一种汽车刹车盘及其表面改性方法
【专利摘要】本发明涉及一种汽车刹车盘及其表面改性方法，所述方法如下：(1)去应力退火：对刹车盘去应力处理；(2)一次抽真空：将刹车盘转移至氧化炉中，对炉压抽真空，然后用氮气平衡炉压；(3)前氧化：对刹车盘前氧化；(4)软氮化：将刹车盘转移至氮化炉中，进行氮碳共渗；(5)一次快冷：将刹车盘从氮化炉中取出，快速冷却；(6)二次抽真空：将刹车盘放入氧化炉中，对炉压抽真空，然后用氮气平衡炉压；(7)后氧化：对刹车盘后氧化；(8)二次快冷：将后氧化后的刹车盘快速冷却；(9)三次抽真空：对炉压抽真空，然后用氮气平衡炉压，取出处理后的刹车盘即可。通过本发明方法可以提高刹车盘的硬度、耐磨性、抗疲劳强度和抗高温咬合性。
【专利说明】
-种汽车刹车盘及其表面改性方法
技术领域
[0001] 本发明属于汽车刹车盘制造技术领域，具体设及一种汽车刹车盘及其表面改性方 法。
【背景技术】
[0002] 刹车盘是目前用在乘用车和高端卡车的关键制动零部件，刹车盘的作用就是利用 摩擦力使高速旋运转的车轮尽快停下来。据不完全统计，我国去年发生交通事故30万起，平 均每天有900起，有800人失去生命。导致事故的原因种种，最主要原因是关键时刻刹车失 灵，只能等待死亡的降临，所W对刹车系统的研究已迫在眉睫。经过调查统计分析，刹车失 灵60 %来自刹车盘失效，刹车盘失效主要由W下4点原因产生：1)崎变失效;2)断裂失效;3) 磨损失效;4)腐蚀失效，解决W上4点失效原因与零件的热处理工艺密不可分，所W优化原 有的热处理生产工艺已迫在眉睫。
[0003] 由现有的刹车盘的加工工艺可见，目前刹车盘表面处理主要有Ξ种:憐化、锻洛和 达克罗：
[0004] (1)憐化:憐化是较为简单的刹车盘表面处理工艺，主要作用就是防诱，因憐化的 主要作用是提高零件的耐腐蚀性，对提高零件表面硬度帮助不大，主要用于低端车型。且憐 化生产过程存在污染，对环境不利，治理污染成本高。
[0005] (2)锻洛(锻儀）：目前普遍采用的表面处理技术，其主要特点是:表面装饰性强，外 观漂亮;提高刹车盘表面的硬度(硬度可达皿巧5-65)，从而提高了耐磨性;提高了刹车盘表 面的耐腐蚀性。其缺点是会导致严重的环境问题，锻烙工艺使用的铭酸溶液，会产生含铭酸 雾和废水，不经处理或处理不好排放，会带来严重的环境污染问题，如果严格按照国家环保 部口的要求处理，那么生产成本则大幅增加，因此很多地区对电锻企业要么严密监控，要么 关停，在多数大中型城市电锻企业基本难觅踪迹;虽然锻洛的硬度可达皿巧5-65,但在使用 过程中硬度还会随溫度升高(达到500度W上)而逐步衰退并降低，运样其耐磨性会逐步降 低;锻洛层存在微裂纹，不可避免产生穿透性裂纹，导致腐蚀介质从表面渗透至界面而腐蚀 基体，造成锻层表面出现诱斑甚至剥落，影响其使用寿命；电锻工艺沉积速度慢，锻0.2~ 0.3mm厚的锻层往往需要2~3个班的时间，生产效率低。
[0006] (3)达克罗:达克罗(Dacrotized)，又称锋铭膜涂层，是一种W锋粉、侣粉、铭酸和 去离子水为主要成分的新型的防腐涂料，其使用在刹车盘上优点如下:超强的耐蚀性能，达 克罗膜层的厚度仅为4-8μπι，但其防诱效果却是传统电锻锋、热锻锋或涂料涂覆法的7-10倍 W上。采用达克罗工艺处理的零件经耐盐雾试验1200hW上未出现红诱;无氨脆性，达克罗 的处理工艺决定了达克罗没有氨脆现象，所W达克罗非常适合受力件的涂覆;高耐热性，达 克罗可W耐高溫腐蚀，耐热溫度可达300°CW上，而传统的锻锋工艺，溫度达到100°C时就已 经起皮报废了；结合力及再涂性能好，达克罗涂层与金属基体有良好的结合力，而且与其他 附加涂层有强烈的粘着性，处理后的零件易于喷涂着色，与有机涂层的结合力甚至超过了 憐化膜；良好的渗透性，由于静电屏蔽效应，工件的深孔、狭缝，管件的内壁等部位难W电锻 上锋，因此工件的上述部位无法采用电锻的方法进行保护，达克罗则可w进入工件的运些 部位形成达克罗涂层。然而达克罗具有W下缺点：达克罗中含有对环境和人体有害的铭离 子，尤其是六价铭离子具有致癌作用;达克罗的烧结溫度较高、时间较长、能耗大;达克罗的 表面硬度不高、耐磨性不好，而且达克罗涂层的制品不适合与铜、儀、儀和不诱钢的零部件 接触与连接，因为它们会产生接触性腐蚀，影响制品表面质量及防腐性能;达克罗表面涂层 深度不好控制，且不均匀，在恶劣环境下会发生脱落，影响制品表面质量及防腐性能。
【发明内容】
[0007] 本发明主要提供了一种汽车刹车盘及其表面改性方法，通过所述方法提高了刹车 盘的硬度、耐磨性、抗疲劳强度和抗高溫咬合性，优于现有的处理工艺。其技术方案如下:所 述方法包括W下步骤：
