CN108026993B - 用于制造制动盘的方法以及用于盘式制动器的制动盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造制动盘的方法，该方法包括以下操作步骤：a)制备制动盘，该制动盘包括制动带并且设置有两个彼此相反的制动表面，该制动盘由铝、铝合金、灰铸铁或钢制成；b)在该盘上沉积呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍‑铬(NiCr)的层，从而形成基底保护涂层(30)，该基底保护涂层以与制动带的两个制动表面中的至少一个制动表面直接接触的方式覆盖该至少一个制动表面；以及c)在所述基底保护涂层(30)上沉积由碳化钨(WC)和钴(Co)构成的呈颗粒形式的材料，从而形成表面保护涂层(3)，该表面保护涂层覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个。两种保护涂层都用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术来创建。

Description

用于制造制动盘的方法以及用于盘式制动器的制动盘
技术领域
本发明涉及用于制成制动(brake，刹车)盘的方法和用于盘式制动器的制动盘。
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，和被称为钟状物(bell)的中心固定元件，该盘穿过该中心固定元件固定至车辆悬架的旋转部件，例如轮毂。制动带设置有适合于与摩擦元件(制动片)配合的相反的制动表面，该摩擦元件容置在骑跨(astride，跨越)这种制动带放置的至少一个卡钳体中，并且该摩擦元件与车辆悬架的非旋转构件成一体。在相反的制动片与制动带的相反制动表面之间受控的相互作用通过摩擦确定了允许车辆减速或停止的制动动作。
通常，制动盘由灰铸铁或钢制成。事实上，该材料允许以相对低的成本获得良好的制动性能(尤其是在磨损的容量(containment，遏制)方面)。由碳或碳陶瓷材料制成的盘提供更好性能，但是成本更高。
传统的铸铁盘或钢盘的局限性是与过度的磨损有关。至于灰铸铁盘，另一非常消极的方面是与过度的表面氧化关联，并随之形成锈蚀。该方面影响(impact，冲击)制动片的性能及其外观，因为在制动盘上的锈蚀对于用户而言在美学上是不可接受的。已尝试通过由灰铸铁或钢制作具有保护涂层的盘来解决这些问题。一方面，该保护涂层降低盘的磨损，且在另一方面，该保护涂层保护灰铸铁的基底表面免受氧化，从而避免形成锈蚀层。然而，尽管现在可获得的保护涂层提供耐磨损性，但是它们会遭受导致保护涂层从盘本身分离(脱落，detachment)的剥落。
已经提出由铝制成的盘作为灰铸铁盘或钢盘的替代物，以便降低盘的重量。铝盘设置有保护涂层。一方面，该保护涂层用来降低盘磨损，并且由此确保与铸铁盘相似的性能，并且在另一方面确保保护铝基底在制动期间免受生成的温度，该温度远高于铝的软化温度(200-400℃)。
然而，尽管现在可获得的并施加在铝盘、铸铁盘或钢盘上的保护涂层提供耐磨损性，但仍遭受导致保护涂层从铝盘本身分离的剥落。
例如在专利US4715486中描述了关于低磨损盘式制动器的这种类型的保护涂层。特别地由铸铁制成的盘具有涂层，该涂层由利用高动能冲击技术在盘上沉积的颗粒材料构成。根据第一实施方案，该涂层含有：从20％至30％的碳化钨，占5％的镍，以及剩余部分为碳化铬和钨的混合物。根据第二实施方案，该涂层含有从80％至90％的碳化钨、最高达10％的钴、最高达5％的铬和最高达5％的碳。
在用火焰喷涂施加涂层的情况下，传统保护涂层从铝盘或铝合金盘分离的一个原因是在保护涂层中存在游离碳。该现象也影响灰铸铁盘或钢盘。实际上，与在保护涂层形成期间掺入该保护涂层中的氧气结合的碳倾向于燃烧。这导致在涂层中形成微气泡，该微气泡可以阻止该涂层充分地粘合至该盘，促使该涂层分离。
从上述明显地，具有保护涂层的铝盘、铝合金盘、灰铸铁盘或钢盘目前在制动系统领域中是不可用的。
然而，从由这些保护涂层提供的耐磨损性方面的优点来看，强烈地感觉到需要解决关于现有技术所提到的缺点。特别地，需要具有保护涂层的铝盘、灰铸铁盘或钢盘，该保护涂层能够增强盘的耐磨损性并且同时增强随时间的耐久。
