CN105299103A - 用于生产制动盘的方法及制动盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产车辆的制动盘的方法。为了该目的，在制动盘的主体(2)上形成釉质涂层(12)。根据本发明，该方法至少包含以下步骤：-粗糙化主体(2)的表面(9)的至少一个或一些区域，-形成金属涂层(10)，其可以在主体(2)的表面(9)的粗糙化区域的一个或一些区域上冶金结合到主体(2)，-将釉浆施加到主体(2)的表面(9)的至少一些区域上，-干燥施加的釉浆，-加热提供有金属涂层(10)及干燥的釉浆的主体(2)以形成釉质涂层(12)并将金属涂层(10)冶金结合到主体(2)上。本发明另外涉及一种用于车辆的制动盘，该制动盘具有主体(2)，其具有设置在至少一个或一些区域中的釉质涂层(12)。根据本发明，除了釉质涂层(12)，另外在主体(2)的表面(9)上的至少在一个或一些区域中形成金属涂层(10)，其中金属涂层(10)冶金结合到主体(2)上。

Description

用于生产制动盘的方法及制动盘

说明书

本申请涉及一种用于制造用于车辆的制动盘的方法以及一种根据权利要求8的前序部分的用于车辆的制动盘。

在车辆，尤其是机动车辆上，制动盘形成可能最广泛使用的制动系统类型。盘式制动器实质上由制动盘及安装在制动盘周围边缘的制动钳组成。在该设置中，制动盘连接到车轮以通过可旋转地支承在车桥轴头中的轮毂制动。相反，制动钳固定在车桥轴头上。通过制动衬块获得实际的减速，该制动衬块可以抵靠制动盘并且设置在制动盘的两侧，处在后者与制动钳之间。

根据本申请，制动盘可以由铁或可选择地由碳陶瓷或铝构成。尽管由铁尤其由灰口铸铁生产的制动盘被非常广泛地使用，他们具有公知的表面锈蚀问题。另外，有时结合铝轮辋会有破坏性影响，在制动过程中变得分离的热铁粒子可以灼烧进入该轮辋表面至显著程度。

总得来说，制动盘应该具有表现出尽可能少的磨损并几乎不释放微尘的制动表面。为了实现这一点，目标是使表面尽可能坚硬。因此，例如，在铝制动盘的情况中，例如，相应地添加碳化硅(SiC)，这在表面上沉积成抗磨损保护层。然而，由非铁材料生产制动盘在某些情况下是困难的并且通常是昂贵的。

使用热喷涂可以获得这一保护层的另一形式的实施例。在这种情况下，将要应用到制动盘的主体表面上的材料预先通过热作用进行软化并通过气流以单个粒子的形式被加速。当粒子进行接触时，形成纯机械结合，主体表面不会熔融。该材料可以是金属以及氧化物陶瓷或碳化物材料。除了高成本以外，这里的优势尤其是这一保护层的耐久性。因此，表面通过喷砂尤其是刚玉喷砂仅仅中度粗糙化通常是可行的，但是这不会导致持久的机械结合。具体地，例如，当硬质铸铁(灰口铸铁，GG)用于主体时，本身优越的燕尾粗糙化是不可行的。

在源自本申请人的在先申请DE102013221737.4中，公开了一种设想在其摩擦表面上设置氧化物釉质涂层的用于生产制动盘的方法。该涂层烧制到制动盘的基础材料中以通过相形成获得冶金结合。在其设置中，釉质涂层作为抗磨损及抗腐蚀层起作用。然而，这里应该注意的是以这种方式得到保护的制动盘上的热应力受限制。这一原因是氧化物釉质涂层的玻璃转变温度接近650℃。如果通过要求制动操作达到相应温度，该釉质涂层可能开始变形和/或流动。这实质上由于进入与摩擦表面的接触的制动衬片的高的表面压力同时结合釉质涂层的软化。

