CN105556005B - 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制造车辆的制动盘的方法。为了此目的，将保护层设置在制动盘的基体(2)上，该保护层具有氧化层(11)。根据本发明，该方法包含以下步骤：‑提供基体(2)，基体(2)优选地由铁制成，特别是铸铁；‑将金属涂层(10)应用到基体(2)的表面(9)上的至少某些区域；‑在金属涂层(10)和基体(2)的表面(9)之间产生金属连接；‑在与基体(2)的表面(9)金属地连接的金属涂层(10)上形成氧化层(11)。本发明还涉及用于车辆的制动盘，该制动盘具有包括至少在某些区域中设置的保护层的基体(2)。在这种情况下，保护层具有形成在基体(2)上的氧化层(11)。基体(2)优选地由铁、更具体地由铸铁制造，氧化层(11)是在金属涂层(10)上形成，金属涂层(10)与基体(2)的表面(9)金属地连接。

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车辆的制动盘的方法，并且还涉及一种根据权利要求6的前序部分的用于车辆的制动盘。

在车辆，尤其是机动车辆中，制动盘是最广泛使用的制动系统类型。盘式制动器主要由制动盘及围绕制动盘边缘的制动钳组成。在此，制动盘通过可旋转地安装在转向节中的轮毂连接到待制动的车辆车轮。相反，制动钳固定至转向节。通过制动衬块获得实际的减速，该制动衬块可以应用于制动盘并且设置在制动盘的两侧，处在制动盘与制动钳之间。

根据本申请，制动盘可以由铁以及由碳陶瓷或铝构成。同时，制动盘应该具有尽可能少地磨损并且仅释放少量细粉尘的表面。为了实现这一点，目的是具有尽可能硬的表面。因此，例如在铝制动盘情况下，相应地添加像例如碳化硅(SiC)这样的硬质材料颗粒，来提供抗磨损表面。然而，由不含铁的材料制造制动盘有时是困难的并且通常是高成本的。

形成这样的保护层的另一方式可以通过热喷涂实现。这涉及到将要应用到制动盘的基体表面上的材料通过热效应被预先软化并借助气流以单个颗粒的形式被加速。当颗粒碰撞时，产生纯机械接触，基体本体表面不会熔融。该材料可以是金属或氧化物陶瓷或碳化物材料。除了高成本以外，这里的劣势尤其是这一保护层的耐久性。通常通过刚玉喷砂的表面仅中度粗糙化是可行的，这不会产生持久耐用的机械结合。尤其当硬质铸铁用于基体时，例如执行本身优越的楔形粗糙化是不可行的。

EP 1 432 849 A1or WO 03/029529 A1公开了一种在轻金属部件上制造保护层的方法。在该情况下，该金属部件主要由铝或镁或由这些材料的组合形成。为此提出使用阳极氧化溶液，在该阳极氧化溶液中放置该金属部件。为了形成保护层，使电流或脉冲直流电通过该部件(阳极)和阴极之间的溶液流动。在这种情况下，平均电压最大为125V。可替换地，可使交流电通过阳极和阴极之间的溶液流动。该溶液本身包含水和以下群组中的元素的水溶性复合氟化物或氟氧化物，该群组由以下元素组成：钛(Ti)、锆(Zr)、硅(Si)以及它们的组合。另外，水溶性复合氟化物或氟氧化物还可以包含铪(Hf)、锡(Sn)、锗(Ge)、硼(B)以及所有前述元素的组合。另外，溶液还可以包含无机酸或盐以及氟，然而溶液的水中则不包含任何元素钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、硅(Si)、锗(Ge)、硼(B)。在这种情况下，阳极氧化溶液具有大约3到大约11的pH值。

EP 1 921 177 A2涉及通过激光处理在形成屏障层的金属上制造磨损保护层的方法。具体地，所述金属是铝、镁或钛以及它们的合金和混合物。使用激光是为了在氧存在条件下在金属表面上形成氧化层。在这种情况下目的是将位于要形成的氧化层下面的金属层再熔融，而不会因此与氧反应。

