CN103671639A - 车辆盘式制动器转子和车辆盘式制动器转子制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆盘式制动器转子，其具有铸铁基体、形成在所述铸铁基体上的氮扩散层、形成在所述氮扩散层上的氮化合物层以及形成在所述氮化合物层上并包含Fe₃O₄的氧化铁层。在“轿车-制动装置-测功器试验程序”（基于JASO C406:2000）的抛光和第一次再抛光中，所述抛光与第一次再抛光之间的摩擦系数变化比率为10%或以下。

Description

车辆盘式制动器转子和车辆盘式制动器转子制造方法

技术领域

本发明涉及制造铸铁车辆盘式制动器转子的方法。

背景技术

要求用于滑动部分例如车辆盘式制动器转子、制动鼓、机械工具等的铸铁摩擦部件的摩擦表面具有高耐腐蚀性和高耐磨性。因此，已经在铸铁摩擦部件的表面涂覆有涂层薄膜或磷酸锌涂层。然而，涂层薄膜或涂层在长时间后磨损或脱层，因此难以确保足够的耐腐蚀性和耐磨性。

与上述相比，已对在铸铁摩擦部件的摩擦表面进行氮碳共渗处理的技术已进行了研究和利用。氮碳共渗处理是能够使氮和碳在A1转变点（727℃）或以下、通常为550℃至580℃的处理温度下同时进行间隙扩散的表面处理。在氮碳共渗处理中，由于在最外表面上形成氮化合物的硬质层，因此可以提高铸铁摩擦部件的耐腐蚀性和耐磨性。此外，由于在氮碳共渗处理中不伴有相变，因此与渗碳处理等相比引起的应变较小。作为氮碳共渗处理，可以例举的是盐浴氮碳共渗处理方法、气体氮碳共渗处理方法、等离子体氮化处理方法等。

例如，JP-A-H06-307471和JP-A-2010-053926公开了通过盐浴氮碳共渗处理在铸铁盘式制动器转子的表面上进行氮碳共渗处理，以便在所述表面上形成Fe-C-N系化合物层，从而提高耐腐蚀性和耐磨性。然而，由于使用有害的氰化物，盐浴氮碳共渗处理在安全性和环境负担方面存在问题。此外，盐浴氮碳共渗处理存在着易于在化合物层的最外表面上形成多孔层的问题。

JP-B2-3303741公开了一种气体氮碳共渗处理，其中氮碳共渗处理过程在200Torr或以下的包含氨气的氮化气氛下，在450℃至560℃的处理温度下进行两次，并在其间插入扩散处理过程。在这种方法中，不使用有害的氰化物，并且可以使形成在铸铁摩擦部件表面上的化合物层致密。此外，由于能够抑制化合物层的厚度过分增加，因此能够提高表面耐用性。

然而，当具有在其表面上通过上述方法形成的氮化合物层的铸铁摩擦部件长期暴露于外部环境时，由于温度和湿度的影响可能在表面上形成红铁锈（Fe₂O₃）。即使当车辆盘式制动器转子的表面经历过氮碳共渗处理时，如果表面被红铁锈（Fe₂O₃）侵蚀，则在制动时也可能发生振动或制动力可能降低。此外，近年来，具有高设计性能的铝合金车轮已经大量增加。因此，当转子表面上存在红铁锈（Fe₂O₃）时，即使使用肉眼从外部也能确定地观察到，使得车辆的外观变差。

针对上述问题，在通过氮碳共渗处理获得的氮化合物层的表面上进一步形成具有被称为黑铁锈的Fe₃O₄作为主要组分的氧化铁层，是有效的。由于所述氧化铁层均匀且致密，因此能够有效地防止在铸铁摩擦部件的表面上形成红铁锈（Fe₂O₃）。

正如在JP-A-H03-285058中公开的，所述氧化铁层通过被称为蒸汽氧化处理的方法来形成，在所述方法中将目标产品暴露于400℃至500℃的蒸汽1至1.5小时。然而，蒸汽氧化处理的条件设置困难。因此，当温度过高或处理时间过长时，会形成红铁锈（Fe₂O₃）。因此，在铸铁摩擦部件的整个摩擦表面上形成均匀且致密的黑氧化铁层是非常困难的。

作为替代蒸汽氧化处理的方法，JP-B-S53-000371公开了一种方法，在所述方法中，将钢材在氮化气体和渗碳气体的混合气体中，在500℃至600℃下处理0.5至3小时，在所述处理温度下将所述钢材从炉取出，将其在空气中保持60至120秒以便形成Fe₃O₄膜，然后将其上形成有所述膜的钢材在油中冷却至室温。按照这种方法，可以连续地进行氮碳共渗处理、氧化铁层形成处理和冷却处理，因此能够在钢材表面上形成质量良好的氧化铁层。