因此，公知的是由制动过程引起的制动盘温度可以轻易地达到700℃的水平。为了测试制动盘，因此现在其必须通过“汽车马达运动测试”(AMS)。这指定了10个连续快速的制动循环，其中将配备待测试的制动盘的车辆交替地加速至115km/h并且然后以最大的制动力制动至停止。

DE102005022264A1和DE102006050985A1公开了在钢制基底上形成NiCrBSi涂层的可行性。为了该目的，建议将金属粉末与含水釉浆混合，例如，其中形成的混合物通过喷涂或浸渍施加到基底的表面上。在随后的干燥过程中，除去混合物中的水组分，基于此将如此制备的基底加热至1040℃到1060℃。以这种方式带来的混合物的烧结可以在加热炉中或通过明火或通过感应线圈完成。与通过简单施加的其他涂覆方法相反，这里实质上应该在涂层与基底的表面之间形成冶金结合。与其他传统喷射涂层相反，这给出了一种不允许表面下的腐蚀破坏的焊接连接。

然而，与制动盘关联的由上述公开所披露的涂层必需被认为是危险的，因为存在与健康相关的对制动过程中释放的镍粉尘(细粉尘)的合理保留意见。因此，在其他情况下将是有利的这样的涂层不适合制动盘。

现有技术中公知的其他方法总体上设想在各组分的表面上形成本身是有利的氧化层。这有助于抗磨损性的增加并且提供防止进一步腐蚀的阴极保护。为了该目的，组分自身的材料经受适合的过程，通过该过程可以形成基于各自材料的期望的氧化层。

由于制动盘是大量生产的耗损部件，它们主要由铁制造，尤其是灰口铸铁。然而，这里趋于不希望氧化铁的形成。这是由于铁基氧化物的形成导致随时间破坏制动盘的腐蚀过程。除了由于即使轻微的浅表锈蚀的外观劣化外，这常常导致表现为令人不快的振鸣声的声音劣化。

先前公知的基于电解或喷涂方法的涂层现在不允许生产永久的抗磨损并抗腐蚀的制动盘的可能性，尤其是灰口铸铁制动盘。这还适用于充分减速所需的所述制动盘最佳摩擦系数。鉴于引用的现有技术，仍然有许多改善大量生产的整体上更耐用的制动盘的简单制造的空间。

鉴于这一背景技术情况，本发明的根本目的是提供一种用于生产制动盘的方法以及一种用于车辆的制动盘，该制动盘允许容易集成到现有工艺中的低成本制造，其中制动盘本身满足其长时间可靠运行的所有需求。

通过权利要求1的措施解决与方法相关的部分目的。通过具有权利要求8的特征的制动盘实现与装置有关的部分目的。另外，通过各自的从属权利要求公开了本发明特别有利的实施例。

应该注意的是下面的说明书中单独呈现的特征和措施可以以任何技术上有意义的方式结合并且给出本发明的其他实施例。另外说明书尤其结合附图描述并说明了本发明。

根据本发明，下面呈现了用于生产用于车辆的制动盘的方法，其中在制动盘的主体上形成有釉质涂层。

根据本发明，生产至少包括以下步骤：

-粗糙化主体表面的至少一个或一些区域，

-形成金属涂层，该涂层可以在主体表面的粗糙化区域的一个或一些区域冶金结合到主体上，

-将釉浆施加到主体表面的至少一个或一些区域上，

-干燥施加的釉浆，

-加热具有金属涂层及干燥的釉浆的主体以形成釉质涂层并将金属涂层冶金结合至主体。

产生的优点在于金属涂层与釉质涂层的有利特性的结合。这里，金属涂层实质上作为抗磨损涂层起作用，而釉质涂层作为抗腐蚀涂层。这里应该提及的是金属涂层由于其可靠地防止主体的任何锈蚀同样地同时作为抗腐蚀涂层起作用。因此，由于缺乏锈蚀敏感性，甚至在延长使用寿命之后，视觉劣化及导致噪音的劣化(降低磨削噪音)两者均可以被可靠地消除。