根据DE 20 2008 010 896 U1，其目的是提供一种材料，具体地一种部件，其将在机械工程领域，尤其是机动车辆制造中使用，优选地作为内燃发动机部件，具体地，气缸、气缸筒、活塞、凸轮轴、活塞挺柱、阀门、连杆上的支承点等。用于该部件的材料是基于形成屏障层的金属或其合金或混合物。还提供一种磨损保护层，该磨损保护层在屏障层的氧化基础上形成。为获得该氧化，例如提出该部件材料表面的阳极氧化。该氧化之后也可以进行熔融处理，具体地包含材料表面的熔融或再熔融的处理。

现有技术中已知的方法设想在各自部件的表面形成本身优越的氧化层。这有助于增加抗磨损性并且提供对抗进一步腐蚀破坏的阴极保护。为了该目的，部件本身的材料经过适合的过程，通过该过程可以在各自材料的基础上形成所需的氧化层。

由于制动盘是大量生产的耗损部件，它们主要由铁，尤其由铸铁制成。同时，然而又趋于不希望氧化铁的形成。因此，在铁基础上的氧化物形成是腐蚀过程，该过程随时间破坏制动盘。除了甚至由于闪锈而劣化的外观外，这并不罕见地导致表现为令人不快的振鸣声的声音劣化。

鉴于存在的现有技术，仍然保留作为大量生产的部件的制动盘的简单且持久生产的改进空间。

针对该背景，本申请基于如下目的：提供一种制造用于车辆的制动盘的方法，该方法使低成本而耐用的大量制造成为可能。还旨在提供一种用于车辆的制动盘，除了低成本生产，该制动盘尤其具有改善的抗腐蚀破坏性，并且同时具有高的抗磨损性。

目的中与方法相关的部分通过权利要求1的途径实现。该目的的部件相关的部分通过具有权利要求6的特征的制动盘实现。另外，由各自的从属权利要求公开本发明的特别有利的改进。

应该指出的是，下面的说明书中单独呈现的特征和方法可以以任何技术上有意义的方式结合并且给出本发明的进一步改进。另外说明书尤其结合附图表征并说明了本发明。

下面呈现了根据本发明的生产用于车辆的制动盘的方法，其中保护层被设置在制动盘的基体上。在这种情况下，该保护层具有氧化层。根据本发明，该方法包含以下步骤：

-提供基体，优选为铁基体；

-至少在某些区域向基体的表面施加金属涂层；

-在金属涂层和基体表面之间产生金属连接；

-在金属涂层上形成氧化层，该金属涂层金属地连接至基体的表面。

具体的优点首先是用于将要制造的制动盘的基体的低成本铁的使用。即使可以例如在车床上通过加工来制造基体，其优选是铸件。铸铁的使用使得基体的非常简单的成形成为可能。特别优选的是在此使用灰口铸铁，其中碳是石墨形式的。

另外，因此实现将金属涂层施加到基体上。在这种情况下，金属涂层应该至少设置在基体表面的某些区域中。金属涂层将被具体地施加到基体的一个或多个区域，在该区域计划为随后具有优越的氧化层。

根据本发明的方法的主要优点之一是基体表面和金属涂层之间的金属连接的形成。与热喷涂相反，金属连接不是纯机械联锁，而是金属间连接。因此实现金属涂层和基体之间的高强度连接，这是给予随后将要形成的氧化层高的抗磨损性的一种连接。为了产生金属连接，设置有金属涂层的基体例如可以被加热至在其表面和金属涂层之间形成金属间连接的程度。

最后在与基体表面金属地连接的金属涂层上形成氧化层。氧化层的特别优点首先是因此产生的制动盘的增加的抗磨损性。然后是在基体上形成阴极保护，其防止腐蚀破坏。在这种情况下，氧化层的显微粗糙化表面有助于稳定的、永久的转移膜的形成。因此，这样的制动盘的磨损极限增加，否则该磨损极限位于60000km至100000km之间。除此之外，由于没有闪锈的形成，其具有永久改进的外观，并伴有无任何振鸣声的改善的声音效果。