然而，按照JP-B-S53-000371中公开的方法，在进行氮碳共渗处理之后，将目标产品从炉取出，由于其处于被加热状态，因此形成氧化铁层，然后将目标产物快速冷却（油冷却）。因此，在氮化合物层或以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层中可能形成裂纹。此外，由于目标产品在油中冷却，油可能残留在氧化铁层表面上形成的多个孔中。

因此，当长时间使用通过上述方法获得的车辆盘式制动器转子时，以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层在裂纹处脱层或者油残留在孔中，因此摩擦特性高度可变。

专利文献1：JP-A-H06-307471

专利文献2：JP-A-2010-053926

专利文献3：JP-B-3303741

专利文献4：JP-A-H03-285058

专利文献5：JP-B-S53-000371

发明内容

本发明的一个或多个实施例通过以简单的方法在构成车辆盘式制动器转子的软质氮化铸铁摩擦部件表面上形成均匀且致密的包含Fe₃O₄的氧化铁层，提供了具有增强的耐腐蚀性和耐磨性、并具有几乎不受湿度和温度影响而变的摩擦特性的车辆盘式制动器转子。

根据本发明的实施例，车辆盘式制动器转子可以包括：铸铁基体；形成在所述铸铁基体上的氮扩散层；形成在所述氮扩散层上的氮化合物层；以及形成在所述氮化合物层上并包含Fe₃O₄的氧化铁层，其中所述氧化铁层可以构成摩擦表面。在“轿车-制动装置-测功器试验程序”（基于JASO C406:2000）的抛光和第一次再抛光中，所述抛光与第一次再抛光之间的摩擦系数变化比率可以为10%或以下。

在所述车辆盘式制动器转子中，在所述抛光和第一次再抛光任一情形中，在绝对湿度在3g/m³至35g/m³的范围内变化并且温度在10℃至40℃的范围内变化的多种环境条件下，摩擦系数的标准偏差可以为0.011或以下。

在所述车辆盘式制动器转子中，所述氮扩散层的厚度可以为25μm至450μm，所述氮化合物层的厚度为5μm至25μm，并且所述氧化铁层的厚度为2μm至7μm。所述氧化铁层的有孔部分面积与表面的总面积之比为15%或以下。

在所述车辆盘式制动器转子中，所述有孔部分的孔径的统计学众数可以为2μm或以下。

在所述车辆盘式制动器转子中，在所述氮化合物层和氧化铁层中的任意层中可以不存在裂纹。

此外，根据本发明的实施例，所述车辆盘式制动器转子可以如下制造：在500℃至590℃的处理温度下对铸造工件的表面进行气体氮碳共渗处理，从而形成氮扩散层和氮化合物层，以及在进行所述气体氮碳共渗处理之后并且当温度变为400℃至480℃时，将所述工件暴露于空气中并将所述工件冷却至室温，从而在所述氮化合物层的表面上形成包含Fe₃O₄的氧化铁层。

根据本发明，能够提供具有出色的耐腐蚀性和耐磨性以及几乎不受湿度和温度影响而变的摩擦特性，并且能够长时间保持稳定的制动性能且防止损害转子外观的铁锈形成的车辆盘式制动器转子。因此，其工业意义非常大。

附图说明

图1A示出了在实施例1中获得的车辆盘式制动器转子的表面附近的剖面SEM照片。图1B示出了在实施例1中获得的车辆盘式制动器转子的X-射线衍射分析结果。

图2A示出了在实施例2中获得的车辆盘式制动器转子的表面附近的剖面SEM照片。图2B示出了在实施例2中获得的车辆盘式制动器转子的X-射线衍射分析结果。

图3A示出了在实施例3中获得的车辆盘式制动器转子的表面附近的剖面SEM照片。图3B示出了在实施例3中获得的车辆盘式制动器转子的X-射线衍射分析结果。

图4A示出了在比较例2中获得的车辆盘式制动器转子的表面附近的剖面SEM照片。图4B示出了在比较例2中获得的车辆盘式制动器转子的X-射线衍射分析结果。

图5A示出了在比较例3中获得的车辆盘式制动器转子的表面附近的剖面SEM照片。图5B示出了在比较例3中获得的车辆盘式制动器转子的X-射线衍射分析结果。

图6A示出了在实施例1中获得的车辆盘式制动器转子的表面的SEM照片。图6B示出了在实施例1中获得的车辆盘式制动器转子的二值化处理的图像。

图7A示出了在比较例3中获得的车辆盘式制动器转子的表面的SEM照片。图7B示出了在比较例3中获得的车辆盘式制动器转子的二值化处理的图像。

参考标记列表

1    氧化铁层（Fe₃O₄层）

2    通过气体氮碳共渗处理形成的氮化合物层

3    通过气体氮碳共渗处理形成的氮扩散层

4    通过盐浴氮碳共渗处理形成的氮化合物层

5    通过盐浴氮碳共渗处理形成的氮扩散层

具体实施方式

1.车辆盘式制动器转子

本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子具有形成在铸铁基体上的氮扩散层、形成在氮扩散层上的氮化合物层以及形成在氮化合物层上并以Fe₃O₄作为主要组分的氧化铁层的结构，其中，以Fe₃O₄作为主要组分的氧化铁层构成摩擦表面。