在关于就灰铸铁盘或钢盘的国际申请WO2014/097187中和关于铝盘的国际申请WO2014/097186中相同申请人已经提出上述问题的方案。
在灰铸铁盘或钢盘的情况下，包括在制动盘的制动表面上实现通过沉积呈颗粒形式的材料获得的保护涂层，该呈颗粒形式的材料由按重量计占70％至95％的碳化钨、按重量计占5％至15％的钴和按重量计占1％至10％的铬构成。用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属(Kinetic Metallisation，动力金属))技术来获得该呈颗粒形式的材料的沉积。
更详细地，根据在WO2014/097187中提供的方案，HVOF、HVAF或KM沉积技术与用于形成涂层的化学成分的组合允许获得具有高结合强度的保护涂层，该保护涂层提供在灰铸铁或钢上的高锚固能力。所使用的颗粒材料不含有游离碳(C)，也不处于痕量(trace，线纹、迹线)的形式。这允许显著地降低保护涂层的剥落现象。
在铝盘或铝合金盘的情况下，用于创建保护涂层的呈颗粒形式的材料由按重量计占80％至90％的碳化钨、按重量计占8％至12％的钴和按重量计占2％至6％的铬构成。同样在这种情况下，用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术来获得该呈颗粒形式的材料的沉积。
获得与灰铸铁盘或钢盘相似的效果，即，保护涂层具有高结合强度并且降低与游离碳的存在有关的剥落。
采用在关于灰铸铁盘或钢盘的WO2014/097187中提出的方案，或关于铝盘或铝合金盘的WO2014/097186中提出的方案可以显著地降低在现有技术中所发现的保护涂层的剥落，但是不能完全地消除它。实际上，即使是根据WO2014/097186的具有保护涂层的铝盘或铝合金盘，或根据WO2014/097187的具有保护涂层的灰铸铁盘或钢盘仍然会遭受保护涂层的剥落和屈服，尽管相对于现有技术来说程度较低。
因此，相关领域(sector)仍然需要具有保护涂层的(由铝、灰铸铁或钢制成的)盘，该保护涂层甚至更少地遭受剥落，以便随着时间推移确保耐磨损性。
发明内容
通过根据权利要求1的用于制成制动盘的方法，和通过根据权利要求13的用于盘式制动器的制动盘来满足对具有保护涂层的盘的需求，该保护涂层甚至较少遭受剥落，从而确保了随着时间的耐磨损。
特别地，通过用于制成具有保护涂层的铝制动盘的方法满足该需求，该方法包括以下操作步骤：
a)制备制动盘，该制动盘包括制动带并且设置有两个相反的制动表面，该两个相反的制动表面中的每一个至少部分地限定该盘的两个主面中的一个，该制动带由铝或铝合金制成，或者由灰铸铁或钢制成；
b)用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术在该盘上沉积呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)的层，从而形成基底保护涂层，该基底保护涂层以与制动带的两个制动表面中的至少一个制动表面直接接触的方式覆盖该至少一个制动表面；以及
c)用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术在所述基底保护涂层上沉积由碳化钨(WC)和钴(Co)构成的呈颗粒形式的材料，从而形成表面保护涂层，该表面保护涂层覆盖该制动带的两个制动表面中的至少一个。
优选地，在沉积步骤b)中为了创建基底保护涂层30所沉积的呈颗粒形式的材料由下述构成：占65％至95％的碳化铬(Cr3C2)，剩余部分为镍-铬(NiCr)。
特别地，在沉积步骤b)中为了创建基底保护涂层30所沉积的呈颗粒形式的材料可以具有以下组合物：
-按重量计占93％的碳化铬(Cr3C2)和占7％的镍-铬(NiCr)；
-按重量计占90％的碳化铬(Cr3C2)和占10％的镍-铬(NiCr)；
-按重量计占75％的碳化铬(Cr3C2)和占25％的镍-铬(NiCr)；或
-按重量计占65％的碳化铬(Cr3C2)和占35％的镍-铬(NiCr)。
