CN104995425A - 制造制动盘的方法、用于盘式制动器的制动盘以及盘式制动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造制动盘的方法，所述方法包括下列操作步骤：a)提供制动盘，该盘式制动器包括制动带2，所述制动带由铝或铝合金制成且设置有两个相反的制动表面2a，2b，每个制动表面至少部分地限定所述盘的两个主侧中的一个；b)使用HVOF(高速氧气燃料喷涂喷涂)技术或HVAF(高速空气燃料喷涂喷涂)技术或KM技术(动力金属喷涂)在盘上沉积粒子形式的材料，以形成保护涂层3，所述保护涂层覆盖所述制动带的两个制动表面中的至少一个。该粒子形式的材料由重量百分比为80％至90％的碳化钨、重量百分比为8％至12％的钴以及重量百分比为2％至6％的铬组成。

Description

制造制动盘的方法、用于盘式制动器的制动盘以及盘式制动器

技术领域

本发明涉及一种制造制动盘的方法、用于盘式制动器的制动盘以及盘式制动器。

背景技术

车辆的盘式制动系统的制动盘包括环形结构，或制动带，以及中央附接元件(被称为钟状物)，通过该中央附接元件，将制动盘附接至车辆悬架的旋转部分，例如轮毂。制动带设置有相反的适合于与摩擦元件(制动垫)配合的制动表面，这些摩擦元件容纳在至少一个钳体内，所述钳体横跨所述制动带并且与车辆悬架的非旋转部件形成整体。相对的制动垫和制动带的相反的制动表面之间的受控的相互作用确定了由摩擦而导致的制动作用，这使得车辆减速或停止

通常，制动盘由灰口铸铁制成。实际上，此材料允许以相对较低的成本获得良好的制动性能(特别是在抑制磨损方面)。由碳或碳陶瓷材料制成的制动盘可提供更好的性能，但是成本高得多。

铸铁制动盘的一个尚未克服的局限与制动盘的过大重量相关。

已经尝试通过制造具有保护涂层的铝制动盘来克服此问题。该保护涂层一方面用来减小制动盘磨损从而因此确保与铸铁制动盘类似的性能，另一方面用来保护铝基座免受制动时产生的高于铝的软化温度(200-400℃)的温度。

然而，目前可获得的、可应用于铝制动盘的并同时提供耐磨性的保护涂层，会遇到导致其从铝制动盘本身分离的脱落的问题。

例如，在专利US 4715486中描述了一个这种类型的保护涂层，该专利涉及一种低磨损盘式制动器。具体地，由铸铁制成的盘具有通过粒子形式的材料制成的涂层，使用高动能冲击技术在盘上沉积该涂层。根据第一实施例，涂层包含20％到30％的碳化钨以及5％的镍，剩余部分由碳化铬和钨的混合物构成。根据第二实施例，涂层包含80％到90％的碳化钨、高达10％的钴、高达5％的铬以及高达5％的碳。

已经发现，传统的保护涂层从铝或铝合金制动盘分离的一个主要原因是，在保护涂层中存在镍。

如果通过火焰喷涂技术来施用涂层，那么传统的保护涂层从铝或铝合金制动盘分离的第二个原因是，在保护涂层中存在游离碳。实际上，碳易于燃烧，从而与包含于所形成的保护涂层中的氧相结合。这导致在涂层内形成微气泡，这可能阻止涂层在制动盘上充分地粘结，使涂层易于分离。

从上文中显而易见的是，由铝或铝合金制成的涂覆的制动盘目前无法在制动系统领域中使用。

然而，考虑到使用铝来减小制动盘的重量所带来的优点，感觉在本领域中解决参考现有技术提到的问题的需求非常大。具体地，感受到了使铝制动盘具有能够增加制动盘的耐磨性同时增加抗性的保护涂层的需求。

盘式制动器的一个主要问题是，延长制动表面和制动垫的使用寿命。

众所周知，实际上，例如由于污物或制动过程中弄碎的与制动垫相同的摩擦材料(其在制动作用过程中介于制动表面和制动垫之间)的原因，会在制动表面中快速产生痕迹或其他的表面不规则。这些表面不规则会产生令人不适的噪音或嘎嘎声并相当大程度地增加制动盘及其制动垫的磨损。在实践中，这些缺点由于不足的服务舒适性和过大的部件磨损而会限制制动盘的使用寿命。

与由碳陶瓷材料制成的制动盘比较，在用传统材料制成的制动盘中以上磨损问题特别突出，例如灰口铸铁和铝或铝合金。

因此，特别感受到减小特别是如果由铝或灰口铸铁制成的制动盘的磨损以及制动垫的磨损的需求，以减轻以上缺点。

在制动盘侧面上，已经通过提供涂覆设计成用于提升耐磨性的保护材料的制动盘，解决了该问题。具体地，一种类型的保护涂层包括使用陶瓷粉末和粘结金属材料的混合物。

在制动垫侧面上，已经通过提供并测试不同类型的摩擦材料来以多种方式解决该问题。

一种类型的非常普遍的摩擦材料包括通过热模压获得的材料，该材料由纤维、研磨材料、润滑剂、金属材料以及可聚合的粘合剂(例如酚醛树脂)组成。

在US20060151268中描述了摩擦材料的一个实例。该摩擦材料包括铁纤维、铝纤维、锌纤维以及锡纤维。铁纤维体积量百分比在大约1％和大约10％之间。铝、锌和锡纤维的体积量百分比在大约1％和大约5％之间。摩擦材料没有元素铜，以防止铜在使用过程中释放至环境中。具体地，该摩擦材料包括大约11％的体积的石墨和/或焦炭，或仅包括大约6％的体积的石墨。该材料还包括大约3％的体积的氧化铝，或大约5％的体积的氧化锆。