此外，对于本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子来说，尽管对尺寸没有特别限制，但以直径为200mm至420mm、厚度为10mm至40mm的车辆盘式制动器转子作为实例。

（1）铸铁基体

本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子通过诸如砂型铸造等的铸造方法来形成，并且可以使用灰口铸铁或球墨铸铁例如FC200、FC250、FCD450等作为其铸铁基体。

（2）氮扩散层

作为构成本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子的层之一的氮扩散层，是当进行如后文所描述的氮碳共渗处理时氮以超饱和固溶体状态溶解在铸铁基体中时形成的层。氮扩散层的厚度被调整到优选地为25μm至450μm，更优选为50μm至430μm。当氮扩散层的厚度小于25μm时，可能不能将氮化合物层的厚度形成得足够厚。另一方面，当氮扩散层的厚度超过450μm时，进行气体氮碳共渗处理的时间延长，因此生产率降低。

（3）氮化合物层

由于作为构成本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子的层之一的氮化合物层是Fe₃N等的层并且非常硬，因此它可以提供具有高耐磨性和耐腐蚀性的摩擦表面。具体来说，由于前提是通过后文所描述的气体氮碳共渗处理来形成本发明的示例性实施例的氮化合物层，因此可以使其表面光滑。

另一方面，当通过盐浴氮碳共渗处理来形成氮化合物层时，在其表面附近形成多孔层。当形成多孔层时，车辆盘式制动器转子的初始磨损量增加，并且随着外部环境变化，摩擦系数极大变化，使得无法获得稳定的制动特性。此外，在制动时产生噪音。

氮化合物层的厚度根据车辆盘式制动器转子的尺寸、使用条件等适合地选择。例如，对于上述尺寸来说，氮化合物层的厚度优选为5μm至25μm，更优选为10μm至20μm。当氮化合物层的厚度小于5μm时，不能获得足够的耐腐蚀性和耐磨性。另一方面，当氮化合物层的厚度超过25μm时，不能确保获得进一步的效果并且进行气体氮碳共渗处理的时间延长，因此生产率降低。

（4）以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层

均匀且致密的以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层形成在氮化合物层的表面上。在形成有氧化铁层的车辆盘式制动器转子中，能够进一步提高由氮化合物层赋予的高耐磨性和耐腐蚀性。因此，即使在车辆盘式制动器转子长时间暴露于外部环境时，也能有效地防止在其表面上形成红铁锈（Fe₂O₃）。因此，可以稳定地维持制动特性并防止车辆外观变差。

氧化铁层的厚度优选地为2μm至7μm，更优选地为3μm至6μm。当氧化铁层的厚度小于2μm时，不能获得足够的耐腐蚀性和耐磨性。另一方面，当氧化铁层的厚度超过7μm，不能确保获得进一步效果。

此外，根据本发明的示例性实施例，在氮碳共渗处理后，如后文所述将转子在炉中冷却至预定温度并暴露于空气中，并且将在空气中的冷却速率控制在确定范围内。此后，形成以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层。因此，在氧化铁层和氮化合物层中不会产生由冷却所伴随的热冲击造成的裂纹。

根据在例如JP-B-S53-000371中公开的技术，由于存在少量裂纹，因此氧化铁层脱层或在裂纹处具有由温度和湿度的影响造成的缺陷，并且雨水等通过裂纹到达氮扩散层并进一步到达铸铁基体。结果，难以长期维持车辆盘式制动器转子的摩擦和外观特性。与此相比，由于在氧化铁层和氮化合物层中不存在裂纹，因此本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子对温度和湿度具有明显提高的耐受性。

（5）表面的有孔面积比

在本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子中，有孔部分的面积与表面的总面积之比（在后文中被称为“有孔面积比”）优选为15%或以下，更优选为10%或以下。在这里，如下计算有孔面积比。也就是说，使用图像分析软件对车辆盘式制动器转子的表面照片图像进行二值化处理，使得有孔部分为黑色，其他部分为白色。将通过所述处理获得的图像（在后文中称为“二值化处理图像”）的有孔部分（黑色部分）计算为与有孔部分具有相同面积的圆的直径（圆等效直径），并将其设定为有孔部分的孔径。从所述孔径计算有孔部分的面积，以便计算二值化处理图像中有孔部分的面积比。对每个样品的25个视野（25张SEM照片）计算面积比，并将通过平均所述面积比而获得的值设为有孔面积比。

在本发明的示例性实施例中，根据适合的条件对车辆盘式制动器转子进行后文中所述的气体氮碳共渗处理，以便将有孔面积比控制在确定范围内。同时，当表面的有孔面积比超过15%时，即，当车辆盘式制动器转子经历盐浴氮碳共渗处理，使得在表面附近区域中铸铁基体被侵蚀并由此形成多孔层时，车辆盘式制动器转子的初始磨损量大并且形成红铁锈（Fe₂O₃），或者在制动时产生噪音。

