一种耐腐蚀减振降噪制动盘的加工方法

技术领域

本发明属于盘式制动器领域，尤其涉及一种耐腐蚀减振降噪制动盘的加工方法。

背景技术

随着节能环保问题成为社会经济发展的主题，盘式制动器已广泛应用于乘用车的前轮和后轮的制动中。盘式制动器具有散热性好，制动热稳定性好、浸水后制动效能降低小、质量和惯性小、沿厚度方向热膨胀量小等特点，是目前较为常用的一种制动安全装置。但是由于制动盘长期处于潮湿恶劣的环境中，表面极易出现腐蚀生锈的现象，这种腐蚀行为严重破坏了制动盘的摩擦面，使其逐渐丧失原始良好的制动功能。除此之外，在制动过程中，制动盘与摩擦片之间的摩擦力发生变化，导致制动力矩出现波动，制动系统动态不稳定，引发制动尖叫，这是制动噪声和振动产生的主要原因之一。制动振动和噪声对制动系统具有很严重的危害性，会缩短制动系统零部件的使用寿命，并影响汽车的使用性能，同时，制动噪声对周围环境造成的噪声污染对人的身心健康都会产生不良影响。因此，研究具有耐腐蚀且减振降噪性能良好的制动盘具有重要意义。研究表明，利用激光表面淬火技术对制动盘进行表面处理，是一种降低和减小制动噪声和振动的有效途径，同时采用此技术也能通过改变制动盘材料的组织成份，增强其抗腐蚀性能。

现有的耐腐蚀制动盘大多是使用其它耐腐蚀材料制成的制动盘。例如《汽车用镁铝合金陶瓷制动盘》中所述的环形圆盘体整体上是由镁铝合金压铸而成，环形圆盘体的摩擦面上设有氧化镁陶瓷耐磨层，可以采用喷涂工艺或微弧氧化工艺制成，提高了制动盘的耐磨、耐高温和耐腐蚀等性能，但是，这种方法工艺复杂、且成本较高难以得到推广应用。

目前，现有的制动盘降噪方法大多是通过改进制动盘结构或增加制动器阻尼的方式来降低摩擦振动和噪声。例如《一种用于盘式制动器降噪的复合阻尼层减振片》中利用一种高分子阻尼材料对传统盘式制动器的结构进行改进，通过复合阻尼层的作用而增大制动振动能量的损耗，从而达到减振降噪的目的。但是，这种方法使制动器结构复杂、需要改变制动器的结构、成本较高难以推广应用。此外，也有利用表面织构方法对制动盘进行减振降噪的方案，例如《一种可降低摩擦噪声的织构化表面的铸铁制动盘》中提到对制动盘表面进行沟槽和球坑状凹坑的织构设计，这种加工方案的制动盘虽然产生的制动噪声有所减小，改善了盘的散热状况，但制动盘上的沟槽或凹坑会产生二次振动，从而产生新的低频噪声。

发明内容

本发明的目的在于提出一种耐腐蚀减振降噪制动盘的加工方法，能够克服现有技术的缺陷增强耐腐蚀性，通过非复杂的工艺技术实现减震降噪。

为实现上述目的，本发明提供了一种耐腐蚀减振降噪制动盘的加工方法，包括以下步骤：

对铸铁制动盘的表面进行预处理，获取表面光洁无油污的制动盘；

通过激光器对所述表面光洁无油污的制动盘进行激光淬火处理，获取淬火处理后的制动盘；

停止激光淬火处理，对所述淬火处理后的制动盘进行低温处理，获取耐腐蚀减振降噪制动盘。

可选的，对制动盘的两个表面进行预处理的方法包括：对制动盘摩擦面用砂纸或手持式砂轮除锈，通过丙酮对铸铁制动盘摩擦表面进行清洗，获取表面光洁无油污的制动盘，再对铸铁制动盘表面进行防锈黑化处理。

可选的，所述防锈黑化处理包括：对铸铁制动盘表面进行丙烯氨聚酸酯漆的喷漆防锈黑化处理。

可选的，通过激光器对所述表面光洁无油污的制动盘进行激光淬火处理的方法包括：通过激光淬火扫描所述表面光洁无油污的制动盘，激光淬火扫描带呈圆环状，沿制动圆环的径向方向由内向外依次分布，圆心与中间圆盘的圆心相重合。