众所周知，为了获得具有良好的摩擦性能且部件具有高耐磨性的制动系统，必须用制动垫的特征来校准制动盘的特征，反之亦然。通常，实际上，单独获得的部件(制动盘和制动垫)表现出非常好的性能(例如在耐磨性方面)，然后当组合使用时，如果不太差的话，可以得到中等的结果。

因此，特别感受到确定一种盘式制动器的需求，该盘式制动器提供良好摩擦性能并提高各个受到磨损和撕裂的部件(即，制动盘和制动垫)的性能。

发明内容

通过根据权利要求1所述的制造制动盘的方法以及通过根据权利要求12所述的用于盘式制动器的制动盘，来满足对设置有保护涂层的铝制动盘的需求，该保护涂层能够增加制动盘的耐磨性同时能够增加耐老化性。

具体地，通过一种制造具有保护涂层的由铝制成的制动盘的方法来满足这种需求，该方法包括以下操作步骤：

a)提供制动盘，所述制动盘包括制动带，该制动带由铝或铝合金制成且设置有两个相反的制动表面，每个制动表面至少部分地限定制动盘的两个主侧中的一个；

b)用HVOF(高速氧气燃料喷涂)技术或HVAF(高速空气燃料喷涂)技术或KM(动力金属喷涂)技术将粒子形式的材料沉积在制动盘上，以形成覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个的保护涂层。

该粒子形式的材料包括重量百分比为80％至90％的碳化钨、重量百分比为8％至12％的钴和重量百分比为2％至6％的铬。

根据该方法的一个优选实施例，该粒子形式的材料包括重量百分比为86％的碳化钨、重量百分比为10％的钴和重量百分比为4％的铬。

优选地，该粒子形式的材料的粒子的粒度在5和40μm之间。

根据该方法的一个可能的实施例，保护涂层具有20μm和100μm之间的厚度，特别是在20μm和80μm之间。

根据该方法的一个优选实施例，沉积步骤b)包括在相同表面上的该粒子形式的材料的两个或多个单独的沉积过程，以形成保护涂层。

具体地，沉积步骤b)包括直接在制动盘上沉积该粒子形式的材料以产生涂层的基底层的第一沉积步骤，和在该基底层上沉积该粒子形式的材料以产生终饰层(finishing layer)的第二沉积步骤。通过第一沉积过程沉积的粒子形式的材料的粒度大于通过第二沉积过程沉积的粒子形式的材料的粒度。

根据该方法的一个特殊实施例，通过第一沉积过程沉积的粒子形式的材料的粒度在30和40μm之间。通过第二沉积步骤沉积的粒子形式的材料的粒度在5和20μm之间。

具体地，保护涂层在终饰层处具有2.0至3.0μm的表面粗糙度Ra。

具体地，该涂层的基底层的厚度在该涂层的总厚度的2/4和3/4之间。终饰层的厚度在该涂层的总厚度的1/4和2/4之间。

根据该方法的一个可能的实施例，整个制动盘由铝或铝合金制成。

根据该方法的一个可能的实施例，保护涂层覆盖制动盘的整个表面。

根据该方法的一个具体的实施例，在沉积步骤b)中，所述粒子形式的材料至少基于所述保护涂层的厚度而以差异化的方式沉积在所述制动盘的表面上。

具体地，所述盘的每个主侧至少由与制动带的制动表面对应的第一环形部分限定，并且由第二环形部分限定，所述第二环形部分比第一环形部分更朝内并且限定盘与车辆的附接区域。在所述沉积步骤b)中，制造至少覆盖这两个部分的保护涂层。在所述第一环形部分上制造的涂层具有的厚度比在所述第二部分上制造的涂层所具有的厚度更大。

具体地，上述需要通过一种用于盘式制动器的制动盘1来满足，所述制动盘包括制动带2，所述制动带由铝或铝合金制成并且具有两个相反的制动表面2a和2b，每个制动表面至少部分限定所述盘的两个主侧中的一个。所述盘1具有保护涂层3，所述保护涂层覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个。该涂层由重量百分比为80％至90％的碳化钨、重量百分比为8％至12％的钴以及重量百分比为2％至6％的铬组成。通过使用HVOF技术或HVAF技术(高速空气燃料喷涂)或KM技术(动力金属喷涂)，在盘上沉积涂层的粒子形式的组分，从而获得所述涂层。

根据该制动盘的一个优选实施例，涂层3由重量百分比为86％的碳化钨、重量百分比为10％的钴以及重量百分比为4％的铬组成。

优选地，通过在制动盘上沉积粒度在5和40μm之间的粒子形式的所述成分，来获得该涂层。

根据该制动盘的一个特殊实施例，保护涂层具有20和100μm之间的厚度，更具体地在20和80μm之间。

根据该制动盘的一个特殊实施例，保护涂层由基底层和上部终饰层组成，所述基底层与盘直接相关联并且通过粒子形式的材料的第一沉积步骤而制成，所述上部终饰层设置在所述基底层上并且通过粒子形式的材料的第二沉积步骤制成。在第一沉积过程中沉积的粒子形式的材料具有的粒度比在第二沉积过程中沉积的材料所具有的粒度更大。。