本发明的基本构思的有利改进规定金属涂层包含铝(Al)。与基体的铁金属间连接的铝(Al)然后形成将要形成的氧化层的基础，该氧化层然后由氧化铝形成。作为其替换方案，金属涂层还可以包含钛(Ti)。在这种情况下，之后与基体的铁金属间地连接的钛(Ti)形成将要形成的氧化层的基础，在此该氧化层由氧化钛形成。使用铝(Al)和/或钛(Ti)的氧化物的优点是氧化层形成能够很好地获得高的磨损和腐蚀保护价值。

本发明的保护范围内规定，可以通过将基体浸渍在相应的熔融材料中施加金属涂层。为此，首先提供熔融的铝(Al)和/或钛(Ti)。然后基体至少部分浸渍在该熔融材料中，优选地在保护气体下，由此，其表面至少在某些区域由熔融材料润湿。特别优选地，基体被留在熔融材料中直到由于熔融材料的向内扩散形成基体和金属涂层之间的金属连接。

可替换地，基体当然还可以首先由熔融铝(Al)和/或钛(Ti)润湿。这然后接下来例如在加热炉中加热基体直到形成基体和金属涂层之间的金属间连接。

可以在简化的生产过程中看出形成金属间连接的浸渍的优点。金属涂层的应用可以与金属间连接的形成在单一地点同时发生。

优选地，设置有金属涂层的基体还可以在氧化层形成之前进行精加工。毫无疑问，通常可以在金属涂层的应用之前在基体上执行任何机械加工或材料移除操作。该精加工主要包括机械表面加工。因此，设置在基体上并且与其金属地连接的金属涂层以如下方式被加工，即，尤其在旨在与制动衬块接触的制动盘区域中获得平坦表面。通过在与基体金属地连接的金属涂层的应用之后的表面加工，确保该涂层在厚度上不会有任何不期望的改变。否则制动盘的厚度的改变可能带来颤动，在该颤动中制动盘的一些区域具有与接近的制动衬块增加的接触。

如果金属涂层是铝(Al)，铝(Al)的氧化层可以有利地借助微弧氧化(MAO)形成。除了其耐高温性及其大的表面积以及其有利的酸碱性，可以以这种方式产生的氧化铝(Al2O3)以其与其他金属的良好相互作用著称。微弧氧化(MAO)具有将基体表面的性能提升至如下程度的作用：除其他方面外，其硬度及抗磨损性增加。该过程具有如下影响：铝(Al)氧化层被转换为由原子键附接的致密陶瓷层。

在可替换地将氧化钛涂层用于金属涂层情况下，规定将要在其上形成的氧化层优选地通过等离子体电解氧化(PEO)形成。可以通过这种方式形成的氧化钛(TiO₂)同样地导致制动盘的基体的硬度及抗磨损性的增加。在等离子体电解氧化(PEO)情况下，相应地在等离子体放电中涂覆金属铝的表面。这里，钛(Ti)氧化层也优先制成由原子键附接的致密陶瓷层。

本发明提供一种相比于现有技术改进的用于生产抗磨损及防腐蚀的制动盘的方法。因此可行的是，在铸铁形式的基体中保留硬质、低成本的铁的使用，这本身已经是优越的。随后基体在熔融铝(Al)和/或钛(Ti)中的简单浸渍允许生产的高循环率。因此，本方法理想地适合于低成本、抗磨损且抗腐蚀的制动盘的大量制造。具体地，基体和最初将要形成的金属涂层的金属间结合为随后的基于涂层材料的氧化层的形成提供非常坚实的基础。微弧氧化(MAO)和等离子体电解氧化(PEO)二者是用于氧化层形成的可靠过程，其同样理想地适合于在此讨论的制动盘的大量制造。

下面，本发明还涉及尤其由上面说明的方法制造的制动盘。关于根据本发明的制动盘的接下来的陈述相应地应该被视为与根据本发明的方法相关，并且因此其特征原则上可以与制动盘的那些特征结合。具体地：