此外，作为统计学的众数，有孔部分的孔径优选为2μm或以下，更优选为0.7μm或以下，最优选为0.5μm或以下。当孔径超过2μm时，水在有孔部分处侵蚀到氮扩散层，使得即使有孔面积比小于15%，也可能形成红铁锈（Fe₂O₃）。在这里，统计学的众数是指从25个视野的二值化处理图像计算的孔径中最频繁地出现的值。

（6）摩擦系数及其变化比率

如上所述，本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子具有将氮扩散层、氮化合物层和包含Fe₃O₄的氧化铁层配置在铸铁基体上并控制其表面织构的结构。由此，转子具有在“轿车-制动装置-测功器试验程序”（基于JASO C406:2000）（以下称为摩擦试验）的抛光（第一次有效性试验之后的抛光）和第一次再抛光（第二次有效性试验之后的抛光）中，所述抛光与第一次再抛光之间的摩擦系数的变化比率（γ）为10%或以下、优选为9%或以下、更优选为8%或以下的特点。当变化比率超过10%时，难以针对外部环境的变化保持稳定的制动特性。

此外，变化比率（γ）是指通过下式获得的值：γ（%）=（μ₁-μ₀）/μ₀×100，其中μ₀是在每种环境条件下的摩擦试验中通过抛光获得的摩擦系数，μ₁是在每种环境条件下的摩擦试验中通过第一次再抛光获得的摩擦系数。

此外，本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子具有即使在抛光和第一次再抛光中绝对湿度和/或温度的环境条件变化时，摩擦系数也几乎不改变的特点。更具体来说，在抛光和第一次再抛光中的任一情形中，在绝对湿度在3g/m³至35g/m³的范围内变化并且温度在10℃至40℃的范围内变化的多种环境条件下，摩擦系数的标准偏差（σ）为0.011或以下，并且不论车辆盘式制动器转子作为产品保存的情况如何，转子的表面织构都能够保持在高性能下。当标准偏差（σ）的值超过0.011时，表面织构随着车辆盘式制动器转子保存的情况或使用的环境条件而变，使得可能不能维持稳定的制动特性。

在本发明的示例性实施例中，摩擦试验是指下述试验，其中第一次有效性试验以50km/h和100km/h的初始制动速度，在2.94m/s²至7.35m/s²的制动减速范围内进行，抛光以65km/h的初始制动速度和3.5m/s²的制动减速进行，以便驯顺车辆盘式制动器转子的表面，第二次有效性试验以50km/h、100km/h和130km/h的每种初始制动速度，在2.94m/s²至7.35m/s²的制动减速范围内进行，第一次再抛光以65km/h的初始制动速度和3.5m/s²的制动减速进行。

在摩擦试验中，抛光是被进行以便驯顺转子和成为相对部件的制动片两者的表面织构，以使车辆盘式制动器转子与制动片发生充分接触的试验。此外，经历过抛光和第二次有效性试验的车辆盘式制动器转子的表面，由于由抛光和第二次有效性试验造成向其施加热量，而形成有细小裂纹或者有细小粉末附着于所述表面。因此，进行第一次再抛光，以便在除去细小裂纹和细小粉末后再次驯顺车辆盘式制动器转子和制动片。

（7）磨损量

对于本发明的示例性实施例的车辆盘式制动器转子来说，在摩擦试验的抛光和第一次再抛光中可以使用通用的不基于石棉的制动片作为与转子相对的材料。在这种情形中，即使当环境条件例如绝对湿度和/或温度变化时，也能将车辆盘式制动器转子的磨损量限制在预定值或以下。具体来说，当绝对湿度在3g/m³至35g/m³的范围内变化并且温度在10℃至40℃的范围内变化时，能够使车辆盘式制动器转子磨损量的平均值为优选2.35μm或以下，更优选2.30μm或以下。

2.制造车辆盘式制动器转子的方法

本发明的示例性实施例的铸铁摩擦部件的制造方法，包括在500℃至590℃的处理温度下对通过铸造方法获得的铸造工件进行气体氮碳共渗处理，从而在铸铁基体表面上形成氮扩散层和氮化合物层的过程（在后文中称为气体氮碳共渗处理过程），以及在所述气体氮碳共渗过程之后当环境温度变为400℃至480℃时，将工件暴露于空气中并将其在氧气下冷却至室温，从而在所述氮化合物层的表面上形成以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层的过程（在后文中称为氧化铁层形成过程）。

在本发明的示例性实施例中，由于形成铸造工件的过程可以通过常规方法来进行，因此省略其描述，而对作本发明的示例性实施例的特点的气体氮碳共渗处理过程和氧化铁层形成过程进行描述。