具体地，在第一沉积过程中沉积的粒子形式的材料具有30至40μm的粒度，而在第二沉积过程中沉积的粒子形式的材料具有5至20μm的粒度。

具体地，保护涂层在终饰层处具有2.0至3.0μm的表面粗糙度Ra。

根据该制动盘的一个可能的实施例，基底层的厚度在该涂层的总厚度的2/4和3/4之间，而终饰层的厚度在该涂层的总厚度的1/4和2/4之间。

根据该制动盘的一个可能的实施例，整个制动盘由铝或铝合金制成。

根据该制动盘的一个可能的实施例，保护涂层覆盖制动盘的整个表面。

根据该制动盘的一个优选实施例，涂层在盘表面的不同区域中具有不同厚度。

具体地，所述盘的每个主侧至少由与制动带的制动表面对应的第一环形部分限定，并且由第二环形部分限定，所述第二环形部分比第一环形部分更朝内并且限定盘与车辆的附接区域。在所述第一环形部分上的保护涂层具有的厚度比在所述第二部分上制造的涂层更大。

通过根据权利要求19所述的制动盘来满足确定提供良好摩擦性能并提升各个受到磨损的部件(即，制动盘和制动垫)的性能的盘式制动器的需求。

具体地，通过以下盘式制动器来满足这种需求，所述盘式制动器包括：

-制动盘，包括制动带，该制动带设置有两个相反的制动表面，每个制动表面至少部分地限定制动盘的两个主侧中的一个；

-摩擦元件，该摩擦元件适合于被施加命令而与所述制动表面配合，以通过摩擦确定制动作用。

盘设置有保护涂层，该保护涂层覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个。该涂层由重量百分比为80％至90％的碳化钨、重量百分比为8％至12％的钴以及重量百分比为2％至6％的铬组成。通过使用HVOF(高速氧气燃料喷涂)技术或HVAF技术(高速空气燃料喷涂)或KM技术(动力金属喷涂)，在盘上沉积涂层的粒子形式的组分，从而获得所述涂层。

每个摩擦元件包括由重量百分比为10％至40％的研磨材料、重量百分比为8％至40％的润滑剂、重量百分比为5至30％的金属纤维、重量百分比为6％至18％的有机粘合剂以及重量百分比为10％至20％的无机填料组成的摩擦部分，配平组分(balance，平衡部分)由有机填料组成。

优选地，该摩擦部分由重量百分比为25％至30％的研磨材料、重量百分比为25％至30％的润滑剂、重量百分比为15％至20％的金属纤维、重量百分比为8％至15％的有机粘合剂以及重量百分比为10％至20％的无机填料组成，配平组分由有机填料组成。

该摩擦部分具有2g/cm³与3g/cm³之间的密度。优选地，该密度在2.60g/cm³与2.20g/cm³之间。

该摩擦部分具有不高于10％的孔隙度。

根据该盘式制动器的一个优选实施例，涂层3由重量百分比为86％的碳化钨、重量百分比为10％的钴和重量百分比为4％的铬组成。

优选地，通过在所述盘上沉积具有5与40μm之间的粒度的粒子形式的组分，来获得该涂层。

根据该盘式制动器的一个具体的实施例，保护涂层具有20μm至100μm之间的厚度。

根据盘式制动器的一个具体的实施例，所述保护涂层由基底层和上部终饰层组成，所述基底层与盘直接相关联并且通过粒子形式的材料的第一沉积步骤而制成，所述上部终饰层设置在所述基底层上并且通过粒子形式的材料的第二沉积步骤制成。在第一沉积过程中沉积的粒子形式的材料具有的粒度比在第二沉积过程中沉积的材料更大。具有更大粒度的第一沉积过程允许提高保护涂层的粘附力，而具有更小粒度的第二沉积过程允许减小孔隙度。

具体地，在第一沉积过程中沉积的粒子形式的材料具有30至40μm的粒度，而在第二沉积过程中沉积的粒子形式的材料具有5至20μm的粒度。

具体地，保护涂层在终饰层处具有2.0μm至3.0μm的表面粗糙度Ra。

根据该盘式制动器的一个可能的实施例，基底层的厚度在该涂层的总厚度的2/4和3/4之间，而终饰层的厚度在该涂层的总厚度的1/4和2/4之间。

根据该盘式制动器的一个可能的实施例，整个盘由铝或铝合金制成。

根据该盘式制动器的一个可能的实施例，保护涂层覆盖盘的整个表面。

根据该盘式制动器的一个优选实施例，涂层在盘表面的不同区域中具有不同厚度。

具体地，所述盘的每个主侧至少由与制动带的制动表面对应的第一环形部分限定，并且由第二环形部分限定，所述第二环形部分比第一环形部分更朝内并且限定盘与车辆的附接区域。在所述第一环形部分上制造的保护涂层具有的厚度比在所述第二部分上制造的涂层更大。

有利地，每个摩擦元件的摩擦部分具有大于20MPa的折断模数(rupture modulus)，用三点弯曲测试测量该折断模数。

有利地，每个摩擦元件的摩擦部分具有大于8GPa的弹性模数，用三点弯曲测试测量该弹性模数。

根据本发明的一个优选实施例，包含在摩擦部分中的研磨材料是具有粒度不超过60μm的粒子的形式的。

具体地，该研磨材料包括氧化铝和/或方镁石(periclase)的粒子。

根据本发明的一个优选实施例，该润滑剂是具有粒度在350μm和750μm之间的粒子的形式的。

具体地，该润滑剂包括石墨和/或焦炭(coke)。

根据本发明的一个优选实施例，该金属纤维包括铜纤维和/或铁纤维。

优选地，该有机粘合剂是酚醛树脂。

具体地，该无机填料包括重晶石(barite)和/或蛭石(vermiculite)。

具体地，该有机填料包括橡胶和/或芳族聚酸胺纤维。

优选地，通过在不小于250kg/cm²(优选地不小于550kg/cm²)的压力下模制，来获得每个摩擦元件的摩擦部分。

优选地，每个摩擦元件的摩擦部分经受不短于5分钟的一段时间的有机粘合剂的聚合热处理。

附图说明

从下面给出的本发明的优选的当非限制性的实施例的描述，能更加清楚地理解本发明进一步的特征和优点，在附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的盘式制动器的顶平面图；

