CN113045324A - 一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法 - Google Patents

一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磨损到寿C/C‑SiC刹车盘的修复再利用方法，具体特征包括：1)浆料的制备和胎网层的预处理；2)C/C‑SiC刹车盘表面修复层预制体的制备；3)修复层预制体的热处理；4)渗Si处理和机加工。本发明在制备方面，原材料来源广泛，热压‑反应熔渗工艺操作简便，设备要求低，可以实现批量生产。制备的修复层表面几乎没有裂纹，表现出优异的抗磨损性能修复层的摩擦系数与C/C‑SiC相差不大；在10m/s和20m/s时，修复层的摩擦系数略高于C/C‑SiC；在15m/s时，修复层的摩擦系数低于C/C‑SiC。制备的修复层表现出优异的摩擦磨损性能，实现了刹车材料的二次利用，修复成本低，适合工业化批量生产。

Description

一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法
技术领域
本发明属于碳陶摩擦材料领域，涉及一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法。
背景技术
继树脂基摩擦材料、金属基摩擦材料和C/C刹车材料之后，C/C-SiC复合材料由于其优异的力学性能、摩擦磨损性能、热物理性能以及抗氧化性能等优点而被广泛应用于飞机、高档轿车。并且在高铁，工程机械领域也有广泛的应用前景。
制备C/C-SiC刹车材料的方法有化学气相沉积法(CVI)、前驱体浸渍裂解(PIP)和反应熔体渗透(RMI)。RMI相比于PIP工艺，具有制备周期短，成本低等优点。CVI结合RMI法是目前商业化生产高性能C/C-SiC刹车盘最具竞争力的工艺。
随着制备C/C-SiC刹车盘技术的日渐成熟，刹车盘巨大的商业市场被开发，刹车盘的应用范围日渐推广。一般来讲，出于安全考虑，刹车盘在达到服役寿命后需要作废弃处理。但碳陶刹车材料相比传统金属基刹车材料造价昂贵，直接废弃将带来巨大的经济损失和资源浪费。因此有必要在达到磨损寿命(磨损极限)的碳陶刹车盘表面制备一层修复层，以延长其服役时间，减少资源浪费，实现资源的二次利用。
目前传统CVD工艺可以在C/C-SiC复合材料表面制备一层非常均匀的SiC涂层，涂层与基底的结合性好，且摩擦磨损性能优异，但CVD技术制备周期长，成本高，不适用于碳陶刹车材料的修复制备。针对碳陶刹车材料，krenkel等研发了一种具有优异摩擦性能的SiCralee涂层，该涂层是通过在模压C/C多孔预制体表面添加过量的Si粉和C，使其在随后的液硅浸渗过程中在材料表面生成含SiC和Si的涂层。
上述工艺虽然可以延长服役时间，减少资源浪费，但都是针对还未参加服役的刹车盘，而国内外对于已经到寿的C/C-SiC刹车材料再利用的研究报道较少，还未提出行之有效的解决办法。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法。
技术方案
一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、浆料的制备：将质量分数为40-60wt.％的酒精；40％-60wt.％的树脂；0-30wt.％的短切纤维；0-30wt.％的SiC；5-20wt.％的六次甲基四氨，在50℃水浴锅中搅拌1-3h后得到所需要的浆料；
所述各组分的质量百分比之和为100％；
步骤2、短纤维胎网层的预处理：短纤维胎网层按照C/C-SiC刹车盘横断面尺寸大小裁剪；
步骤3、待修复C/C-SiC刹车盘准备：将磨损到寿的C/C-SiC刹车盘，表面磨削加工至完全见光，超声清洗烘干；
步骤4、C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备：将浆料在待修复C/C-SiC刹车盘表面涂刷，然后铺设裁剪后的短纤维胎网，在胎网层表面涂刷浆料，再铺设胎网层，重复若干次后，热压固化；所述热压温度为150-180℃，热压时间为1-2h，压力为20-25MPa。；最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体；
步骤5、修复层预制体的热处理：将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理，在180-350℃，保温30-90min；在900℃-1200℃，保温30-90min，升温速率为2℃/min；
步骤6、渗Si处理：将热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理，反应温度为1420-1600℃，保温时间为30-90min，随炉冷却至室温，获得具有一定厚度修复层的C/C-SiC刹车盘；
步骤7、机加工：将C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸，然后进行超声波清洗，烘干，获得修复的C/C-SiC刹车盘。
有益效果
本发明提出的一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法，具体特征包括：1)浆料的制备和胎网层的预处理；2)C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备；3)修复层预制体的热处理；4)渗Si处理和机加工。
本发明提出了一种修复磨损到寿C/C-SiC刹车盘的技术，在制备方面，原材料来源广泛，热压-反应熔渗工艺操作简便，设备要求低，可以实现批量生产。如图2所示，在25m/s的转速下涂层未出现开裂的情况，制备的修复层表面几乎没有裂纹，表现出优异的抗磨损性能。如图4所示，在5m/s和25m/s时，修复层的摩擦系数与C/C-SiC相差不大；在10m/s和20m/s时，修复层的摩擦系数略高于C/C-SiC；在15m/s时，修复层的摩擦系数低于C/C-SiC。制备的修复层表现出优异的摩擦磨损性能，实现了刹车材料的二次利用，修复成本低，适合工业化批量生产。
附图说明
图1是C/C-SiC刹车材料表面修复层的制备工艺流程图
图2是本发明实施例1中C/C-SiC刹车材料表面修复层宏观形貌图
图3是本发明实施例1中C/C-SiC刹车材料表面修复层微观形貌图
图4是本发明实施例1中C/C-SiC刹车材料带表面修复层与C/C-SiC摩擦材料在不同初始速度下平均摩擦系数对比