（1）成形过程

为了在通过铸造方法获得工件后除去残余应力，成形过程是在600℃至700℃的加热温度下进行热处理并对表面进行切削加工等。形成过程的各种条件与现有技术的条件基本上相同。

此外，优选地在将工件单独放置1周至2周后进行热处理，而不是在通过铸造方法获得工件后立即进行热处理。与此相同，在将工件单独放置预定时间段后进行热处理，并进一步进行切削加工，以便降低切削过程中的载荷。尽管原因不明，但据认为工件的最外表面被空气中的氮气氮化。

（2）气体氮碳共渗处理过程

作为氮碳共渗处理方法，可以例举的有盐浴氮碳共渗处理方法、气体氮碳共渗处理方法、等离子体氮碳共渗处理方法等。然而，从形成均匀的氮扩散层和氮化合物层的观点来看，需要通过气体氮碳共渗处理方法来进行氮碳共渗处理。

正如上面描述的，盐浴氮碳共渗处理方法在安全性和环境负担方面存在问题。此外，车辆盘式制动器转子的表面被侵蚀，使得在待形成的氮化合物层表面的附近区域中易于形成多孔层。因此，当将通过盐浴氮碳共渗处理进行表面处理的车辆盘式制动器转子实际使用在车辆中时，初始磨损量大，并且在制动时产生噪音。此外，按照等离子体氮碳共渗处理方法，需要在减压（真空）中进行处理，因此需要大型设施。此外，消耗大量电力，使得设施的运行成本增加。

在气体氮碳共渗处理方法中，可以使用现有技术的气体氮化炉。此外，气体氮碳共渗处理的条件应该根据所使用的气体氮化炉的功率等适合地调节。然而，从将氮扩散层和氮化合物层的厚度控制在上述范围内的观点来看，气体氮碳共渗处理方法优选地在下述条件下进行。

处理温度优选地被设置为500℃至590℃，更优选地530℃至590℃。当处理温度低于500℃时，不能形成具有足够厚度的氮扩散层和氮化合物层。另一方面，当处理温度超过590℃时，在铸铁基体中形成易碎奥氏体，因此可能不能稳定地形成氮扩散层和氮化合物层。

此外，处理温度优选地保持0.5至4小时，更优选地1至3小时。当处理时间少于0.5小时时，不能形成具有足够厚度氮扩散层和的氮化合物层。另一方面，即使当处理时间超过4小时时，氮扩散层和氮化合物层也基本上不再生长，因此生产率降低。

作为氮供应源，可以使用作为氮化气体的NH₃。同时，对碳供应源没有特别限制，只要它是渗碳气体即可，例如可以使用含烃类醇例如CH₃OH或CO、CO₂等。具体来说，从以低成本有效地形成氮扩散层和氮化合物层的观点来看，通过NH₃和CH₃OH的混合气体供应氮和碳是优选的。在这种情形中，NH₃的流速优选为4.5m³/h至5.5m³/h，CH₃OH的流速优选为3.0×10^-5m³/h至1.0×10^-4m³/h。

与通用的气体氮碳共渗处理类似，气体氮化炉中的压力优选被调节到比大气压高0.2kPa至1.0kPa，通常高0.5kPa至0.7kPa。

（3）氧化铁层形成过程

氧化铁层形成过程是在氮碳共渗处理过程后，在获得的氮化合物层表面上形成以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层的过程。由于所述氧化铁层非常均匀且致密，因此与只进行氮碳共渗处理的构造相比，可以降低湿度和温度的影响。由此，可以将车辆盘式制动器转子的耐腐蚀性和耐磨性长期保持在高水平。特别是，在本发明的示例性实施例中，由于能够不使用特殊装置并且不通过复杂过程来形成氧化铁层，因此能够将与氧化铁层的形成相伴的生产率下降和成本增加抑制到最低水平，因此其工业意义非常大。

具体来说，在氮碳共渗处理之后，当环境温度变为400℃至480℃、优选为410℃至470℃、更优选为420℃至460℃时，将车辆盘式制动器转子从气体氮碳共渗炉取出并由此暴露于空气中，然后在保持与空气中的氧的接触状态的同时冷却至室温（20℃至25℃）。车辆盘式制动器转子在上述温度范围内从气体氮碳共渗炉取出，以便可以在氮化合物层表面上形成均匀且致密的以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层。此外，当车辆盘式制动器转子在上述温度范围内取出时，可以使其表面的颜色带有蓝色，从而使外观具有出色装饰性。

当取出车辆盘式制动器转子时的温度低于400℃时，氮化合物层的氧化进度降低，因此不能获得均匀且致密的以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层。此外，表面的颜色变污。另一方面，当所述温度超过480℃时，氧化铁层中Fe₂O₃的比例增加，并且由于快速氧化和由温度差造成的热冲击在所述氮化合物层中产生裂纹。