作为优先选择，金属涂层可以是基于Fe或FeCr的合金。另外该金属涂层还可以由FeCrMn钢形成。

作为特别优先的选择，金属涂层可以是FeCrBSi涂层。这一类型的FeCrBSi涂层可以是“自流动”合金。其特性确保当达到熔点时通过液相烧结熔融并凝结。其熔点然后进一步升高，由于例如硅(Si)这样的低熔点的元素通过扩散被分散和/或稀释。

因此，通过金属涂层形成抗腐蚀和/或抗磨损层或涂层，通过其冶金结合显著提高该涂层在主体上的粘附。以这种方式，可靠地防止金属涂层例如通过浅表腐蚀的任何底蚀。

例如，通过釉浆在840℃温度下10到20分钟的加热(烧结)也可以同时提高金属涂层的质量。以这种方式，主体可以被带入恒定的退火温度，其中釉浆熔融并结合到由铸铁生产的主体的表面上。可观察到的结果是通过加热过程显著提高了涂层的粘附强度及层质量。因此，可以可靠地防止操作过程中尤其釉质涂层的任何分离及剥落。

根据要求，使用的釉浆可以是具有与期望的烧结温度一致的熔点的一种。

在根据本发明的意义上，浆料或釉浆是指用于将被施加的釉质涂层的起始材料。在这种情况下，其优选地可以是具有液态、泥浆状或粘滞稠度的矿物质混合物形式的本体，并且以适合的方式施加到顶部区域的一个或多个粗糙部分。

例如，关于施加手段的使用，可以想到用于施加的接触方法或不接触方法。因此，例如，可以借助涂布辊或涂布刷施加釉浆。另外，例如，可以通过喷涂，尤其通过无气喷涂完成施加。如果合适，主体的至少部分浸渍到釉浆中也是可以想到的。

作为特别优先的选择，金属涂层的设置至少可以延伸至彼此背对的制动盘摩擦环的摩擦表面上，或可以在其上减少。摩擦表面是旨在与可以与他们抵靠放置的制动衬片接触的主体的那些环形表面。因此，主体表面的一个或多个粗糙化区域可以限定为将要配备金属涂层的那些部分。借助金属涂层，没有损害健康的关于上面已经讨论的镍释放的磨损。通过金属涂层的抗腐蚀及抗磨损行为，现在可行的是通过这一方式获得制动盘长的使用寿命。

至于釉质涂层，其可以优选地延伸至不具有金属涂层的主体部分上。因此，作为腐蚀保护的釉质涂层的具体优点在于其甚至能到达不易直接接近的主体的区域的能力。这在通风制动盘、具体地内部通风制动盘的情况下是有利的。这一类型的制动盘通常具有两个平行间隔开的外部盘，在其中每一个上设置其中一个摩擦表面。在该设置中，外部盘通过在它们之间延伸的肋板彼此连接。从而产生主体的大的表面区域以便向周围环境释放制动期间产生的热。

这里，借助其优选是水样稠度的流体稠度，釉浆可以轻易地润湿外部盘和肋板之间的区域。随后的加热因此能够有利地使釉质涂层在否则不能直接接近的这些区域内形成作为腐蚀保护。

釉浆另外可以优选地施加到摩擦环和主体的凸出接触表面(帽)之间的过渡区域。这里，可以在主体表面没有任何掩盖的情况下施加釉浆，并且因此极有可能在摩擦表面的釉质涂层及金属涂层之间形成例如几毫米宽的重叠。

根据本发明基本构思的有利发展，可以通过热涂覆方法形成金属涂层。作为特别优先的选择，公知的高速火焰喷涂工艺(HVOF)可以用于该目的。在该工艺中，可以在高速下施加适合的涂层粉末，例如FeCrBSi粉末，以在将要涂覆的主体的表面区域形成薄层。

作为替换的或另外，例如，热喷涂方法当然也可以是等离子喷涂、火焰粉末喷涂或线材电弧喷涂方法。与通常利用粉末进行的施加方法相比，线材形式的适合填料也可以用于以后的方法中。