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
本实施例是一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复方法，具体过程是：
步骤1，待修复C/C-SiC刹车盘准备：选取磨损到寿的C/C-SiC刹车盘，表面磨削加工至完全见光，超声清洗，放入150℃烘箱烘干2h，取出待用。
步骤2，短纤维胎网层的预处理和浆料的制备：
胎网层按照C/C-SiC刹车盘尺寸大小裁剪备用。将表1成分混合，在50℃水浴锅中加热搅拌1h后取出，得到所需要的浆料。
表1制备C/C-SiC刹车盘表面修复层所用浆料的成分及配比
Figure BDA0002995889510000041
步骤3，C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备：用刷子蘸取步骤2所制备的浆料，在待修复C/C-SiC刹车盘表面均匀涂刷一层，然后将裁剪的胎网层铺设于C/C-SiC刹车材料表面；随后继续采用刷子蘸取所制备的浆料，在胎网层表面涂刷；重复铺设胎网层、刷浆料步骤，依次重复若干次后，热压固化，热压温度为150℃，热压时间为1h，压力为20MPa。最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体。
步骤4，修复层预制体的热处理：将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理，在180℃，保温30min；在900℃，保温30min，升温速率为2℃/min。
步骤5，渗Si处理：将步骤4热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理，反应温度为1500℃，保温时间为60min，随炉冷却至室温，在C/C-SiC刹车盘表面获得具有一定厚度修复层。
步骤6，机加工：将步骤5制备的C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸，然后进行超声波清洗，烘干，获得修复的C/C-SiC刹车盘。
C/C-SiC刹车材料表面修复层的宏观结构如图2所示，摩擦磨损实验后，修复层表面几乎没有裂纹，没有出现涂层开裂现象。微观结构如图3所示，修复层材料由C纤维、短切纤维、SiC和Si组成。研究结果表明，摩擦磨损性能如图4所示，在不同转速下带修复层的摩擦系数与C/C-SiC材料相差不大，在15m/s时相差最大为～0.05。
实施例2：
步骤1，待修复C/C-SiC刹车盘准备：选取磨损到寿的C/C-SiC刹车盘，表面磨削加工至完全见光，超声清洗，放入100℃烘箱烘干1h，取出待用。
步骤2，胎网层的预处理和浆料的制备：
胎网层按照C/C-SiC刹车盘尺寸大小裁剪。将表1成分混合，在50℃水浴锅中加热搅拌1h后取出，得到所需要的浆料。
表2制备C/C-SiC刹车盘表面修复层所用浆料的成分及配比
Figure BDA0002995889510000051
步骤3，C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备：用刷子蘸取步骤2所制备的浆料，在待修复C/C-SiC刹车盘表面均匀涂刷一层，然后将裁剪的胎网层铺设于C/C-SiC刹车材料表面；随后继续采用刷子蘸取所制备的浆料，在胎网层表面涂刷；重复铺设胎网层、刷浆料步骤，依次重复若干次后，热压固化，热压温度为150℃，热压时间为1h，压力为25MPa。最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体。
步骤4，修复层预制体的热处理：将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理，在180℃，保温30min；在900℃，保温30min，升温速率为2℃/min。
步骤5，渗Si处理：将步骤4热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理，反应温度为1500℃，保温时间为60min，随炉冷却至室温，在C/C-SiC刹车盘表面获得具有一定厚度修复层。
步骤6，机加工：将步骤5制备的C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸，然后进行超声波清洗，烘干，获得修复的C/C-SiC刹车盘。
C/C-SiC刹车材料表面修复层的宏观形貌与实施例1类似，在摩擦实验后，涂层表面无开裂现象，几乎没有裂纹。
实施例3：
本实施例是一种C/C-SiC刹车盘表面修复层的制备方法，具体过程是：
步骤1，待修复C/C-SiC刹车盘准备：选取磨损到寿的C/C-SiC刹车盘，表面磨削加工至完全见光，超声清洗，放入100℃烘箱烘干1h，取出待用。
步骤2，胎网层的预处理和浆料的制备：
胎网层按照C/C-SiC刹车盘尺寸大小裁剪。将表1成分混合，在50℃水浴锅中加热搅拌1h后取出，得到所需要的浆料。
表3制备C/C-SiC刹车盘表面修复层所用浆料的成分及配比
Figure BDA0002995889510000061
步骤3，C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备：用刷子蘸取步骤2所制备的浆料，在待修复C/C-SiC刹车盘表面均匀涂刷一层，然后将裁剪的胎网层铺设于C/C-SiC刹车材料表面；随后继续采用刷子蘸取所制备的浆料，在胎网层表面涂刷；重复铺设胎网层、刷浆料步骤，依次重复若干次后，热压固化，热压温度为180℃，热压时间为1h，压力为25MPa。最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体。
步骤4，修复层预制体的热处理：将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理，在280℃，保温60min；在900℃，保温60min，升温速率为2℃/min。
步骤5，渗Si处理：将步骤4热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理，反应温度为1600℃，保温时间为60min，随炉冷却至室温，在C/C-SiC刹车盘表面获得具有一定厚度修复层。
步骤6，机加工：将步骤5制备的C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸，然后进行超声波清洗，烘干，获得修复的C/C-SiC刹车盘。