此外，本发明的示例性实施例具有在将车辆盘式制动器转子从气体氮碳共渗炉取出后，将转子持续暴露于空气中，直至它冷却至室温的特点。正如在JP-B-S53-000371中所述，当将目标产品在空气中保持预定时间，然后在隔绝氧气接触下进行油冷却时，油可能残留在氧化铁层表面上形成的多个孔中，这对摩擦特性有影响。因此，相应的目标产品不适合于用于车辆盘式制动器转子等的滑动部分的铸铁摩擦部件。与此相比，根据本发明的示例性实施例，由于将转子在与氧接触下缓慢冷却至室温，因此不会引起上述问题。

此外，从车辆盘式制动器转子暴露于空气中到室温的冷却速率优选为1℃/min至10℃/min，更优选为2℃/min至8℃/min。当冷却速率低于1℃/min时，生产率降低，而当冷却速率超过10℃/min时，在氮化合物层或氧化铁层中可能形成裂纹。此外，通常，在将车辆盘式制动器转子保持暴露于空气中时，其以上述冷却速率冷却。

<实施例>

下面将通过实施例对本发明进行更具体描述。此外，通过在后文中描述的摩擦试验，对通过实施例和比较例获得的车辆盘式制动器转子的摩擦特性（摩擦系数、磨损量）进行评估。

<摩擦试验>

使用具有表1所示的组成的制动片，并通过全尺寸制动测功计摩擦试验机，在表2中示出的各种环境条件下进行摩擦试验。具体来说，如上所述，在第一次有效性试验后，进行抛光、第二次有效性试验和第一次再抛光。结果，在抛光和第一次再抛光中，在各种环境条件下获得了摩擦系数。此外，在抛光和第一次再抛光中，在各种环境条件下分别测量制动片和车辆盘式制动器转子的磨损量。此时，制动片的磨损量通过千分尺（Mitutoyo Corporation，OMV-25M）测量，车辆盘式制动器转子的磨损量通过轮廓测量仪（Kosaka Laboratory Ltd.，DR-200X63）测量。

此外，表2中示出的各种环境条件是从可以根据通常使用车辆时的环境条件在实验上重现的环境条件中任意选择的。因此，不应将本发明的车辆盘式制动器转子的特征解释为限于表2中所示的环境条件。

<表1>

材料	组成（质量%）
		酚醛树脂	8.1
树脂粉	4.8
		硫酸钡	19.4
氢氧化钙	4.8
		云母	8.1
钛酸钾	16.1
		硅酸锆	8.1
Fe3O4	16.1
		石墨	4.8
芳纶纤维	4.8
		无机纤维	4.9
合计	100.0

[表2]

（实施例1）

使用铸铁材料（等同于FC200）作为原料来铸造直径为355mm、厚度为32mm的车辆盘式制动器转子，并除去不必需的部分（浇口、毛刺等）。然后，将获得的车辆盘式制动器转子在680℃下进行热处理。然后，对车辆盘式制动器转子的表面进行切削加工，并通过醇系清洁剂去脂。

随后，将车辆盘式制动器转子置于气体氮碳共渗炉（FujikoshiCorp.，EQ-6S型）中，然后进行氮碳共渗处理，其中将处理温度设定为570℃（控制范围：565℃至575℃），将所述处理温度下的保持时间设定为100分钟（控制范围：95分钟至105分钟）。此时，使用5.0m³/h（控制范围：4.5m³/h至5.5m³/h）的氨气作为氮供应源，并使用0.05L/h（控制范围：0.03L/h至0.10L/h）的甲醇作为碳供应源。

在氮碳共渗处理完成后，将转子在气体氮碳共渗炉中冷却，然后当环境温度变为440℃时将其从炉中取出并因此暴露于空气中。然后，将车辆盘式制动器转子在空气中，经2小时冷却至室温（25℃）（冷却速率：3.45℃/min.）。

使用SEM（Nihon Denshi Co.,Ltd.，JSM-5800LV）观察获得的车辆盘式制动器转子的表面附近区域的剖面。SEM照片示出在图1A中。此外，通过使用X-射线衍射装置（Shimadzu Corporation,XRD6100）的X-射线衍射获得的表面组成的分析结果，示出在图1B。此外，通过钢的氮化物层深度测量方法（基于JIS G0562）测量每个层的厚度。证实了在实施例1中，在厚度为150μm的氮扩散层3上形成了厚度为15μm的氮化合物层2，并且在所述氮化合物层2上形成了以Fe₃O₄为主要组分且厚度为4μm的均匀且致密的氧化铁层1。

随后，通过SEM（Nihon Denshi Co.,Ltd.，JSM-5800LV）对获得的车辆盘式制动器转子表面的25个视野进行成像，由此获得25个视野的表面图像（SEM照片）。通过图像处理装置（Carl Zeiss Co.,Ltd.，KS400）对表面图像进行二值化处理，以便获得25个视野的二值化处理图像。从二值化处理图像获得的表面的有孔面积比（25个视野的平均值）为4%，有孔部分的孔径（众数）约为0.5μm。此时获得的车辆盘式制动器转子的表面图像和二值化处理图像示出在图6A和6B中。