可选的，所述激光淬火扫描带为相互平行的条形激光扫描带。

可选的，所述淬火处理后的制动盘的表面硬度范围为600-900HV。

可选的，对所述淬火处理后的制动盘进行低温处理包括：将所述淬火处理后的制动盘放入初始温度范围为10-15度低温柜中冷却的。

可选的，激光淬火与所述表面光洁无油污的制动盘的表面接触温度为800-1200℃。

本发明技术效果：本发明公开了一种耐腐蚀减振降噪制动盘的加工方法，摩擦面在经激光淬火后具有的大量针状马氏体致密组织，一定程度上阻碍了摩擦面与外界水分和氧气反应，提高了耐腐蚀性能；此外摩擦面具有的激光扫描带实质为较薄的淬硬层，使得摩擦面获得极细的硬化组织，能够在具有稳定的制动摩擦系数的同时，还保证了摩擦面内部良好的韧性，提高了阻尼性能；因此本发明的减振降噪制动盘能够降低腐蚀生锈以及制动盘摩擦噪声振动的发生，能够保证车辆的正常运行。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明的实施例中的耐腐蚀减振降噪制动盘激光淬火示意图；

图2是本发明的实施例中的耐腐蚀减振降噪制动盘激光淬火设计示意图；

图3是本发明的实施例中的制动盘激光淬火先后残余应力均值标准差柱状对比图；

图4是本发明的实施例中制动盘激光淬火前后显微硬度均值标准误差图；

图5是本发明的实施例中的激光淬火后制动盘在0.5MPa压力下的制动噪声分布图；

图6是本发明的实施例中的激光淬火后制动盘在0.5MPa压力下制动盘卡钳振动信号图；

图7是本发明的实施例中激光淬火后制动盘的扫描电镜图，其中(a)未淬火盘面，(b)淬火盘面。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1-7所示，本实施例中提供一种耐腐蚀减振降噪制动盘的加工方法，包括以下步骤：

步骤1，对制动盘的两个表面进行预处理，得到表面光洁无油污的制动盘摩擦面。

本发明中，制动盘为铸铁材料，并且预处理包括如下子步骤：首先用砂纸或手持式砂轮对制动盘摩擦面进行除锈，而后用丙酮进行清洗，得到表面光洁无油污的摩擦面，最后对铸铁制动盘表面进行防锈黑化处理。

步骤2，采用大功率激光器对制动盘两个摩擦表面进行激光淬火处理；

本发明中，为了改变所述制动盘摩擦面的残余应力分布和金相组织，在对制动盘摩擦表面进行激光淬火加工过程中，需要控制激光跟制动盘表面接触温度在800-1200℃，从而保证制动盘的金相组织发生改变，其表面硬度在600-900HV。