Claims (1)

1.一种磨损到寿C/C-SiC刹车盘的修复再利用方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、浆料的制备：将质量分数为40-60wt.％的酒精；40％-60wt.％的树脂；0-30wt.％的短切纤维；0-30wt.％的SiC；5-20wt.％的六次甲基四氨，在50℃水浴锅中搅拌1-3h后得到所需要的浆料；
所述各组分的质量百分比之和为100％；
步骤2、短纤维胎网层的预处理：短纤维胎网层按照C/C-SiC刹车盘横断面尺寸大小裁剪；
步骤3、待修复C/C-SiC刹车盘准备：将磨损到寿的C/C-SiC刹车盘，表面磨削加工至完全见光，超声清洗烘干；
步骤4、C/C-SiC刹车盘表面修复层预制体的制备：将浆料在待修复C/C-SiC刹车盘表面涂刷，然后铺设裁剪后的短纤维胎网，在胎网层表面涂刷浆料，再铺设胎网层，重复若干次后，热压固化；所述热压温度为150-180℃，热压时间为1-2h，压力为20-25MPa。；最后在待修复C/C-SiC刹车盘表面得到一定厚度的修复层预制体；
步骤5、修复层预制体的热处理：将带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在N2气氛热处理，在180-350℃，保温30-90min；在900℃-1200℃，保温30-90min，升温速率为2℃/min；
步骤6、渗Si处理：将热处理后的带有修复层预制体的C/C-SiC刹车盘在高温真空炉中进行渗Si处理，反应温度为1420-1600℃，保温时间为30-90min，随炉冷却至室温，获得具有一定厚度修复层的C/C-SiC刹车盘；
步骤7、机加工：将C/C-SiC刹车盘两摩擦面进行磨削加工至产品尺寸，然后进行超声波清洗，烘干，获得修复的C/C-SiC刹车盘。
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