此外，对车辆盘式制动器转子进行了摩擦试验。

结果，在任何环境条件下，由通过抛光获得的摩擦系数μ₀和通过第一次再抛光获得的摩擦系数μ₁而获得的变化比率γ均小于约10%。此外，车辆盘式制动器转子的磨损量为平均2.28μm。此外，抛光的摩擦系数μ₀和第一次再抛光的摩擦系数μ₁的标准偏差（σ）分别为0.011和0.010。结果显示在表4和5中。

（实施例2）

除了在氮碳共渗处理之后当环境温度变为400℃时，将转子从炉中取出并因此暴露于空气中之外，通过与实施例1相同的方法获得车辆盘式制动器转子。与实施例1类似，对车辆盘式制动器转子进行SEM观察、X-射线衍射分析和各层的厚度测量。结果证实，在厚度为150μm的氮扩散层3上形成了厚度为15μm的氮化合物层2，并且在所述氮化合物层2上形成了以Fe₃O₄为主要组分且厚度为4μm的均匀且致密的氧化铁层1。结果示出在图2A和2B中。

随后，与实施例1类似，获得车辆盘式制动器转子的表面图像和二值化处理图像，并计算表面的有孔面积比（25个视野的平均值）和有孔部分的孔径（众数）。结果示出在表3中。

此外，对车辆盘式制动器转子进行与实施例1相同的摩擦试验，并且在任何环境条件下，由通过摩擦试验获得的摩擦系数μ₀、μ₁而获得的变化比率γ均小于约10%。此外，车辆盘式制动器转子的磨损量为平均2.23μm。此外，在各种环境条件下，抛光的摩擦系数μ₀和第一次再抛光的摩擦系数μ₁的标准偏差（σ）分别为0.011和0.010。结果示出在表4和5中。

（实施例3）

除了在氮碳共渗处理之后当环境温度变为480℃时，将转子从炉中取出并因此暴露于空气中之外，通过与实施例1相同的方法获得车辆盘式制动器转子。与实施例1类似，对车辆盘式制动器转子进行SEM观察、X-射线衍射分析和各层的厚度测量。结果证实，在厚度为150μm的氮扩散层3上形成了厚度为15μm的氮化合物层2，并且在所述氮化合物层2上形成了以Fe₃O₄为主要组分且厚度为4μm的均匀且致密的氧化铁层1。结果示出在图3A和3B中。

随后，与实施例1类似，获得车辆盘式制动器转子的表面图像和二值化处理图像，并计算表面的有孔面积比（25个视野的平均值）和有孔部分的孔径（众数）。结果示出在表3中。

此外，对车辆盘式制动器转子进行与实施例1相同的摩擦试验，并且在任何环境条件下，由通过摩擦试验获得的摩擦系数μ₀、μ₁而获得的变化比率γ均小于约10%。此外，车辆盘式制动器转子的磨损量为平均2.32μm。此外，在各种环境条件下，抛光的摩擦系数μ₀和第一次再抛光的摩擦系数μ₁的标准偏差（σ）分别为0.010和0.010。结果示出在表4和5中。

（比较例1）

除了不进行表面处理例如气体氮碳共渗处理之外，通过与实施例1相同的方法获得车辆盘式制动器转子。

然后，与实施例1类似，对获得的车辆盘式制动器转子进行摩擦试验，并且由获得的摩擦系数μ₀、μ₁而获得变化比率γ。结果证实，在某些环境条件中变化比率γ超过10%。此外，车辆盘式制动器转子的磨损量为平均2.49μm。此外，在各种环境条件下，抛光的摩擦系数μ₀和第一次再抛光的摩擦系数μ₁的标准偏差（σ）分别为0.060和0.050。结果示出在表4和5中。

（比较例2）

除了在氮碳共渗处理之后当环境温度变为500℃时，将转子从炉中取出并因此暴露于空气中之外，通过与实施例1相同的方法获得车辆盘式制动器转子。与实施例1类似，对车辆盘式制动器转子进行SEM观察、X-射线衍射分析和各层的厚度测量。结果证实，在厚度为150μm的氮扩散层3上形成了厚度为11μm的氮化合物层2，并且在所述氮化合物层2上形成了以Fe₃O₄为主要组分且厚度为4μm的均匀且致密的氧化铁层1。此外，证实了在比较例2中，在氮化合物层2中产生大量细小裂纹。结果示出在图4A和4B中。