优选地，在沉积步骤b)中为了创建基底保护涂层30所沉积的呈颗粒形式的材料由按重量计占75％的碳化铬(Cr3C2)和占25％的镍-铬(NiCr)构成。
优选地，该镍-铬(NiCr)由80％的镍和20％的铬构成。
优选地，在沉积步骤c)中为了创建表面保护涂层3所沉积的呈颗粒形式的材料由下述构成：按重量计占80％至90％的碳化钨(WC)，剩余部分为钴(Co)。甚至更优选地，在沉积步骤c)中为了创建表面保护涂层3所沉积的呈颗粒形式的材料由按重量计占88％的碳化钨(WC)和占12％的钴(Co)构成，或者由按重量计占83％的碳化钨(WC)和占17％的钴(Co)构成。
根据本发明的特别优选的实施方式，在沉积步骤b)中为了创建基底保护涂层所沉积的呈颗粒形式的材料和在沉积步骤c)中为了创建表面保护涂层所沉积的呈颗粒形式的材料两者都用HVOF(高速氧气燃料)技术进行沉积。
优选地，该基底保护涂层30具有的厚度在20μm至60μm之间，并且优选地等于40μm。
优选地，该表面保护涂层3具有的厚度在30μm至70μm之间，并且优选地等于50μm。
有利地，在步骤b)中为了形成基底保护涂层所沉积的呈颗粒形式的材料具有的颗粒尺寸在5μm至40μm之间。
有利地，在沉积步骤c)中为了形成表面保护涂层所沉积的呈颗粒形式的材料具有的颗粒尺寸在5μm至40μm之间。
根据本发明的特别优选的实施方式，沉积步骤b)包括：在同一表面上对碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)进行两次或更多次不同的沉积处理(passage，通路)，以形成基底保护涂层。
特别地，沉积步骤b)包括：呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)的第一次沉积处理，以创建直接在该盘上的第一基底保护层，以及呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)的第二次沉积处理，以创建在该第一层上的第二层，用第一次沉积处理沉积的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)具有比用第二次沉积处理沉积的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)大的颗粒尺寸。
更加具体地，用第一次沉积处理沉积的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)具有的颗粒尺寸在30μm至40μm之间，而用第二次沉积处理沉积的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)具有的颗粒尺寸在5μm至20μm之间。
优选地，在步骤b)中，呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)在该盘的表面上的沉积至少根据涂层厚度以不同的方式进行。
特别地，该盘的每个主面至少由第一环形部分和第二环形部分限定，该第一环形部分对应于该制动带的制动表面，该第二环形部分相对于该第一环形部分更内部，并且该第二环形部分限定将该盘固定至车辆的面积。在沉积步骤b)中，创建基底保护涂层以覆盖至少两个部分。在第一环形部分上创建的基底保护涂层的厚度大于在第二部分上创建的基底保护涂层的厚度。
有利地，碳化钨(WC)和钴(Co)的沉积的步骤c)包括在同一表面上对颗粒材料进行两次或更多次不同的沉积步骤，以形成该表面保护涂层。
特别地，沉积步骤c)包括：呈颗粒形式的材料的第一次沉积处理，以创建直接在该基底保护涂层上的表面保护涂层的第一层，以及呈颗粒形式的材料的第二次沉积处理，以创建在该第一层上的第二层。用第一次沉积处理沉积的颗粒材料具有比用第二次沉积处理沉积的颗粒材料大的颗粒尺寸。
甚至更特别地，用第一次沉积处理沉积的颗粒材料(碳化钨和钴)具有的颗粒尺寸在30μm至40μm之间，而用第二次沉积处理沉积的颗粒材料具有的颗粒尺寸在5μm至20μm之间。
优选地，在沉积步骤c)中，至少根据涂层厚度，以不同的方式在该盘的表面上沉积颗粒性材料(碳化钨和钴)。特别地，在该第一环形部分上创建的表面保护涂层的厚度大于在该第二部分上创建的表面保护涂层的厚度。