本发明另外设想金属涂层形成为厚度为从150μm到350μm的层。将要选择的层厚度是本领域技术人员所关注的问题，例如，基于金属涂层的精加工的可能性，该技术人员旨在选择更大的层厚度。因此，如果不打算执行任何进一步的表面加工，例如，层厚度可以是150μm。相反，如果金属涂层将经历随后的精加工以调整和/或改善其表面精细度，层厚度可以高达350μm。

根据本发明的优选措施，为了粗糙化主体，可行的是向将要涂覆的其表面区域引入锚定线。锚定线的意思是指切入表面的结构，允许形成涂层的锚定。作为可替换的或另外，将要涂覆的表面区域可以借助喷砂进行预处理。刚玉喷砂优选地用于该目的以便适当地激活主体的表面。无论哪种情况，主体的表面处理用于改善涂层和主体之间的结合。

本发明优选地设想施加的釉浆的干燥可以在加热炉内进行。以这种方式，干燥过程及因此整个制造过程可以被加快。另外，以这种方式控制干燥的能力能够精确地定义干燥时间并且在时间上精确地配合其他措施。作为尤其优先选择，干燥可以在90℃下进行。

根据本发明的特别有利的发展，具有金属涂层及干燥釉浆的主体的加热可以在从800℃到900℃的温度范围内进行。例如，可以在适合的加热炉内进行加热。进一步有利地可行的是使用保护气体进行加热。在保护气体下加热是防止该温度范围内氧化皮及氧化层形成的有效途径。作为可替换地或另外，可以通过一个或多个感应线圈进行加热。

涂层(例如FeCrBSi涂层)的烧结通常将必须在接近1120℃下进行。然而，这将涉及未涂覆的表面区域上的氧化皮形成的增加以及，同时，制动盘金属主体的材料强度急剧下降。因此，将发生不可接受的主体变形，并且这些只能通过复杂且相应地昂贵的精加工工序进行补偿。

在此，本发明利用了如下惊人的洞察，即尽管例如FeCrBSi层在期望的800℃到900℃的温度范围内不存在向液相烧结的转变，其已经显示出主体表面上显著改善的粘附。这是由于在该温度范围内已经发生的扩散过程，其能够使粘合从典型地40MPa上升至超过70MPa。另外，在这些温度下已经有FeCrBSi层得初始烧结。

正如已经提到的关于金属涂层的可能的层厚度，一个优选的可行性是在涂层形成之后进行将要执行的机械精加工工序。因此可能的是在制动盘的最终尺寸上获得非常高的尺寸精度。

通过现在呈现的混合涂层方法，可行的是生产具有长的使用寿命的制动盘，对于道路上大于240,000km该制动盘应该是足够的。在此，尤其说明的混合涂层方法的使用结合了金属涂层及釉质涂层的有利特性。因此，生产出不生锈的铸铁制动盘，其另外具有高的抗磨损性。

本发明另外还涉及具体地由上面解释的方法生产的制动盘。下面提及根据本发明的制动盘的陈述相应地应该在根据本发明的方法中看出，因此根本上允许后者的特征与下面描述的制动盘的特征相结合。

考虑之中的制动盘优选的是用于车辆、尤其是用于机动车辆的制动盘。该制动盘包含主体，在该主体上，至少在一个或一些区域中形成釉质涂层。作为特别优先的选择，主体可以由铸铁形成。根据本发明，除了釉质涂层，在主体表面的至少一个或多个区域上形成另外的涂层。根据本发明，所述涂层是与主体冶金地结合的金属涂层。

从根据本发明的上述制动盘及下面描述的特征获得的优点已经在上面结合根据本发明的方法进行了解释并且以相应的方式适用于根据本发明的制动盘。由于该原因，在这一点上需注意上面的陈述。

就釉质涂层的组分而言，例如，其可以包含至少一种玻璃形成氧化物与至少一种其他组分，如果需要，另外至少一种遮光剂。

在可能的玻璃形成氧化物群组中，其可以是下面的至少一种，例如：

-二氧化硅(SiO₂)

