工艺;上述步骤中升温速率为2°C/min。
[0009]纳米钻石烯的制备工艺，包括以下步骤： 酸洗提纯:将金刚石原料粉碎成8000目以上的细粉，依次采用浓硫酸与浓硝酸混合液、 稀盐酸、氢氟酸对该细粉酸洗，然后使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7;分选:将清洗后 的物料进行离心分离，取上层液体进行1-5天沉淀分选，去除上层清液，将下层沉淀物干燥 后即得成品纳米钻石烯。
[0010]酸洗步骤前进行球磨整形和气流破碎，先将金刚石原料球磨整形并筛分出800目 以上的细料;再将该细料输送至气流破碎机内粉碎并筛分出8000目以上的细粉。
[0011]在球磨整形步骤，金刚石经球磨整形桶的筛网筛出70目以上的颗粒，破碎时间为 l-5h;该颗粒经多级振筛机筛分出800目以上的细料，振筛时间为30min-2h;在球磨整形步 骤，筛分出的800目以上的细料重复过筛一次以上；在球磨整形步骤，70目以下的粗料返回 球磨整形桶进行重新破碎;筛余物返回气流破碎机进行重新破碎;分选步骤中，离心时间为 30min-2h，转速为8000rpm-15000rpm;浓硫酸与浓硝酸混合液由质量分数为98%浓硫酸和质 量分数为10%浓硝酸按照质量比为5:1混合而成;采用上述方法制备的纳米钻石烯，为层片 状单晶结构，同一片层的碳原子之间为 sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为 sp2杂化碳键连接;粒度为20-500nm，C含量为99~100%，晶格间距为0.21nm〇
[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下:选用大小不同且不同比例的钻石烯的 目的就是使得钻石烯摩擦层致密，摩擦效果好;钻石烯为金刚石构成的超硬纳米材料，其具 有硬度高、耐磨性高、导热性高的优点，钻石烯作为汽车刹车片的摩擦层具有耐磨性高、散 热性高的特点，钻石烯的散热率为已知材料中的最高，在与刹车盘或刹车鼓的摩擦产生的 热量很快就会发散到周围的空气中，使得热量无法在刹车片上聚集，同时具有耐磨性高的 优点，提高了汽车刹车片的摩擦系数，提高了汽车的制动性能，提高了刹车片的使用寿命， 同时与半金属型刹车片相比，噪音明显降低，由于摩擦层中没有金属，对刹车盘的磨损也大 大降低。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明中实施例1的结构示意图； 图2是纳米钻石烯的XRD谱图； 图3是纳米钻石稀的TEM分析图； 图4是纳米钻石烯的MAS-NMR谱图； 图5是纳米钻石烯的原子轨道示意图； 图6是纳米钻石稀的Raman光谱； 图7是摩擦系数稳定性试验中试验1组的2效、3效试验曲线图； 图8是摩擦系数稳定性试验中试验2组的2效、3效试验曲线图。
【具体实施方式】 [00M] 实施例1 一种高耐磨高导热刹车片，如图1所示，包括基底钢板I，基底钢板1上设有摩擦块，摩擦 块包括与基底钢板1相接的基底层2，基底层2上设有钻石烯摩擦层3;钻石烯摩擦层3由层片 状单晶结构的纳米钻石烯制成;纳米钻石烯同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连 接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接;纳米钻石烯的晶格间距为0.21nm;纳米 钻石烯的C含量为99~100%。钻石烯摩擦层3由平均粒径为20nm、200nm、500nm的三种纳米钻 石烯制成且三种纳米钻石烯的重量比为2:3: 5。钻石烯摩擦层3的厚度为2cm。
[0015] 实施例2 一种高耐磨高导热刹车片，包括基底钢板，基底钢板上设有摩擦块，摩擦块包括与基底 钢板相接的基底层，基底层上设有钻石烯摩擦层;钻石烯摩擦层由层片状单晶结构的纳米 钻石烯制成;纳米钻石烯同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳 原子之间为sp2杂化碳键连接;纳米钻石稀的晶格间距为0.21nm;纳米钻石稀的C含量为99 ~100%。钻石稀摩擦层由平均粒径为1〇]1111、10〇11111、40〇111]1的三种纳米钻石稀制成且三种纳米 钻石烯的重量比为2:4: 4。钻石烯摩擦层的厚度为4cm。
[0016] 实施例3 一种高耐磨高导热刹车片，包括基底钢板，基底钢板上设有摩擦块，摩擦块包括与基底 钢板相接的基底层，基底层上设有钻石烯摩擦层;钻石烯摩擦层由层片状单晶结构的纳米 钻石烯制成;纳米钻石烯同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳 原子之间为sp2杂化碳键连接;纳米钻石稀的晶格间距为0.21nm;纳米钻石稀的C含量为99 ~100%。钻石稀摩擦层由平均粒径为20nm、250nm、350nm的三种纳米钻石稀制成且三种纳米 钻石烯的重量比为1:3:4。钻石烯摩擦层的厚度为3cm。
[0017] 实施例4 高耐磨高导热刹车片的制备方法：1)选取平均粒径分别为20nm、200nm、500nm的三种 纳米钻石烯，重量比为2: 3: 5,混匀；2)加入与步骤1)混匀后的纳米钻石烯的重量比为6%的 硅酸钠水溶液，搅拌60min; 3)压模成型后放入烘箱进行阶梯式烘烤，制得钻石烯摩擦层;4) 将钻石烯摩擦层粘接在基底层上，形成摩擦块，再将摩擦块粘接在基底钢板上，制得成品。 步骤3)中阶梯式烘烤最高温度为180°C，阶梯式烘烤步骤如下:a、从常温升温到60°C，保温 30min;b、从60°C 升温到 80°C，保温 30min; c、从80°C 升温到120°C，保温60min;d、从 120°C 升 温到180°C，保温200min，降温到常温，完成烘烤工艺;上述步骤中升温速率为2°C/min。
[0018] 实施例5 高耐磨高导热刹车片的制备方法：1)选取平均粒径分别为10nm、100nm、350nm的三种 纳米钻石烯，重量比为2:4:4,混匀；2)加入与步骤1)混匀后的纳米钻石烯的重量比为6%的 硅酸钠水溶液，搅拌30min; 3)压模成型后放入烘箱进行阶梯式烘烤，制得钻石烯摩擦层;4) 将钻石烯摩擦层粘接在基底层上，形成摩擦块，再将摩擦块粘接在基底钢板上，制得成品。 步骤3 )中阶梯式烘烤步骤如下:a、从常温升温到60°C，保温30min; b、从60°C升温到80°C，保 温30min; c、从80°C升温到120°C，保温60min; d、从120°C升温到180°C，保温200min，降温到 常温，完成烘烤工艺;上述步骤中升温速率为2°C/min。
[0019]本发明的性能测试如下： 对比目前市场上两种类型的汽车刹车片，半金属类汽车制动片和树脂类汽车制动片两 种。从散热性、对刹车盘的磨损程度来说，半金属类汽车制动片对刹车盘的磨损很大，刹车 盘很容易被磨损，但是散热性较树脂类汽车制动片强，制动片上热量不容易聚集，容易发 散，树脂类汽车制动片对刹车盘的磨损很小，但是散热性差，在刹车过程中产生的热量无法 及时发散出去，造成刹车片温度升高，使得刹车片制动性能急剧降低，需要连续长时间的制 动，带来极大地安全隐患。纳米钻石烯具有耐磨，