特别地，通过用于盘式制动器的制动盘来满足具有保护涂层的盘的需求，该保护涂层甚至较少遭受剥落，该制动盘包括设置有两个相反的制动表面的制动带，该两个相反的制动表面中的每一个至少部分地限定该盘的两个主面中的一个。
制动带可以由铝或铝合金、灰铸铁或钢制成。
根据本发明的特别优选的实施方式，该盘的制动带由灰铸铁制成。特别地，整个盘由灰铸铁制成。
该盘具有覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个的基底保护涂层。该基底保护涂层由碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)构成，并且通过用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术直接在该盘上沉积呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)来获得。
该盘还设置有覆盖该制动带的两个制动表面中的至少一个的表面保护涂层。该表面保护涂层由碳化钨(WC)和钴(Co)构成，并且通过用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术在该基底保护涂层上沉积呈颗粒形式的碳化钨(WC)和钴(Co)来获得。
优选地，该基底保护涂层下述构成：占65％至95％的碳化铬(Cr3C2)，剩余部分为镍-铬(NiCr)。
特别地，该基底保护涂层可以具有以下组合物：
-按重量计占93％的碳化铬(Cr3C2)和占7％的镍-铬(NiCr)；
-按重量计占90％的碳化铬(Cr3C2)和占10％的镍-铬(NiCr)；
-按重量计占75％的碳化铬(Cr3C2)和占25％的镍-铬(NiCr)；或
-按重量计占65％的碳化铬(Cr3C2)和占35％的镍-铬(NiCr)。
优选地，该基底保护涂层30由按重量计占75％的碳化铬(Cr3C2)和占25％的镍-铬(NiCr)构成。
优选地，该镍-铬(NiCr)由80％的镍和20％的铬构成。
优选地，表面保护涂层(3)由下述构成：按重量计占80％至90％的碳化钨(WC)，剩余部分为钴(Co)。甚至更优选地，该表面保护涂层3由按重量计占88％的碳化钨(WC)和占12％的钴(Co)构成，或由按重量计占83％的碳化钨(WC)和占17％的钴(Co)构成。
有利地，基底保护涂层具有的厚度在20μm至60μm之间，优选地为40μm。
优选地，表面保护涂层具有的厚度在30μm至70μm之间，优选地为50μm。
附图说明
从下面对本发明的实施方案的优选的且非限制性的实施例的描述中，本发明的其他特征和优点将更易于理解，其中：
-图1以来自上方的平面图示出了根据本发明的实施方案的盘式制动器；以及
-图2是根据在图1中指示的剖面线II-II的图1的盘的剖视图。
在下面描述的实施方案之间共同的元件或者元件的部件将用相同的附图标记来指示。
具体实施方式
参照上述附图，标记(number，编号)1总体上指示根据本发明的制动盘。
根据在附图中示出的本发明的一般的实施方案，制动盘1包括设置有两个相反的制动表面2a和2b的制动带2，该两个相反的制动表面中的每一个至少部分地限定盘的两个主面中的一个。
制动带2可以由铝或铝合金制成，可以由灰铸铁或钢制成。
优选地，该制动带由灰铸铁制成。特别地，整个盘由灰铸铁制成。因此，在其余的描述中，将参照灰铸铁盘，不过，不排除盘由铝或铝合金或钢制成的可能性。
盘1设置有：
-基底保护涂层30，该基底保护涂层覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个，并且被制成与这些表面直接接触；以及
-表面保护涂层3，该表面保护涂层覆盖制动带的两个制动表面中的至少一个，并且被制成覆盖前述的基底保护涂层30。
基底保护涂层30由碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)构成，并且通过用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术直接在盘1上沉积呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)来获得。