[0008] (1)去应力退火:对刹车盘去应力处理W消除刹车盘铸造机加过程中的应力；
[0009] (2)-次抽真空:将刹车盘转移至氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平 衡炉压；
[0010] (3)前氧化:对刹车盘进行前氧化处理；
[0011] (4)软氮化:将刹车盘转移至氮化炉中，进行氮碳共渗；
[001^ (5)-次快冷:将杀阵盘从氮化炉中取出，进行快速冷却处理；
[0013] (6)二次抽真空:将刹车盘放入氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡 炉压；
[0014] (7)后氧化:对刹车盘进行后氧化处理；
[0015] (8)二次快冷:将后氧化后的刹车盘进行快速冷却处理；
[0016] (9)Ξ次抽真空:对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡炉压，取出处理后的刹车盘 即可。
[0017] 优选的，步骤(3)中通入净化后的空气对刹车盘进行前氧化处理，处理溫度为380- 420°C，时间为45-55min。
[001引优选的，步骤(4)中通入畑3、0)2和化的混合气体进行氮碳共渗，畑3、0)2和化的体积 比为 9-11:1:8-10。
[0019] 优选的，步骤(4)中畑3、C〇2和N2的体积比为10:1:9。
[0020] 优选的，步骤(4)中软氮化溫度为540-590°C，氮化炉的炉压为15-20k化。
[0021] 优选的，步骤(5)中一次快冷时间为8min，一次快冷后溫度为420-450°C。
[0022] 优选的，步骤(7)中采用水与助氧化剂的混合液对刹车盘进行后氧化。
[0023] 优选的，步骤(8)中二次快冷后刹车盘表面溫度为80-120°C。
[0024] -种由所述的汽车刹车盘的表面改性方法处理制得的汽车刹车盘，其表面按照由 表及里方向依次具有氧化层、白亮层和扩散层，氧化层的厚度为1-3μπι，白亮层的厚度为12- 15μπι，氧化层、白亮层和扩散层的总厚度为0.25-0.3mm。
[0025] 采用上述汽车刹车盘及其表面改性方法，本发明具有W下优点：
[0026] 经本发明软氮化后的刹车盘具有良好的耐磨性，运是由于表面存在氧化层之故， 软氮化后的工件的耐磨性比渗碳及热处理后的工件或高频泽火后的工件都高，能显著地提 高工件的疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性，在干摩擦条件下还具有抗擦伤和抗咬合等性能。由 于软氮化层不存在脆性，故氮化层硬且具有一定的初性，不容易剥落。本发明工艺处理溫度 低、时间短、工件变形小，工艺不受钢种限制，对于碳钢、低合金钢、工模具钢、不诱钢、铸铁 及铁基粉未冶金材料均可进行软氮化处理。
[0027] 软氮化工艺由于加热溫度仅需500度左右，所W效率比普通的碳氮共渗时间大为 缩短，每批仅需6.5小时，比锻洛工艺效率高。软氮化工艺目前已经做到了使用天然气作为 加热能源，生产过程做到了几乎零排放，非常符合国家节能减排、清洁环保的产业政策，值 得大力推广。刹车盘软氮化工艺作为一种新型、环保、节能、绿色的表面处理工艺，拥有较为 广阔的市场前景，特别适合在轿车领域和高端客车领域进行推广。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明的汽车刹车盘表层在电子显微镜下的图片。
[0029] 其中：1、氧化层，2、白亮层，3、扩散层。
【具体实施方式】
[0030] -、具体实施例
[0031] 实施例1
[0032] 1.汽车刹车盘的表面改性方法如下：
[0033] (1)去应力退火:选取牌号为HT250的灰口铸铁制作刹车盘，对刹车盘去应力处理 W消除刹车盘铸造机加过程中的应力，去应力的溫度在600°C左右；
[0034] (2)-次抽真空:将刹车盘转移至氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平 衡炉压；
[0035] (3)前氧化：向氧化炉中通入净化后的空气，对刹车盘进行前氧化处理，处理溫度 为400°C，时间为50min;
[0036] (4)软氮化:将刹车盘转移至氮化炉中，通入体积比为10:1:9的畑3、C〇2和化的混合 气体进行氮碳共渗，进行软氮化的溫度为590°C，氮化炉的炉压为15kPa;