图2示出了沿着图1中标示的剖面线II-II的图1中的制动盘的剖视图；

图3、图4和图5分别示出了根据本发明和根据两个不同的替代解决方案，在盘式制动器的制动盘的运行测试结束时的制动带的照片；

图6和图7分别示出了根据本发明和根据一个替代解决方案，在盘式制动器的制动盘的动力台架上进行的主AK测试(master AK test)结束时的制动带的照片。

以下描述的实施例之间公共的元件或元件的部件用相同的参考数字表示。

具体实施方式

参考以上附图，参考数字1总体上表示根据本发明的制动盘。

根据附图所示的本发明的一般实施例，制动盘1包括由铝或铝合金制成且设置有两个相对制动表面2a和2b的制动带2，每个制动表面至少部分地限定制动盘的两个主侧中的一个。

制动盘1设置有保护涂层，该保护涂层覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个。

该涂层由重量百分比为80％至90％的碳化钨、重量百分比为8％至12％的钴以及重量百分比为2％至6％的铬组成。

通过将该粒子形式的涂层的组分用HVOF技术，或者HVAF(高速空气燃料喷涂)技术或KM(动力金属喷涂)技术沉积在盘上，来获得该涂层。

为了简化描述，现在，根据本发明的制动盘1与方法同时描述。可以优选地但并非必须地使用现在描述的根据本发明的方法来制造制动盘1。

根据按照本发明的方法的一般实施例，该方法包括以下操作步骤：

a)提供制动盘，所述制动盘包括制动带2，所述制动带由铝或铝合金制成且设置有两个相反的制动表面2a和2b，每个制动表面至少部分地限定制动盘的两个主侧中的一个；

b)将粒子形式的材料沉积在盘上，以形成覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个的保护涂层3。

有利地，制动盘制造有适合于将制动盘附接至车辆的部分，该部分由布置在制动盘1的中央且与制动带2同心的环形部分4组成。附接部分4支撑连接到轮毂(即，钟状物)的连接元件5。钟状物可与环形附接部分制成一体(如附图所示)，或者，或者单独地制造然后通过合适的连接元件而附接至附接部分。

环形附接部分4可由铝或铝合金制成或者由另一合适的材料制成，并作为制动带。而且，钟状物5可由铝(或铝合金)或者另一合适的材料制成。具体地，整个盘(即制动带、附接部分和钟状物)可由铝或铝合金制成。

优选地，通过铸造铝或铝合金来制造制动带2。同样地，当由铝或铝合金制成时，可通过铸造来制造附接部分和/或钟状物。

环形附接部分可与制动带制成一体(如附图所示)，或者，该环形附接部分可制造成单独的本体，与制动带机械地连接。

优选地，在沉积步骤b)的前面是表面的预备步骤c)，在该准备步骤中要准备在其上制造保护涂层的表面。具体地，预备步骤c)包括使用适于去除油或污垢的溶剂清洗表面。优选地，预备步骤c)可以包括在盘的表面上的打磨动作，例如，砂磨或磨平。

根据本发明的一个必要方面，用HVOF技术或HVAF(高速空气燃料喷涂)技术或KM(动力金属喷涂)技术将该粒子形式的材料沉积在盘上。

这些对于本领域的技术人员来说众所周知的沉积技术，因此将不再详细描述。

HVOF是粉末的喷雾沉积技术，该技术使用具有混合和燃烧腔室以及喷嘴的喷雾装置。将氧气和燃料馈送给腔室。在接近1MPA的压力下形成的热燃烧气体穿过缩放型喷嘴，粉末材料达到高超音速(即，超过5马赫)。将要沉积的粉末材料注入到热气流中，在热气流中该材料快速熔化并且加速为约1000m/s。一旦碰到沉积表面，熔化的材料就快速冷却，并且由于高动能冲击，所以形成非常致密紧凑的结构。

HVAF沉积技术(高速空气燃料喷涂)与HVOF技术相似。不同之处在于，在HVAF技术中，将空气而非氧气馈送给燃烧室。因此，所涉及的温度低于HVOF的温度。这允许更好的控制涂层的热蚀变。

KM沉积技术(动力金属化)是固态沉积过程，其中，金属粉末通过双相声波沉积喷嘴喷射，这加速金属粒子并且将摩擦电荷提供给在惰性气体流内部的金属粒子。可以设想的是，将热能供应给输送流。在该过程中，压缩的惰性气体流的势能以及所供应的热能转化成粉末的动能。在加速到高速并且带电荷时，对着沉积表面引导粒子。金属粒子的高速碰撞造成粒子充分变形(在冲击的法向方向，大约80％)。这种变形造成粒子的表面面积大幅增大。因此，冲击造成粒子和沉积表面紧密接触，这导致形成非常致密并且紧凑的金属结合物以及涂层。

有利地，替代上面列出的具有相同的高动能冲击沉积技术的三种沉积技术，还可以使用其他技术，这些技术使用不同的沉积方法，但是能够生成具有非常致密并且紧凑的结构的涂层。

根据本发明的另一基本方面，该粒子形式的材料由重量百分比为80％至90％的碳化钨(WC)、重量百分比为8％至12％的钴(Co)以及重量百分比为2％至6％的铬(Cr)组成。

沉积技术HVOF、HVAF或KM以及用于形成涂层的化学成分的组合允许获得具有高粘结强度的保护涂层，这确保高度地锚固在铝或铝合金上。(与现有技术解决方案相比)不存在镍可大幅降低涂层与铝基或铝合金分离的危险。