优选地，该基底保护涂层30由下述构成：占65％至95％的碳化铬(Cr3C2)，剩余部分为镍-铬(NiCr)。
特别地，基底保护涂层30可以具有以下组合物：
-按重量计占93％的碳化铬(Cr3C2)和占7％的镍-铬(NiCr)；
-按重量计占90％的碳化铬(Cr3C2)和占10％的镍-铬(NiCr)；
-按重量计占75％的碳化铬(Cr3C2)和占25％的镍-铬(NiCr)；或
-按重量计占65％的碳化铬(Cr3C2)和占35％的镍-铬(NiCr)。
优选地，该基底保护涂层30由按重量计占75％的碳化铬(Cr3C2)和占25％的镍-铬(NiCr)构成。
优选地，该镍-铬(NiCr)由80％的镍和20％的铬构成。
表面保护涂层3由碳化钨(WC)和钴(Co)构成，并且通过用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术在基底保护涂层30上沉积呈颗粒形式的碳化钨(WC)和钴(Co)来获得。
优选地，表面保护涂层3由下述构成：按重量计占80％至90％的碳化钨(WC)，剩余部分为钴(Co)。甚至更优选地，表面保护涂层3由按重量计占88％的碳化钨(WC)和占12％的钴(Co)构成，或者由按重量计占83％的碳化钨(WC)和占17％的钴(Co)构成。
有利地，基底保护涂层30具有的厚度包括在20μm至60μm之间，并且优选地等于40μm，而表面保护涂层3具有的厚度在30μm至70μm之间，并且优选地等于50μm。
已经可以验证的是，在表面保护涂层3之下存在碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)的基底保护涂层30基本上消除了困扰传统盘的剥落(flake)现象。
更详细地，在具有保护涂层的传统盘中，发现剥落是因盘与涂层之间的界面区的氧化而诱发的。这种氧化通常是由水分渗透到盘与涂层之间所引起的。形成基底保护涂层30的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)的层的存在有效地阻碍了这种氧化现象，从根本上解决了具有耐磨损功能的表面保护涂层3的剥落的问题。换言之，该基底保护涂层30执行耐腐蚀功能，这将基底保护涂层自身与(碳化钨和钴的)表面保护涂层3的耐磨损功能相关联。该耐腐蚀作用有益于表面保护涂层3的完整性和对盘的粘附。
基底保护涂层30还执行用于表面保护涂层的“阻尼”的机械功能(耐磨损)。实际上，相对于由碳化钨和钴形成的表面保护涂层3，通过碳化铬和镍-铬的存在形成的基底保护涂层30具有更高的延展度。这给予了基底层30弹性性能，该弹性性能至少部分地减轻了在使用时施加至盘上的应力。由此，该基底保护涂层30充当了盘与表面保护涂层3之间的一种阻尼器或衬垫。这样，它阻止了在两个部件之间直接传递应力，由此降低在表面保护涂层3中引发裂纹的风险。
关于耐磨损功能，表面保护涂层3不受由碳化铬和镍-铬制成的基底保护涂层30的存在的影响。
***为了简单起见，现在将与根据本发明的方法一起描述制动盘1。制动盘1优选地但不是必须地用根据本发明的方法来制造，现在将描述该方法。
根据本发明的方法的实施方式的一般形式，该方法包括以下操作步骤：
a)制备制动盘，该制动盘包括制动带并且设置有两个相反的制动表面，该两个相反的制动表面中的每一个至少部分地限定盘的两个主面中的一个，该制动带由铝或铝合金制成，或者由灰铸铁或钢制成；
b)用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术在盘上沉积呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)的层，从而形成基底保护涂层，该基底保护涂层以与制动带的两个制动表面中的至少一个制动表面直接接触的方式覆盖该至少一个制动表面；以及
c)用HVOF(高速氧气燃料)、HVAF(高速空气燃料)或KM(动力学敷金属)技术在所述基底保护涂层上沉积由碳化钨(WC)和钴(Co)构成的呈颗粒形式的材料，从而形成表面保护涂层，该表面保护涂层覆盖该制动带的两个制动表面中的至少一个。