[0037] (5) -次快冷：将刹车盘从氮化炉中取出，进行快速冷却处理，一次快冷时间为 8min，一次快冷后刹车盘溫度降至430°C ;
[0038] (6)二次抽真空:将刹车盘放入氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡 炉压；
[0039] (7)后氧化:采用水与助氧化剂的混合液对刹车盘进行后氧化处理；
[0040] (8)二次快冷:将后氧化后的刹车盘进行快速冷却处理，二次快冷后刹车盘溫度降 至 80。。
[0041] (9)Ξ次抽真空:对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡炉压，取出处理后的刹车盘 即可。
[0042] 2.汽车刹车盘结构
[0043] 由上述改性方法制得的汽车刹车盘表面按照由表及里方向依次具有氧化层1、白 亮层2和扩散层3,氧化层1的厚度为2μπι，白亮层2的厚度为12μπι，氧化层1、白亮层2和扩散层 3的总厚度为0.25mm。
[0044] 实施例2
[0045] 1.汽车刹车盘的表面改性方法如下：
[0046] (1)去应力退火:选取牌号为HT300的灰口铸铁制作刹车盘，对刹车盘去应力处理 W消除刹车盘铸造机加过程中的应力，去应力的溫度在550°C左右；
[0047] (2)-次抽真空:将刹车盘转移至氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平 衡炉压；
[0048] (3)前氧化：向氧化炉中通入净化后的空气，对刹车盘进行前氧化处理，处理溫度 为380°C，时间为55min;
[0049] (4)软氮化:将刹车盘转移至氮化炉中，通入体积比为10:1:9的畑3、C〇2和化的混合 气体进行氮碳共渗，进行软氮化的溫度为560°C，氮化炉的炉压为20kPa;
[0050] (5) -次快冷：将刹车盘从氮化炉中取出，进行快速冷却处理，一次快冷时间为 8min，一次快冷后刹车盘溫度降至420°C ;
[0051] (6)二次抽真空:将刹车盘放入氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡 炉压；
[0052] (7)后氧化:采用水与助氧化剂的混合液对刹车盘进行后氧化处理；
[0053] (8)二次快冷:将后氧化后的刹车盘进行快速冷却处理，二次快冷后刹车盘溫度降 至 120。。
[0054] (9)Ξ次抽真空:对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡炉压，取出处理后的刹车盘 即可。
[0055] 2.汽车刹车盘结构
[0056] 由上述改性方法制得的汽车刹车盘表面按照由表及里方向依次具有氧化层1、白 亮层2和扩散层3,氧化层1的厚度为him,白亮层2的厚度为15μπι，氧化层1、白亮层2和扩散层 3的总厚度为0.3mm。
[0化7]实施例3
[0058] 1.汽车刹车盘的表面改性方法如下：
[0059] (1)去应力退火:选取牌号为HT250的灰口铸铁制作刹车盘，对刹车盘去应力处理 W消除刹车盘铸造机加过程中的应力，去应力的溫度在600°C左右；
[0060] (2)-次抽真空:将刹车盘转移至氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平 衡炉压；
[0061] (3)前氧化：向氧化炉中通入净化后的空气，对刹车盘进行前氧化处理，处理溫度 为420°C，时间为45min;
[00创 （4)软氮化:将刹车盘转移至氮化炉中，通入体积比为10:1:9的畑3、C02和化的混合 气体进行氮碳共渗，进行软氮化的溫度为540°C，氮化炉的炉压为18kPa;
[0063] (5) -次快冷：将刹车盘从氮化炉中取出，进行快速冷却处理，一次快冷时间为 8min，一次快冷后刹车盘溫度降至450°C ;
[0064] (6)二次抽真空:将刹车盘放入氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡 炉压；
[0065] (7)后氧化:采用水与助氧化剂的混合液对刹车盘进行后氧化处理；
[0066] (8)二次快冷:将后氧化后的刹车盘进行快速冷却处理，二次快冷后刹车盘溫度降 至 100。。
[0067] (9)Ξ次抽真空:对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡炉压，取出处理后的刹车盘 即可。