有利地，该粒子形式的材料不包含镍(Ni)，优选地甚至连微量都没有。实际上已经发现，传统保护涂层与铝或铝合金制动盘分离的一个主要原因是保护涂层中存在镍。

有利地，粒子形式的材料不包含游离碳(C)，优选地甚至连微量都没有。实际上已经发现，在使用火焰喷涂技术施加涂层的情况下，那么传统保护涂层与铝或铝合金盘分离的第二个原因是在保护涂层内具有游离碳。实际上，碳易于燃烧，从而与包含在形成的保护涂层内的氧气相结合。这造成在涂层内部形成微泡，这可以阻止涂层足够地粘附至所述盘，易于使涂层从盘分离。

另外，该涂层具有高耐磨性。通过将根据本发明的制动盘与由灰口铸铁制成的传统制动盘进行比较来执行的实验性测试已经表明，在同样的测试条件下，根据本发明的制动盘具有比传统制动盘长得多的使用寿命。对于相同尺寸，铝制动盘的重量大约是灰口铸铁的制动盘的一半。

优选地，该粒子形式的材料由重量百分比为86％的碳化钨、重量百分比为10％的钴以及重量百分比为4％的铬组成。

此特殊组分允许在耐磨性和与铝的粘结性方面具有最好的结果。

优选地，该粒子形式的材料的粒子的粒度在5和40μm之间。选择此范围的值允许使涂层具有高密度、高硬度和受限制的孔隙度的特征。

保护涂层3覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个。优选地，如图2所示，盘1设置有覆盖制动带2的两个制动表面2a和2b的保护涂层3。

具体地，涂层3可仅在一个制动表面上覆盖制动带，或在两个制动表面上覆盖制动带。

根据附图中未示出的实施例，保护涂层3还可延伸至制动盘1的其他部件，如环形附接部分4与钟状物5，以覆盖制动盘1的整个表面。具体地，除了制动带以外，涂层还可以仅仅覆盖附接部分或者仅仅覆盖钟状物。这种选择仅从审美考虑而定，以便在整个盘上或者在其部分上具有均匀的颜色和/或终饰层。

优选地，保护涂层具有20μm和80μm之间的厚度。选择此范围的值允许在保护涂层的磨损与其热膨胀之间良好地折衷。换句话说，如果保护涂层的厚度小于20μm，那么在磨损的情况中将会出现将保护涂层完全去除。另一方面，由于在制动盘的使用寿命过程中出现的热膨胀的原因，大于80μm的厚度会导致不完美的粘结。

有利地，可以至少按照涂层的厚度以差异化的方式在盘的表面上施加用于形成涂层的粒子形式的材料沉积。

优选地，在制动带上制造的保护涂层具有的厚度比在盘的其他部分上制造的涂层更大。与制动带的部分不同的部分上的涂层可以具有20到80μm的厚度。

在制动带处，可以在两个相反的制动表面上制造具有相同厚度的保护涂层。可以提供替换的解决方案，其中，在制动带的两个制动表面上制造厚度不同的涂层。

根据该方法的一个特别优选的实施例，沉积步骤b)包括在相同的表面上的粒子形式的材料的两个或多个分离的沉积过程，以形成保护涂层。

更详细地，以上沉积步骤b)包括：

-粒子形式的材料的第一沉积步骤，以直接在盘上产生涂层的基底层；以及

-粒子形式的材料的第二沉积步骤，以在基底层上产生终饰层。

将沉积步骤分成两个或多个过程特别地允许至少在用于不同的过程中的粒子形式的材料的粒度方面的差异化。这就使沉积步骤更灵活。

有利地，在第一沉积过程中沉积的粒子形式的材料具有的粒度比在第二沉积过程中沉积的材料更大。具体地，在第一沉积过程中沉积的粒子形式的材料具有30到40μm的粒度，而在第二沉积过程中沉积的粒子形式的材料具有在5到20μm的粒度。

分别在两个单独的沉积过程中实现涂层，将更粗糙的粒度用于基底层并且将更精细的粒度用于形成终饰层，使得获得这样一种涂层成为可能，该涂层在沉积结束时已经具有期望的表面处理特征，无需在涂层的表面上修改和/或执行其他表面处理操作。在第二过程内沉积的粒子将填充基底层的粗糙的表面。有利地，通过调整在第二过程内沉积的粒子的粒度，可以调整涂层的表面处理的程度。

具体地，将具有30到40μm的粒度的粒子用于第一过程并且将具有5到20μm的粒度的粒子用于第二过程，保护涂层在终饰层上具有2.0到3.0μm的表面粗糙度Ra。

共同地，具有粒子形式的材料的HVOF、HVAF或KM沉积技术，所使用的化学组分，以及用多个步骤的沉积方法的组合使得够获得这样一种涂层成为可能，该涂层具有的有限等级的表面粗糙度特别适于制动盘1用途的目的。

优选地，涂层的基底层具有的厚度为涂层的总厚度的2/4到3/4，而终饰层具有的厚度为涂层的总厚度的1/4到2/4。

从说明书中可以理解的是，根据本发明的制动盘能够克服现有技术的缺点。

根据本发明的制动盘1兼具轻盈性(由于使用了铝或铝合金)、耐磨性(由于使用了所述组分的混合物)和耐久性。

具体地，盘1具有保护涂层(该涂层至少覆盖制动带)，该涂层具有：

-高结合力，这确保了高度地锚固至盘；

-高耐磨性；

-有限的表面粗糙度；

-高密度；

-高硬度；以及

有限的孔隙度。

没有镍可大幅降低涂层与铝基或铝合金分离的危险。

制动盘1的制造也是经济的。

本发明的目的还涉及一种盘式制动器，其包括：

-制动盘1，该制动盘包括制动带2，该制动带设置有两个相反的制动表面2a，2b，每个制动表面至少部分地限定制动盘的两个主侧中的一个；以及

-摩擦元件，适于接收命令而与制动表面2a，2b配合，以通过摩擦确定制动作用。

根据上述内容来制造制动盘1。

如将在以下继续描述的，制造的如上所述制动盘1的涂层的抗性特征(以及由此，具体地是制动盘1的耐磨性)，通过与将在下面详细描述的本发明的目标的摩擦元件组合使用，被协作地增强。