优选地，在沉积步骤b)中为了创建基底保护涂层30所沉积的呈颗粒形式的材料由下述构成：占65％至95％的碳化铬(Cr3C2)，剩余部分为镍-铬(NiCr)。
特别地，在沉积步骤b)中为了创建基底保护涂层30所沉积的呈颗粒形式的材料可以具有以下组合物：
-按重量计占93％的碳化铬(Cr3C2)和占7％的镍-铬(NiCr)；
-按重量计占90％的碳化铬(Cr3C2)和占10％的镍-铬(NiCr)；
-按重量计占75％的碳化铬(Cr3C2)和占25％的镍-铬(NiCr)；或
-按重量计占65％的碳化铬(Cr3C2)和占35％的镍-铬(NiCr)。
优选地，在沉积步骤b)中为了创建基底保护涂层30所沉积的呈颗粒形式的材料由按重量计占75％的碳化铬(Cr3C2)和占25％的镍-铬(NiCr)构成。
优选地，该镍-铬(NiCr)由80％的镍和20％的铬构成。
优选地，在沉积步骤c)中为了创建表面保护涂层3所沉积的呈颗粒形式的材料由下述构成：按重量计占80％至90％的碳化钨(WC)，剩余部分为钴(Co)。甚至更优选地，在沉积步骤c)中为了创建表面保护涂层3所沉积的呈颗粒形式的材料由按重量计占88％的碳化钨(WC)和占12％的钴(Co)构成，或者由按重量计占83％的碳化钨(WC)和占17％的钴(Co)构成。
有利地，该制动盘制备有适合于将该盘固定至车辆的部分，该部分由环形部分4构成，该环形部分以居中的方式布置至盘1并且与制动带2同轴。固定部分4将连接元件5支撑至轮毂(即，钟状物)。该钟状物可以与环形固定部分一体地形成(如在附图中所示的)，或者单独地制造然后通过适合的连接元件固定至固定部分。
环形固定部分4可以由与制动带相同的材料制成，即灰铸铁或其他适合的材料。此外，钟状物5可以由灰铸铁或其他适合的材料制成。特别地，整个盘(即，制动带、固定部分和钟状物)可以由灰铸铁制成。
优选地，该制动带2通过铸造制成。类似地，固定部分和/或钟状物在由灰铸铁制成时可以通过铸造制成。
该环形固定部分可以与制动带一体地制成(如在附图中所示的)，或者作为单独体制成且机械地连接至制动带。
优选地，在碳化铬和镍-铬的层的沉积步骤b)之前是表面的制备步骤d)，在该表面上必须实现基底保护涂层30。特别地，该表面制备步骤d)包括用适合于去除油或污垢的溶剂来清洁该表面。优选地，该制备步骤d)可以包括在该盘表面上的研磨动作，例如通过打磨或抛光进行。
有利地，在沉积步骤b)中为了形成基底保护涂层30所沉积的呈颗粒形式的材料(碳化铬和镍-铬)具有的颗粒尺寸在5μm至40μm之间。该值的范围的选择允许给予对沉积表面的高密度和粘合能力的涂层特征。
优选地，该基底保护涂层30具有的厚度在20μm至60μm之间，并且优选地等于40μm。该值的范围的选择允许获得在抗氧化保护作用和涂层本身的热膨胀的限制之间的优异的折中。换言之，如果基底保护涂层30的厚度小于20μm，则保护性的抗氧化作用将不充足。另一方面，大于60μm的厚度随着时间的推移可能由于在制动盘的寿命周期期间发生的热膨胀而导致不完美的粘合。
在上述厚度范围内，该基底保护涂层30允许执行已经提及的“阻尼”效果，该“阻尼”效果有助于保持表面保护涂层3的完整性。
有利地，在沉积步骤c)中为了形成表面保护涂层所沉积的呈颗粒形式的材料(碳化钨和钴)具有的颗粒尺寸在5μm至40μm之间。该值的范围的选择允许给予高密度、高硬度和有限孔隙率的涂层特征。
优选地，表面保护涂层3具有的厚度在30μm至70μm之间，并且优选地等于50μm。该值的范围的选择允许获得保护涂层的层的消耗和涂层本身的热膨胀的限制之间的优异的折中。换言之，如果该保护涂层的厚度小于20μm，则在磨损事件中，该保护涂层将在极短的时间内被完全地去除。另一方面，大于80μm的厚度随着时间的推移可能由于在制动盘的寿命周期期间发生的热膨胀而导致不完美的粘合。
***
如已提到的，用HVOF技术、HVAF技术或KM技术分别在盘上和基底保护涂层30上以颗粒的形式沉积形成基底保护涂层30的碳化铬和镍-铬，和形成表面保护涂层3的碳化钨和钴。
这三种沉积技术是本领域的技术人员已知的，并且因此将不再详细地描述。