随后，与实施例1类似，获得车辆盘式制动器转子的表面图像和二值化处理图像，并计算表面的有孔面积比（25个视野的平均值）和有孔部分的孔径（众数）。结果示出在表3中。

此外，对车辆盘式制动器转子进行与实施例1相同的摩擦试验，并且在某些环境条件下，由通过摩擦试验获得的摩擦系数μ₀、μ₁而获得的变化比率γ大于10%。此外，车辆盘式制动器转子的磨损量为平均2.91μm。此外，在各种环境条件下，抛光的摩擦系数μ₀和第一次再抛光的摩擦系数μ₁的标准偏差（σ）分别为0.019和0.017。结果示出在表4和5中。

（比较例3）

通过使用醇系清洁剂对转子进行去脂，然后将其在氰化物浓度约为20质量%的盐浴中，在580℃下浸泡90分钟，来对通过与实施例1相同的方法获得的车辆盘式制动器转子进行盐浴氮碳共渗处理。随后将车辆盘式制动器转子冷却，用水清洗，然后干燥。

与实施例1类似，对车辆盘式制动器转子进行SEM观察、X-射线衍射分析和各层的厚度测量。结果证实，在厚度为150μm的氮扩散层3上形成了厚度为12μm的氮化合物层2，但是没有形成以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁层1。此外，证实了在比较例3中，在氮化合物层中形成了多孔层。结果示出在图5A和5B中。

随后，与实施例1类似，获得车辆盘式制动器转子的表面图像和二值化处理图像，并计算表面的有孔面积比（25个视野的平均值）和有孔部分的孔径（众数）。结果示出在表3中。此外，在此时获得的车辆盘式制动器转子的表面图像和二值化处理图像示出在图7A和7B中。

此外，对车辆盘式制动器转子进行与实施例1相同的摩擦试验，并且在某些环境条件下，由通过摩擦试验获得的摩擦系数μ₀、μ₁而获得的变化比率γ大于10%。此外，车辆盘式制动器转子的磨损量为平均2.40μm。此外，在各种环境条件下，抛光的摩擦系数μ₀和第一次再抛光的摩擦系数μ₁的标准偏差（σ）分别为0.013和0.011。结果示出在表4和5中。

<表3>

<表4>

<表5>

Claims (9)

1.一种车辆盘式制动器转子，包括：

铸铁基体；

氮扩散层，该氮扩散层形成在所述铸铁基体上；

氮化合物层，该氮化合物层形成在所述氮扩散层上；以及

氧化铁层，该氧化铁层形成在所述氮化合物层上并包含Fe₃O₄，

其中，所述氧化铁层构成摩擦表面，并且

其中，在“轿车-制动装置-测功器试验程序”（基于JASO C406:2000）的抛光和第一次再抛光中，所述抛光与所述第一次再抛光之间的摩擦系数变化比率为10%或以下。

2.根据权利要求1所述的车辆盘式制动器转子，其中，在任一所述抛光和所述第一次再抛光情形中，在绝对湿度在3g/m³至35g/m³的范围内变化并且温度在10℃至40℃的范围内变化的多种环境条件下，摩擦系数的标准偏差为0.011或以下。

3.根据权利要求1所述的车辆盘式制动器转子，其中，所述氮扩散层的厚度为25μm至450μm，所述氮化合物层的厚度为5μm至25μm，并且所述氧化铁层的厚度为2μm至7μm，并且

其中所述氧化铁层的有孔部分面积与表面的总面积之比为15%或以下。

4.根据权利要求2所述车辆盘式制动器转子，其中，所述氮扩散层的厚度为25μm至450μm，所述氮化合物层的厚度为5μm至25μm，并且所述氧化铁层的厚度为2μm至7μm，并且

其中所述氧化铁层的有孔部分面积与表面的总面积之比为15%或以下。

5.根据权利要求3所述的车辆盘式制动器转子，其中，所述有孔部分的孔径的统计学众数为2μm或以下。

6.根据权利要求4所述的车辆盘式制动器转子，其中，所述有孔部分的孔径的统计学众数为2μm或以下。

7.根据权利要求1至6的任意一项所述的车辆盘式制动器转子，其中，所述氮化合物层和所述氧化铁层中的任意一层中均不存在裂纹。

8.一种制造权利要求1至6的任意一项所述的车辆盘式制动器转子的制造方法，该制造方法包括：

在500℃至590℃的处理温度下对铸造工件的表面进行气体氮碳共渗处理，从而形成氮扩散层和氮化合物层；以及

在进行所述气体氮碳共渗处理之后，当温度变为400℃至480℃时，将所述工件暴露于空气中并将所述工件冷却至室温，从而在所述氮化合物层的表面上形成包含Fe₃O₄的氧化铁层。

9.一种制造权利要求7所述的车辆盘式制动器转子的制造方法，该制造方法包括：

在500℃至590℃的处理温度下对铸造工件的表面进行气体氮碳共渗处理，从而形成氮扩散层和氮化合物层；以及

在进行所述气体氮碳共渗处理之后，当温度变为400℃至480℃时，将所述工件暴露于空气中并将所述工件冷却至室温，从而在所述氮化合物层的表面上形成包含Fe₃O₄的氧化铁层。

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