讨论的制动盘优选的是用于车辆，尤其是机动车辆的这样的制动盘。该制动盘包含基体，在该基体上至少某些区域中设置保护层。在这种情况下，该保护层具有氧化层。根据本发明，基体由铁制造，特别优选地，其由铸铁制造，并且因此其主要通过铸造形成。在这种情况下，在与基体表面金属地连接的金属涂层上形成氧化层。

换句话说，有利的氧化层在此被形成在与基体材料不同的材料的金属涂层上。具体地，用于金属涂层的材料是非铁质材料。

上面已经结合根据本发明的方法解释了由根据上面已经呈现的本发明的制动盘带来的优点以及下面描述的特征，并且这些优点及特征相应地适用于根据本发明的制动盘。

根据本发明的制动盘的有利改进规定金属涂层可以包含铝(Al)。有利的氧化层在此由氧化铝形成。可替换地，金属涂层还可以包含钛(Ti)。在这种情况下，有利的氧化层由氧化钛形成。

为了获得设置有金属涂层并且与其金属地连接的基体的尽可能平坦的表面，金属涂层优选地进行表面加工。毫无疑问可以在金属涂层的应用之前，已经例如通过机械加工或研磨操作制备基体。在涂层的表面加工中，后者显著地以如下方式改变，即，例如其应用厚度在不需要增厚的点处被机械地降低。

关于氧化层的应用厚度，规定氧化层可以具有15.0μm至50.0μm的厚度。优选地，氧化层的厚度可以具有18.0μm至22.0μm的厚度。更加优选地，氧化层具有20.0μm的厚度。

如果制动盘，也就是说基体，包含铝，当然不需要浸渍浴，而其他步骤可以通过MAO或PEO执行。

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

图1以平面视图示出了根据本发明的制动盘的示意图；

图2示出了以竖直方向穿过图1的根据本发明的制动盘的部分截面；

图3以放大的及其他相同的表示方式示出了图2中制动盘的边缘区域的切割部分的细节；

图4示出了具有修改的制动盘表面的图2的切割部分的细节；以及

图5示出了根据本发明的用于制造用于车辆，尤其是机动车辆的制动盘的方法的流程图。

在不同的附图中，相同部分通常设置有相同的附图标记，因此它们通也只描述一次。

图1示出了根据本发明的制动盘1的示意图。该制动盘具有圆形的铸铁基体2。该基体通常具有外围外制动边框3，其旨在与制动钳的未更加具体呈现的制动衬块接触。在基体2的中心设置有开口4，该开口4设置在基体2的突出部5中。在这种情况下，在开口4周围均匀间隔地设置有五个贯穿突出部5的通道孔6。该通道孔6用于接收车轮螺栓，在此未呈现，通过该螺栓使制动盘1连同未示出的车轮可以连接至同样未示出的轮毂。

平面a-a在其相对图1的视图的竖直方向上分隔制动盘1，而图2示出了穿过该平面a-a的截面的示图。

图2示出了穿过图1的制动盘1的平面a-a的截面。如可以看出的，突出部5从基体2的制动边框3突出。制动边框3包含两个彼此平行对齐的制动区域7、8，更具体地，第一制动区域7和第二制动区域8。制动边框3具有点划线圆圈B，制动边框3在圆环B内的区域是图3的内容。

图3示出了在圆圈B中的图2的制动边框3的切割部分的细节。由制动边框3在其第一制动区域7的区域中的放大可以看出，在该区域中金属涂层10已经应用到基体2的表面9上。另外，金属涂层10具有通过未更加具体地呈现的方式与基体2的表面9的金属连接。

图4示出了图3的切割部分的细节，氧化层11已经形成在金属涂层10上。金属涂层10形成该氧化层11的基础。在这种情况下，金属涂层10包含铝(Al)。由氧化铝或氧化钛在其上形成有利的氧化层11。在这种情况下，形成的氧化层11具有厚度c。在这种情况下该厚度c为20.0μm。原则上，氧化层11的厚度c可以从15.0μm到50.0μm，具体地从18.0μm到22.0μm。