-三氧化二硼(B₂O₃)

-氧化钠(Na₂O)

-氧化钾(K₂O)

-氧化铝(Al₂O₃)。

当然，该列表不是穷举的，并且因此其他玻璃形成氧化物也是可以想到的。

关于至少一种其他组分，其可以来自以下群组，例如：

-硼砂

-长石

-石英

-氟化物

-碳酸钠

-硝酸钠。

在这种情况下，该列表也不是穷举的，并且因此其他组分也是可以想到的。

关于至少一种遮光剂的添加剂，如果需要，其可以选自以下群组，例如：

-钛(Ti)

-锆(Zr)

-钼(Mo)

这同样不是穷举的列表，并且因此其他遮光剂，例如氧化锡或钛硅酸盐也是可以想到的。

根据本发明的釉质涂层优选地是熔融混合物。在釉质化温度下，玻璃成型氧化物熔融以形成玻璃熔体。基础釉质包含大约23-34％重量百分比的硼砂，28-52％重量百分比的长石，5-20％重量比的石英，大约5％重量百分比的氟化物，其余为碳酸钠和硝酸钠。正如已经提及的，Ti、Zr及Mo的氧化物可以用作遮光剂。

例如氧化铁、氧化铬及尖晶石的陶瓷颜料也可以包括在内。

为了改善在主体的金属基底上的粘附，根据本发明的釉质涂层另外还可以包含来自以下群组的至少一种氧化物，例如：

-氧化钴

-氧化锰

-氧化镍。

在优选实施例中，提到的物质被精细研磨并熔融。熔体淬火，即优选地加入水中，并且然后形成的颗粒状玻璃类熔块在接下来的步骤中被再次精细研磨。在研磨过程中，添加30％到40％的水及粘土和石英粉。根据釉质的类型，还添加提到的遮光剂及颜料氧化物。

以这种方式，形成釉浆，该釉浆应该静置一段时间，优选地几天，以在接下来使用釉浆之前给出更好的混合物。适合的悬浮剂用于确保获得均匀的层厚度。

根据本发明的制动盘的有利发展设想金属涂层具有大于70MPa的相对主体表面的粘附强度。

根据特别优选的发展，金属涂层可以至少在彼此背对的主体摩擦环的摩擦表面上形成。相反，釉质涂层优选地在主体的摩擦环及凸出的连接面(帽)之间的过渡区域中形成。这里可想到的是，釉质涂层在摩擦表面的金属涂层的方向上具有例如几毫米宽的重叠。另外，釉质涂层还可以设置在凸出的连接面上。

特别是在具有两个由肋板间隔开的外盘的通风制动盘情况下，本发明设想釉质涂层可以设置在外盘和肋板之间的区域，结果是内部区域具有釉质涂层。

下面通过附图中示出的不同的说明性实施例详细解释本发明的进一步有利细节及效果，其中：

图1以立面示出了根据本发明的制动盘的示意图；

图2示出了在垂直方向上通过图1的根据本发明的制动盘的部分截面；以及

图3以透视图示出了图1和图2的制动盘的可替换实施例。

图1示出了根据本发明的制动盘1的示意图。其具有由铸铁制成的圆形主体2。在典型的方式中，主体2具有环绕的外部摩擦环3，其配备用于与制动钳的至少一个制动衬块(未具体示出)接触。主体2的中央具有开口4，其设置在主体2的凸出部5(帽)内。在当前情况下有五个穿过凸出部5的通孔6以均匀间隔设置在开口4的周围。所述通孔6用于接收车轮螺栓(这里未具体示出)，通过该车轮螺栓，制动盘1连同车轮(未示出)可以连接到轮毂上(同样未示出)。