[006引 2.汽车刹车盘结构
[0069] 由上述改性方法制得的汽车刹车盘表面按照由表及里方向依次具有氧化层1、白 亮层2和扩散层3,氧化层1的厚度为姐m，白亮层2的厚度为13μπι，氧化层1、白亮层2和扩散层 3的总厚度为0.28mm。
[0070] 对比例1
[0071] (1)对待处理的汽车刹车盘进行预氧化处理；
[0072] (2)将汽车刹车盘置入专用的氮化炉中，在氮化炉内对汽车刹车盘进行铁素体氮 碳共渗FNC处理，W在汽车刹车盘的制动盘面上生成一氮碳化合物层；
[0073] (3)将经过铁素体氮碳共渗FNC处理的汽车刹车盘从氮化炉中取出，对汽车刹车盘 进行缓冷处理。
[0074] 二、性能测试
[00巧]1.车盘变形量测试
[0076] 取实施例1-3中工艺处理前与工艺处理后的刹车盘进行外形尺寸比较，结果如表1 所示：
[0077] 表1氮化前与氮化后外层尺寸比较结果 [007引
[0080] 由表1可知，经软氮化工艺处理的刹车盘与不经软氮化处理的刹相比，车盘变形量 小，工艺可靠。
[0081] 2.车盘运行效果测试
[0082] 取实施例1-3及对比例1中工艺处理后的刹车盘上车运行7000km后的性能进行比 较，结果如表2所示：
[0083] 表2运行7000km后性能测试结果 rn〇R4l
[0085] ~由表2可知，采用本发明工艺处理后的汽车刹车盘相较于现有技术中的工艺相比/ 具有抗疲劳强度高、耐磨性和耐腐蚀性好等优点。
[0086] 对本领域的技术人员来说，可根据W上描述的技术方案W及构思，做出其它各种 相应的改变W及形变，而所有的运些改变W及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围 之内。
【主权项】
1. 一种汽车刹车盘的表面改性方法，其特征在于:包括以下步骤： (1) 去应力退火:对刹车盘去应力处理以消除刹车盘铸造机加过程中的应力； (2) -次抽真空:将刹车盘转移至氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡炉 压； (3) 前氧化:对刹车盘进行前氧化处理； (4) 软氮化:将刹车盘转移至氮化炉中，进行氮碳共渗； (5) -次快冷:将刹车盘从氮化炉中取出，进行快速冷却处理； (6) 二次抽真空：将刹车盘放入氧化炉中，并对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡炉 压； (7) 后氧化:对刹车盘进行后氧化处理； (8) 二次快冷:将后氧化后的刹车盘进行快速冷却处理； (9) 三次抽真空：对炉压抽真空，抽真空后，用氮气平衡炉压，取出处理后的刹车盘即 可。2. 根据权利要求1所述的汽车刹车盘的表面改性方法，其特征在于：步骤(3)中通入净 化后的空气对刹车盘进行前氧化处理，处理温度为380-420°C，时间为45-55min。3. 根据权利要求1所述的汽车刹车盘的表面改性方法，其特征在于:步骤(4)中通入NH3、 C02和N2的混合气体进行氮碳共渗，NH3、C02和N 2的体积比为9-11:1:8-10。4. 根据权利要求3所述的汽车刹车盘的表面改性方法，其特征在于:步骤(4)中NH3、C02 和N2的体积比为10:1:9。5. 根据权利要求1所述的汽车刹车盘的表面改性方法，其特征在于：步骤(4)中软氮化 温度为540-590 °C，氮化炉的炉压为15-20kPa。6. 根据权利要求1所述的汽车刹车盘的表面改性方法，其特征在于：步骤(5)中一次快 冷时间为8min，一次快冷后温度为420-450 °C。7. 根据权利要求1所述的汽车刹车盘的表面改性方法，其特征在于：步骤(7)中采用水 与助氧化剂的混合液对刹车盘进行后氧化。8. 根据权利要求1所述的汽车刹车盘的表面改性方法，其特征在于：步骤(8)中二次快 冷后刹车盘表面温度为80_120°C。9. 一种汽车刹车盘，其特征在于:所述刹车盘由权利要求1-8任一项所述的汽车刹车盘 的表面改性方法处理制得。10. 根据权利要求9所述的汽车刹车盘，其特征在于:汽车刹车盘表面按照由表及里方 向依次具有氧化层（1)、白亮层(2)和扩散层(3)，氧化层（1)的厚度为1-3μπι，白亮层(2)的厚 度为12-15μπι，氧化层（1)、白亮层⑵和扩散层⑶的总厚度为0.25-0.3mm。
【文档编号】C23C8/34GK106011736SQ201610437543
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】陈曦
【申请人】陈曦