步骤3，停止激光扫描，对制动盘进行低温快速冷却，得到耐腐蚀减振降噪制动盘。

本发明中，停止激光扫描后，将激光淬火后的制动盘放入初始温度为10-15度的低温柜中冷却。

以下实施例均采用正火态未经过硬化处理的原胚铸铁制动盘。

实施例1

步骤1，采用砂纸或手持式砂轮对制动盘摩擦面进行除锈，而后用丙酮进行清洗，得到表面光洁无油污的摩擦面，最后对铸铁制动盘表面进行丙烯氨聚酸酯漆的喷漆防锈黑化处理。

步骤2，将铸铁制动盘放在工作台校平后，采用半导体激光器以800W的激光功率和100mm/min的扫描速度进行激光淬火。

步骤3，停止激光扫描后，将激光淬火后的制动盘放入初始温度为10-15度的低温柜中进行快速冷却，得到激光淬火后的制动盘1#。

实施例2

步骤1，采用砂纸或手持式砂轮对制动盘摩擦面进行除锈，而后用丙酮进行清洗，得到表面光洁无油污的摩擦面，最后对铸铁制动盘表面进行丙烯氨聚酸酯漆的喷漆防锈黑化处理。

步骤2，将铸铁制动盘放在工作台校平后，采用半导体激光器以600W的激光功率和100mm/min的扫描速度进行激光淬火。

步骤3，停止激光扫描后，将激光淬火后的制动盘放入初始温度为10-15度的低温柜中进行快速冷却，得到激光淬火后的制动盘2#。

实施例3

步骤1，采用砂纸或手持式砂轮对制动盘摩擦面进行除锈，而后用丙酮进行清洗，得到表面光洁无油污的摩擦面，最后对铸铁制动盘表面进行丙烯氨聚酸酯漆的喷漆防锈黑化处理。

步骤2，将铸铁制动盘放在工作台校平后，采用半导体激光器以500W的激光功率和100mm/min的扫描速度进行激光淬火。

步骤3，停止激光扫描后，将激光淬火后的制动盘放入初始温度为10-15度的低温柜中进行快速冷却，得到激光淬火后的制动盘3#。

实施例4

步骤1，采用砂纸或手持式砂轮对制动盘摩擦面进行除锈，而后用丙酮进行清洗，得到表面光洁无油污的摩擦面，最后对铸铁制动盘表面进行丙烯氨聚酸酯漆的喷漆防锈黑化处理。

步骤2，将铸铁制动盘放在工作台校平后，采用半导体激光器以700W的激光功率和100mm/min的扫描速度进行激光淬火。

步骤3，停止激光扫描后，将激光淬火后的制动盘放入初始温度为10-15度的低温柜中进行快速冷却，得到激光淬火后的制动盘4#。

将实施例1-实施例4制备得到的耐腐蚀减振降噪铸铁制动盘1#、2#、3#、4#与未加工铸铁制动盘5#进行残余应力对比(图3)、显微硬度对比(图4)、噪声发生次数对比(表1)、噪声声压对比(图5)、振动加速度频谱对比(图6)以及激光淬火和未淬火制动盘表面磨损电镜图(SEM)比较(图7)。

表1

实施例的作用与效果

根据图3、表1以及实施例1至实施例4可知，各制动盘经激光淬火后其表面被激光淬火后的部位产生的残余应力均是压应力，未经激光淬火的制动盘的残余应力均为拉应力，且随着扫描功率的提高，残余压应力值也随之增大，即1#盘获得的表面残余压应力最大，抑制裂纹、耐腐蚀能力最佳。

根据图4以及实施例1至实施例4可知，与未激光淬火制动盘相比，激光淬火后制动盘表面硬度至少可提高1.38倍，与基体硬度280-300HV相比，淬火层的最高硬度可达778-850HV，硬度提高了2.8倍以上。当扫描速度一定时，随着激光功率的增加制动盘淬硬层的厚度也随之增大，淬火层最深处超过1mm。1#制动盘的激光淬硬层显微硬度最高为843.1HV，层深可达1.2mm。

根据图5、表2以及实施例1至实施例4可知，未激光淬火的5#制动盘在频率范围为2-16kHz内，声压级大于70dB(A)发生26次，而经过激光淬火后的1-4#制动盘声压级大于70dB(A)发生次数明显减小，其中1#盘表现最优，声压级大于70dB(A)仅发生6次，由此摩擦噪声试验可知，1#激光淬火制动盘，制动盘噪声水平表现最佳，3#激光淬火制动盘，制动盘噪声水平表现最差。

根据图6以及实施例1至实施例4可知，经过激光表面淬火的制动盘的振动信号有了明显的降低，在相同制动工况下，1#、4#激光淬火制动盘振动信号降低最明显。

根据图7以及实施例1至实施例4可知，5#未激光淬火制动盘试样经过磨损试验后，制动盘表面磨损严重，出现了非常深且宽的划痕，甚至有裂纹产生，并伴有严重的粘着撕裂现象，1#激光淬火制动盘经过磨损试验后，试样表面相对平整光洁，无明显的划痕和脱落，试样表面黏着磨损现象基本消失，并伴有少量磨屑产生。

根据本实施例所涉及的减振降噪的制动盘，因为摩擦面所具有的激光扫描带实质为较薄的淬硬层，使得摩擦面获得极细的硬化组织，所以能够在具有稳定的制动摩擦系数的同时，还保证了摩擦面内部良好的韧性，提高了阻尼性能。因此，本实施例的减振降噪制动盘能够降低制动盘摩擦噪声及振动的发生，保证车辆的正常运行。

根据本实施例所涉及的减振降噪制动盘，因为对摩擦面采用激光淬火硬化处理，所以得到了激光扫描带，并且加工方便，无需对制动机构进行改造，容易实施。

上述实施例1-实施例4中，激光扫描带呈圆环状，且圆心与中间圆盘的圆心相重合，并沿制动圆环的径向方向由内向外依次分布，从而使得制动盘在具有稳定的制动摩擦系数的同时，还保证了摩擦面内部良好的韧性，提高了阻尼性能，但在本发明中，激光扫描带也可以为沿制动圆环的径向方向延伸的条形激光扫描带，同样可以使得制动盘在具有稳定的制动摩擦系数的同时，还保证了摩擦面内部良好的韧性，提高了阻尼性能，同时组织成分的变化(针状马氏体增多，组织更致密)提高了耐腐蚀能力。

本发明公开了一种耐腐蚀减振降噪制动盘的加工方法，摩擦面在经激光淬火后具有的大量针状马氏体致密组织，一定程度上阻碍了摩擦面与外界水分和氧气反应，提高了耐腐蚀性能；此外摩擦面具有的激光扫描带实质为较薄的淬硬层，使得摩擦面获得极细的硬化组织，能够在具有稳定的制动摩擦系数的同时，还保证了摩擦面内部良好的韧性，提高了阻尼性能；因此本发明的减振降噪制动盘能够降低腐蚀生锈以及制动盘摩擦噪声振动的发生，能够保证车辆的正常运行。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。