图5以流程图形式示出了根据本发明的用于制造这种制动盘1的方法。为了该目的，在第一步骤D，首先提供基体2。该基体由铁形成，优选地由铸铁，更具体地由灰口铸铁形成。

在接下来的第二步骤E，将金属涂层10应用到基体2的表面9的至少某些区域中。为了该目的，将基体2浸渍在熔融铝(Al)12中。为此，铝(Al)之前已经通过热效应在熔融槽13中熔融。当将基体2浸渍在该熔融材料12中时，在基体2的表面9和熔融材料12的金属涂层10之间形成金属间连接。

根据接下来的第三步骤F规定，如果需要，将设置有金属涂层10的基体2在氧化层11形成之前进行机械表面加工。为了该目的，设置有金属涂层10的基体2可以例如被设置为进行旋转14并且通过机械加工或研磨工具15进行加工。

在最后步骤G，氧化层11被形成在与基体2的表面9金属地连接的金属涂层10上。根据用于金属涂层10的金属，氧化层11包含氧化铝或氧化钛。在铝(Al)金属涂层10上，由氧化铝通过微弧氧化(MAO)形成氧化层11。在钛金属涂层10上，通过等离子体电解氧化(PEO)形成氧化层11。

附图标记列表

1 制动盘

2 1的基体

3 2的制动边框

4 2的开口

5 2的突出部

6 5中的通道孔

7 3的第一制动区域

8 3的第二制动区域

9 2的表面

10 2上的金属涂层

11 10上的氧化层

12 熔融铝(Al)或钛(Ti)

13 12的熔融槽

14 2的旋转

15 工具

a 穿过1的平面

B 3处的圆圈

c 11的厚度

D 第一步骤

E 第二步骤

F 第三步骤

G 第四步骤

Claims (9)

1.一种用于生产车辆的制动盘(1)的方法，在所述制动盘(1)中，具有氧化层(11)的保护层被设置在所述制动盘(1)的基体(2)上，

所述方法至少包含以下步骤：

-将金属涂层(10)应用到所述基体(2)的表面(9)上的至少某些区域；

-在所述金属涂层(10)和所述基体(2)的所述表面(9)之间产生金属连接，通过将所述基体(2)浸渍在熔融的铝(Al)或钛(Ti)(12)中来施加所述金属涂层(10)，直到由于熔融材料的向内扩散形成所述金属连接；

-在与所述基体(2)的所述表面(9)金属地连接的所述金属涂层(10)上形成氧化层(11)，

所述金属涂层(10)包含铝(Al)或钛(Ti)，所述氧化层(11)是由氧化铝或氧化钛形成。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，

在所述氧化层(11)形成之前，对设置有所述金属涂层(10)的所述基体(2)进行机械表面加工。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中，

通过微弧氧化(MAO)形成所述铝(Al)氧化层(11)。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，

其中，

通过等离子体电解氧化(PEO)形成所述钛(Ti)氧化层(11)。

5.一种用于车辆的制动盘，所述制动盘具体地由如前述权利要求之一所述的方法制造，所述制动盘包含具有至少设置在某些区域中的保护层的基体(2)，所述保护层具有氧化层(11)，

其中，

所述氧化层(11)被形成在与所述基体(2)的表面(9)金属地连接的金属涂层(10)上，所述金属涂层(10)包含铝(Al)或钛(Ti)，并且所述氧化层(11)是由氧化铝或氧化钛形成。

6.根据权利要求5所述的制动盘，

其中，

所述金属涂层(10)经表面加工。

7.根据权利要求5或6所述的制动盘，

其中，

所述氧化层(11)具有15μm到50μm的厚度(c)。

8.根据权利要求7所述的制动盘，

其中，

所述氧化层(11)具有18μm到22μm的厚度(c)。

9.根据权利要求8所述的制动盘，

其中，

所述氧化层(11)具有20μm的厚度(c)。