[发明专利]盘式刹车盘及其表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种盘式刹车盘及其表面处理方法，更具体地说，涉及一种盘式刹车盘表面耐磨涂层的配方及其处理方法，本发明中的盘式刹车盘可用于石油钻机、重型汽车及其它高速重载条件下使用的设备。

背景技术

石油钻机盘式刹车盘的材料需要具有良好的摩擦磨损特性，特别在高速重载条件下，需要刹车盘不仅有良好的耐磨性能，而且具有较高的摩擦系数。而目前常规的石油钻机盘式刹车盘是采用16Mn钢，由于石油钻机刹车在高速重载条件下工作，16Mn钢刹车盘的耐磨性相对较低，影响了刹车系统的寿命。

为了提高刹车盘的使用寿命，一般是在16Mn钢的表面涂敷一层耐磨材料，对其表面改性到达理想的摩擦磨损效果。金属陶瓷材料具有良好的耐磨性，可以用作刹车盘的耐磨材料，但常规金属陶瓷材料摩擦系数较低，其摩擦特性难以满足刹车的性能要求。同时石油钻机的刹车盘受重载作用，表面剪切载荷大，需要涂层与基体材料具有良好的结合强度，目前常规金属陶瓷表面改性的方法是经刷镀、表面喷涂等与基体结合，为机械物理结合，结合强度较低，而表面堆焊虽然可以使金属陶瓷与基体冶金结合，但涂层厚度大、容易产生龟裂，同时在处理过程中会使基体发生较大变形。因此用金属陶瓷对刹车盘进行表面强化处理需要解决两个问题：

1、合理的金属陶瓷材料配方，使金属陶瓷摩擦表面的摩擦磨损性能特别是摩擦系数满足刹车盘工作环境的要求。

2、选择合理的表面处理方法，使涂层与基体材料有良好的结合强度，同时在处理过程中基体不发生变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有特殊配方的耐磨涂层的盘式刹车盘，使该刹车盘可以满足重载、高速、交变载荷等条件的使用。

本发明的另一目的在于提供一种盘式刹车盘的表面处理方法，经该方法处理后的刹车盘具有良好的耐磨性，可大幅度提高刹车盘的寿命，同时具有良好的摩擦学特性，表面摩擦系数能满足使用要求。

本发明中的盘式刹车盘包括有一由16Mn钢制成的基体，和一耐磨涂层，所述耐磨涂层由50-70％(重量)的铸造碳化钨和30-50％(重量)的白锰铜合金制成，该耐磨涂层与所述基体以冶金的方式结合。

所述耐磨涂层由62％(重量)、粒度为20至200目的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金制成。

所述62％(重量)的铸造碳化钨中包含有粒度为20-40的铸造碳化钨20-40份(重量)，粒度为40-80的铸造碳化钨10-20份(重量)，粒度为80-120的铸造碳化钨10-20份(重量)、粒度为120-160的铸造碳化钨10-20份(重量)、粒度为160-200的铸造碳化钨10-20份(重量)。

所述耐磨涂层由40％(重量)粒度为20至200目的铸造碳化钨、22％(重量)粒度为200至400目的铸造碳化钨和38％(重量)的白锰铜合金制成。

所述白锰铜合金由60份(重量)的铜、20份(重量)镍及20份(重量)锰制成。

本发明中盘式刹车盘的表面处理方法包括有下述步骤：

1)加工刹车盘基体；

2)在所述刹车盘基体表面需强化的部位涂粘铸造碳化钨骨架材料粉末；

3)将涂粘有铸造碳化钨骨架材料粉末的刹车盘基体放入可防止所述刹车盘基体受热变形的烧结模具中，并在该烧结模具的顶部置入白锰铜合金，在所述白锰铜合金与所述基体之间有导流孔连通；

4)将放有所述刹车盘基体的所述烧结模具放入具有保护气体或真空状态的加热炉中，加热到1040-1100℃，保温30-50分钟，使白锰铜合金熔化浸渍到涂粘的铸造碳化钨骨架材料中，使铸造碳化钨骨架材料与刹车盘基体以合金化结合；

5)将加热炉的温度降到900℃，将烧结模具从加热炉中取出，在空气中冷却至室温；

6)将刹车盘从所述烧结模具中取出，打磨去除冒口，经喷砂处理后即可成型。

所述步骤4)中的加热温度为1060℃，保温时间为40分钟。

在所述步骤4)中，所述白锰铜合金经高温熔化后浸润到所述基体和铸造碳化钨粉末的表面，使所述基体与铸造碳化钨实现冶金结合。

所述步骤4)中的保护气体为惰性气体或还原性气体。

所述惰性气体为氮气或二氧化碳，所述还原性气体为氢气。