根据本发明，每个摩擦元件(其具体地是衬垫的形式)包括由以下成分组成的摩擦部分：

-重量百分比为10％至40％的研磨材料；

-重量百分比为8％至40％的润滑剂

-重量百分比为5％至30％的金属纤维；

-重量百分比为6％至18％的有机粘合剂；

-重量百分比为10％至20％的无机填料；

-百分比配平组分是有机填料。

优选地，该摩擦部分由重量百分比为25％至30％的研磨材料、重量百分比为25％至35％的润滑剂、重量百分比为15％至20％的金属纤维、重量百分比为8％至15％的有机粘合剂和重量百分比为10％至20％的无机填料组成，配平组分由有机填料组成。

根据一个特别优选的实施例，研磨材料是具有不超过60μm的粒度的粒子形式的。已经发现，选择使用具有以上粒度的研磨粒子对于实现制动盘1的摩擦性能和磨损之间的平衡来说特别重要。

优选地，研磨材料包括氧化铝和/或方镁石的粒子。

根据一个特别优选的实施例，氧化铝和方镁石都存在于摩擦部分中。具体地，方镁石的粒度大于氧化铝，例如，方镁石大约40μm的粒度，氧化铝大约30μm的粒度。

根据一个特别优选的实施例，润滑剂是具有350μm和750μm之间的粒度的粒子形式的。

优选地，该润滑剂包括石墨和/或焦炭。

根据一个特别优选的实施例，石墨和焦炭都存在于摩擦部分中。具体地，石墨的粒度大于焦炭，例如，石墨大约600μm的粒度，焦炭大约400μm的粒度。

优选地，金属纤维包括铜纤维和/或铁纤维。在一种特别优选的方式中，摩擦部分包括铜纤维和铁纤维。

优选地，铜纤维的重量百分比不大于5％重量百分比。在此特殊情况中，铁纤维的重量百分比大于5％。

在摩擦部分还可设置，海绵铁(sponge iron)，其与铁纤维结合或作为铁纤维的一种替代方式。

优选地，有机粘合剂是酚醛树脂。

优选地，无机填料包括重晶石和/或蛭石。在一种特别优选的方式中，摩擦部分包括重晶石和蛭石。具体地，重晶石的重量百分比大约是蛭石的重量百分比的两倍。例如，重晶石重量百分比为大约是10％，而蛭石重量百分比为大约是5％。

优选地，有机填料包括橡胶和/或芳族聚酸胺纤维。在一种特别优选的方式中，摩擦部分包括橡胶(优选地是具有大约1mm的粒度的粒子形式的)和芳族聚酸胺纤维。具体地，橡胶的重量百分比大约是芳族聚酸胺纤维的重量百分比的两倍。例如，橡胶重量百分比为大约是4％，而芳族聚酸胺纤维重量百分比为大约是1％。

优选地，根据以下工序来制造摩擦元件的摩擦部分：

a)获得以下成分尽可能均匀的混合物：研磨材料；润滑剂；金属纤维；有机粘合剂；无机填料；以及有机填料；

b)将该混合物压入热模具以获得预成型的摩擦部分。在三个初始脱气循环之后，必须以连续方式施加压力，以完成有机树脂的聚合；

c)在200℃和280℃之间的温度下，在静态炉中对摩擦部分进行后固化处理以及任何其他设计为用于改进摩擦材料的摩擦特性的表面热处理，以对摩擦部分进行表面处理。

在摩擦元件是衬垫形式的特殊情况下，摩擦部分可在模制(挤压)步骤b)处已经与支撑板(其具体地是由金属或塑料材料制成)相关联，或者，该摩擦部分可在模制(挤压)步骤b)之后通过胶粘或机械连接与支撑板相关联。

具体地，在150℃和预定压力下执行模制步骤b)。

根据一个特别优选的实施例，在不小于250kg/cm²的压力下实施模制步骤b)，优选地不小于550kg/cm²。

具体地，在130℃和170℃之间的温度下执行模制步骤b)。

有利地，实施模制步骤b)的时间不少于5分钟，以允许有机粘合剂聚合。

摩擦部分具有2与3g/cm³之间的密度，每个摩擦元件的摩擦部分都具有2.20与2.60g/cm³之间的密度。

摩擦部分具有不高于10％的孔隙度。

根据本发明的摩擦材料的特征是，与标准摩擦材料相比具有更低的密度和更低的孔隙度。通常，实际上，传统的摩擦材料具有2.5与3.5Kg/cm³之间的密度以及10％和25％之间的孔隙度。

该更低的密度特别是与以下事实相关：与传统材料相比，根据本发明的摩擦材料在高密度下具有更低的组分重量含量，特别是金属和重晶石。

该低孔隙度可能是由于本发明中提供的模制步骤中的高模制压力，高于通常提供100与200Kg/cm²之间的值的生产标准。

有利地，每个摩擦元件的摩擦部分具有大于20MPa的折断模数。

有利地，每个摩擦元件的摩擦部分具有大于8GPa的弹性模数。

因此，根据本发明的摩擦材料具有高机械特征，其具有最大值或其具有的值高于市场上能发现的值。

该折断模数稍高于传统摩擦材料的平均值(15与20MPa之间的值)，而弹性模数明显更高。换句话说，这表明根据本发明的摩擦材料是更硬的材料。实际上，对于弹性模数来说，传统材料具有范围在4GPa和8GPa之间的值。