参照图1的说明，平面a-a在其垂直方向上分割制动盘1，其中下面描述的图2示出了通过所述平面a-a的截面视图。

图2示出了穿过图1中的制动盘1的平面a-a的截面。如在此示图中可以看出的，凸出部5相对主体2的摩擦环3伸出。摩擦环3包含两个摩擦表面7、8，其可以彼此平行对齐并彼此背对。它们由第一摩擦表面7和第二摩擦表面8构成。金属涂层形成在主体2的表面9的摩擦环3上，两个摩擦表面7、8的区域中。例如，该涂层可以是FeCrBSi涂层。在当前示例中，金属涂层10表示为点划线。釉质涂层12另外形成在主体2的摩擦环3和伸出的凸出部5之间的过渡区域11中。在当前示例中，釉质涂层12由虚线表示。当然，釉质涂层12还可以以连续方式或不连续地设置在凸出部5上。当然，可行的是制动盘的两侧，即在所述区域的内侧和外侧上均具有釉质涂层12。

图3示出了通风制动盘(更具体地为内部通风制动盘)1形式的图1和2的制动盘的可替换实施例。正如可以看出的，主体2具有两个彼此平行延伸的外部盘13、14，独立的肋板15在其之间延伸。这里，肋板15用于将两个外部盘13、14彼此连接并且，同时，使它们间隔开。为了该目的，肋板15都同样地相对凸出部5的开口4径向间隔开并对齐。间隔开两个外部盘13、14及肋板15产生大量径向延伸的散热通道16。在该实施例中，本发明设想釉质涂层12还在外部盘13、14及肋板15之间形成，因此可以说其润湿单个散热通道16的边界。

附图标记列表

1制动盘

21的主体

32的摩擦环

42的开口

52的凸出部

65中的通孔

73的第一摩擦表面

83的第二摩擦表面

92的表面

103上的金属涂层

113和5之间的过渡区域

122的釉质涂层

133的外部盘

143的外部盘

1513和14之间的肋板

163中的散热通道

a贯穿1的平面

Claims (10)

1.一种用于生产车辆的制动盘(1)的方法，其中釉质涂层(12)形成在制动盘(1)的主体(2)上，

该方法至少包含以下步骤：

-粗糙化主体(2)的表面(9)的至少一个或一些区域；

-形成金属涂层(10)，其可以在主体(2)的表面(9)的粗糙化区域的至少一个或一些区域上冶金结合到主体(2)上；

-将釉浆施加到主体(2)的表面(9)的至少一个或一些区域上；

-干燥所述施加的釉浆；以及

-加热提供有所述金属涂层(10)及所述干燥的釉浆的所述主体(2)以形成釉质涂层(12)并将所述金属涂层(10)冶金结合到主体(2)上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

所述金属涂层(10)由热喷涂方法形成。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中

所述金属涂层(10)形成从150μm到350μm的层厚度。

4.根据前述任一权利要求所述的方法，

其中

将锚定线引入到所述表面(9)和/或通过刚玉喷砂预处理所述表面(9)以便粗糙化所述主体(2)。

5.根据前述任一权利要求所述的方法，

其中

所述施加的釉浆的干燥在加热炉中进行，具体地在90℃下进行。

6.根据前述任一权利要求所述的方法，

其中

所述提供有所述金属涂层(10)及所述干燥的釉浆的主体(2)的加热在从800℃到900℃的温度范围内进行，尤其使用保护气体。

7.根据前述任一权利要求所述的方法，

其中

机械精加工所述金属涂层(10)。

8.一种用于车辆的制动盘，尤其由上述任一权利要求所述的方法生产的制动盘，其包含主体(2)，在该主体的表面(9)上，至少在一个或一些区域上形成釉质涂层(12)，

其中，

除了所述釉质涂层(12)以外，另外在主体(2)的表面(9)上的至少一个或一些区域上形成金属涂层(10)，其中所述金属涂层(10)冶金结合所述主体(2)上。

9.根据权利要求8所述的制动盘，其中

所述金属涂层(10)具有大于70MPa的相对所述主体(2)的所述表面(9)的粘附强度。

10.根据权利要求8或9所述的制动盘，其中

所述金属涂层(10)至少形成在彼此背对的主体(2)的摩擦环(3)的摩擦表面(7、8)上。