通常，在摩擦材料中使用金属纤维以增强机械特征。根据本发明的摩擦材料具有更好的机械特征(折断模数和弹性模数)，尽管在重量百分比上具有更少量的金属纤维。这可能归因于根据本发明的材料的更低的孔隙度。

根据本发明的盘式制动器的特征是，制动盘1和上述摩擦元件的组合表现出良好的摩擦耦接，具有均一的性能和非常有限的磨损。

以下是所执行的实验性测试的结果。

对以下系统进行试验台测试：

-具有根据本发明的保护涂层并且具有用根据本发明的材料制造的摩擦部分的制动垫的铝制动盘1(在下文中叫做系统A)；

-具有根据本发明的保护涂层以及传统制动垫的铝制动盘1(在下文中叫做系统B)；

-没有涂层但具有用根据本发明的材料制造的摩擦部分的制动垫的铝制动盘1(在下文中叫做系统C)。

具体地，根据上述优选实施例来制造该保护涂层。而且，根据上述优选实施例来制造该摩擦材料。

将被提供作为具有铸铁制动盘的车辆上的标准材料用作参考摩擦材料。这种材料的特征是上述典型范围内的孔隙度和机械特性。

执行两种类型的测试：运行测试和动态台架上的主AK测试。

用以下工序来进行该运行测试：

100次制动动作；初始速度60km/h且结束速度10km/h；制动盘的初始温度＝60℃；减速度0.3g；旋转方向是前向。该运行测试的目的是在摩擦系数方面用新制动盘-制动垫验证效率。然后检查制动盘和制动垫的磨损和撕裂。最后，进行制动盘的视觉外观检查。

表1示出了运行测试结束时的结果。图3、图4和图5分别示出了涉及制动带在系统A、B和C的运行测试之后的状态的照片。应注意，在运行测试结束时，系统C表现出制动盘的较差状态和制动垫的完全磨损。

表1

根据具有用于限制最大温度的修正的SAE-J2522方法在动态台架处进行主AK测试。

将该主AK测试设计为在不同条件(温度和能量负载)中测试该、系统的性能。然后检查制动盘和制动垫的磨损和撕裂。最后，进行制动盘的视觉外观检查。

表2示出了主AK测试结束时的结果。系统C由于运行测试之后制动盘的状态较差且制动垫完全磨损而未进行测试。图6和图7分别示出了涉及制动带在系统A和B的运行测试之后的状态的照片。应注意，在主AK测试结束时，系统B在测试结束时在涂层中表现出裂缝。

表2

这些测试表明，根据本发明的制动盘(系统A)在制动盘和制动垫之间表现出良好的摩擦耦接，具有均一的性能(μ的平均值是令人满意的)以及非常有限的磨损。具体地，与系统B相比，根据本发明的系统A具有稍微更高的制动盘的磨损级别，但是具有低得多的垫的磨损级别。

具体地，应注意，根据本发明的制动盘1和制动垫(系统A)之间的耦接是在耐磨性方面是提供更好性能的耦接。

实际上，在系统C的情况中，即，在根据本发明的垫与非涂覆铝制动盘的耦接的情况中，应注意，根据本发明的垫在运行测试之后表现出较差的表现。实际上，发现该垫完全磨掉。

在系统B的情况中，即，在传统垫与具有保护涂层的根据本发明的铝制动盘1的耦接的情况中，应注意，在主AK测试结束时，虽然制动盘1未磨损，但是在涂层中具有裂缝，该裂缝暴露了制动盘，在短时间内使涂层和制动盘分离，然后性能快速变差。

仅在系统A的情况中(根据本发明的盘1和根据本发明的垫之间的耦接，制动盘磨损(减小)和制动垫磨损(不存在)与保持涂层完整之间具有良好的折衷。

如可从说明书中理解的，根据本发明的制动盘允许克服现有技术的缺点。

特征是，通过制动盘1和上述摩擦元件的组合，根据本发明的盘式制动器表现出良好的摩擦耦接，并具有均一的性能和非常有限的磨损。

具体地，根据本发明的耦接可增强经受磨损的各个部件(即制动盘和制动垫)的性能。

具体地，当与根据本发明的制动垫组合使用时，根据本发明的制动盘1兼具轻盈性(如果其由铝或铝合金制成)、耐磨性和耐久性。

具体地，制动盘1设置有保护涂层(其至少覆盖制动带)，该保护涂层具有：

-高粘结强度，这可确保高度地锚固在制动盘上；

-高耐磨性；

-在高温下(已在高达500℃的温度下对该保护涂层进行了测试)工作的能力；

-有限的表面粗糙度级别；

-高密度；

-高硬度；以及

-有限的孔隙度。

如果由铝或铝合金制成，那么不存在镍可大幅降低涂层分离的危险。

此外，制动盘1的制造也是经济的。

根据本发明的摩擦材料的物理特性(密度和孔隙度)优于传统材料的物理特性。

根据本发明的摩擦材料的机械特性(折断模数和弹性模数)也高于传统材料的机械特性，同时具有重量百分比含量更低的金属纤维和重晶石。

本领域的技术人员可以对制造制动盘的方法以及上述制动盘进行多种修改和变型，以便满足可能的以及具体的要求，但同时依然在由所附权利要求限定的本发明的保护范围内。

Claims (19)

1.一种制造制动盘的方法，所述方法包括以下操作步骤：

a)提供制动盘，所述制动盘包括制动带(2)，所述制动带由铝或铝合金制成且设置有两个相反的制动表面(2a，2b)，每个所述制动表面至少部分地限定所述制动盘的两个主侧中的一个；

b)用HVOF(高速氧气燃料喷涂)技术、或者HVAF(高速空气燃料喷涂)技术或KM(动力金属喷涂)技术将粒子形式的材料沉积在所述制动盘上，以形成覆盖所述制动带的两个制动表面中的至少一个制动表面的保护涂层(3)，所述粒子形式的材料由重量百分比为80％至90％的碳化钨、重量百分比为8％至12％的钴以及重量百分比为2％至6％的铬组成。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粒子形式的材料由重量百分比为86％的碳化钨、重量百分比为10％的钴以及重量百分比为4％的铬组成。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述粒子形式的材料的粒子的粒度在5至40μm之间。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述保护涂层具有20μm至80μm的厚度。

5.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，其中，沉积步骤b)包括所述粒子形式的材料在相同表面上的两个或更多个单独的沉积过程，以形成所述保护涂层。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，沉积步骤b)包括所述粒子形式的材料的第一沉积过程，从而直接在所述制动盘上产生所述保护涂层的基底层，以及所述粒子形式的材料的第二沉积过程，从而在所述基底层上产生终饰层，在所述第一沉积过程中沉积的所述粒子形式的材料的粒度大于在所述第二沉积过程中沉积的所述粒子形式的材料的粒度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述第一沉积过程中沉积的所述粒子形式的材料具有30至40μm的粒度，而在所述第二沉积过程中沉积的所述粒子形式的材料具有5至20μm的粒度。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述保护涂层在所述终饰层处具有2.0至3.0μm的表面粗糙度Ra。

9.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，其中，整个所述制动盘由铝或铝合金制成。

10.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，其中，在沉积步骤b)中，所述粒子形式的材料至少基于所述保护涂层的厚度而以差异化的方式沉积在所述制动盘的表面上。

11.根据权利要求11所述的方法，其中，所述制动盘的每个主侧至少由与所述制动带的制动表面对应的第一环形部分(2)限定，并且由第二环形部分(4)限定，所述第二环形部分比所述第一环形部分更朝内并且限定所述制动盘与车辆的附接区域，在沉积步骤b)中，形成至少覆盖这两个部分的保护涂层，在所述第一环形部分上形成的涂层具有的厚度比在所述第二环形部分上形成的涂层所具有的厚度更大。

12.一种用于盘式制动器的制动盘，所述制动盘包括制动带(2)，所述制动带由铝或铝合金制成并且具有两个相反的制动表面(2a、2b)，每个所述制动表面至少部分地限定所述制动盘(1)的两个主侧中的一个，所述制动盘具有保护涂层(3)，所述保护涂层覆盖所述制动带的两个所述制动表面中的至少一个，所述保护涂层由重量百分比为80％至90％的碳化钨、重量百分比为8％至12％的钴以及重量百分比为2％至6％的铬组成，通过使用HVOF技术、或HVAF(高速空气燃料喷涂)技术或KM(动力金属喷涂)技术在所述制动盘上沉积所述保护涂层的粒子形式的组分，获得所述保护涂层。

13.根据权利要求12所述的制动盘，其中，所述保护涂层由重量百分比为86％的碳化钨、重量百分比为10％的钴以及重量百分比为4％的铬组成。

14.根据权利要求12或13所述的制动盘，其中，通过在所述制动盘上沉积粒度在5至40μm的所述粒子形式的组分，获得所述保护涂层。

15.根据权利要求12、13或14所述的制动盘，其中，所述保护涂层具有20μm至80μm的厚度。

16.根据权利要求12至15中一项或多项所述的制动盘，其中，所述保护涂层由基底层和终饰层组成，所述基底层与所述制动盘直接相关联并且通过粒子形式的材料的第一沉积过程制成，所述终饰层设置在所述基底层上并且通过粒子形式的材料的第二沉积过程制成，在所述第一沉积过程中沉积的所述粒子形式的材料具有的粒度比在所述第二沉积过程中沉积的所述粒子形式的材料所具有的粒度更大。

17.根据权利要求16所述的制动盘，其中，所述保护涂层在所述终饰层处具有2.0至3.0μm的表面粗糙度Ra。

18.根据权利要求12至17中一项或多项所述的制动盘，其中，所述保护涂层在所述制动盘的表面的不同区域内具有不同的厚度。

19.一种盘式制动器，包括：

-制动盘(1)，所述制动盘包括制动带(2)，所述制动带设置有两个相反的制动表面(2a，2b)，每个所述制动表面至少部分地限定所述制动盘的两个主侧中的一个；

-摩擦元件，所述摩擦元件适合于接受命令而与所述制动表面(2a，2b)配合，以通过摩擦确定制动作用，

其特征在于，所述制动盘(1)设置有保护涂层(3)，所述保护涂层覆盖所述制动带的两个制动表面中的至少一个，所述保护涂层由重量百分比为80％至90％的碳化钨、重量百分比为8％至12％的钴以及重量百分比为2％至6％的铬组成，用等离子喷涂的HVOF(高速氧气燃料喷涂)技术、或HVAF(高速空气燃料喷涂)技术或KM(动力金属喷涂)技术在所述制动盘上沉积所述保护涂层的粒子形式的组分，获得所述保护涂层，并且，每个摩擦元件包括由重量百分比为10％至40％的研磨材料、重量百分比为8％至40％的润滑剂、重量百分比为5％至30％的金属纤维、重量百分比为6％至18％的有机粘合剂以及重量百分比为10％至20％的无机填料组成的摩擦部分，配平组分由有机填料组成，所述摩擦部分具有2至3g/cm³的密度以及不大于10％的孔隙度。