HVOF(高速氧气燃料)是一种粉末喷涂沉积技术，其使用具有混合燃烧室以及喷嘴的喷涂设备。氧气和燃料被供入室内。在接近1MPA的压力下形成的热燃烧气体穿过收敛-扩张形(convergent divergent，敛散形)喷嘴，并且粉末材料达到超音速(即，高于MACH 5)。待沉积的粉末材料被注射到热气体流中，在该热气体流中粉末材料快速地熔融并且被加速到约1000m/s的速度。在冲击该沉积表面之后，熔融的材料快速地冷却，并且由于以高动能冲击，因此形成非常密实且致密的结构。
HVAF(高速空气燃料)沉积技术与HVOF技术类似。不同之处在于下述事实：在HVAF技术中，用空气代替氧气被供入燃烧室。所涉及的温度因此低于HVOF的温度。这允许更好地控制涂层的热转变。
KM(动力学敷金属)沉积技术是一种固态沉积工艺，其中，金属粉末通过两相声波沉积喷嘴进行喷涂，该两相声波沉积喷嘴使在惰性气体流中的金属颗粒加速并且对该金属颗粒摩擦电地充电。可以设想，输送流被供应伴随有热能。在该工艺中，压缩的惰性气体流的势能和供应的热能被转化为粉末的动能。在被加速至高速且电学地充电之后，颗粒被指引到沉积表面。金属颗粒与该表面的高速碰撞引起颗粒的充分变形(在冲击时在法线方向上约80％)。这种变形导致该颗粒的表面面积增加巨大。因此在冲击时，在颗粒与沉积表面之间存在紧密接触，这导致形成金属键并且导致涂层具有非常密实且致密的结构。
有利地，作为上述的三种沉积技术的替代，共同的是以下事实：它们是利用高动能的冲击沉积技术，可以使用其他技术，该其他技术利用不同沉积方法但是能够生成具有非常密实且致密结构的涂层。
HVOF、HVAF或KM沉积技术的组合和用于形成两个保护涂层——基底30和表面3——的化学成分允许在它们所沉积的下面材料上获得具有高结合强度的保护涂层。
特别地，上述组合允许在灰铸铁或钢上获得高度锚固的碳化铬和镍-铬(基底涂层30)，并且在碳化铬和镍-铬的层上获得高度锚固的碳化钨和钴(表面涂层3)。
在用于形成两个涂层的材料中不存在游离的碳(C)，优选地甚至不以痕量的形式存在，这有助于降低分离的风险。实际上，已发现在用火焰喷涂技术施加涂层的情况下，使传统保护涂层从铝盘、铝合金盘、灰铸铁盘或钢盘上分离的一个原因是在保护涂层中存在游离碳。实际上，与在保护涂层的形成期间并入保护涂层中的氧气相结合的碳倾向于燃烧。这导致在该涂层中形成微气泡，这可以阻止该涂层充分地粘合至盘，促使该涂层分离。
根据本发明的特别优选的实施方式，用HVOF(高速氧气燃料)技术沉积在沉积步骤b)中为了创建基底保护涂层30所沉积的呈颗粒形式的材料和在沉积步骤c)中为了创建表面保护涂层3所沉积的呈颗粒形式的材料两者。实际上，已经验证的是，该技术——特别地，如果与制动带相关联或者相关联至由灰铸铁制成的整个盘——允许获得组合的保护涂层(基底+表面)，该保护涂层在耐磨损和摩擦学性能方面提供最佳折中。
更详细地，基于所进行的实验测试，相对于(优选的)HVOF(高速氧气燃料)技术，HVAF(高速空气燃料)技术允许获得致密、均匀且规则的涂层，该涂层具有接近于公称值的厚度。用HVOF创建的涂层不那么致密，具有“海绵状”外观和可变的厚度。
在具有用HVOF和HVAF创建的涂层的样品上执行的热冲击测试示出了仅对表面保护涂层WC+Co有影响的损伤，该损伤在所有的样品上都是可检测的，并且包括涂层的微裂纹。然而，在具有用HVAF技术生产的涂层的样品中，这种微裂纹出现的更加明显，可能因为涂层的刚度增加。这使得HVOF技术甚至更加的优选。
在所有情况中，Cr3C2+Ni的基底保护涂层在热冲击测试之后没有受到任何影响，始终是密实的，且优选地粘附至铸铁而没有裂纹。
***
如前所述，基底保护涂层30和表面保护涂层3覆盖该制动带的两个制动表面中的至少一个。
在下文中，基底保护涂层30和表面保护涂层3的组合将被统称为“组合保护涂层”3、30。
优选地，如图2中所示的，盘1设置有覆盖制动带2的两个制动表面2a和2b的“组合保护涂层”3、30。
特别地，该组合保护涂层3、30可以在单个制动表面上或在两个制动表面上覆盖仅制动带。
根据在附图中未示出的实施方案，组合保护涂层3、30也可以延伸至盘1的其他部件，诸如环形固定部分4和钟状物5，直至覆盖盘1的整个表面。特别地，组合保护涂层3、30可以覆盖——除了制动带之外——仅固定部分或仅钟状物。该选择基本上是由美学原因来决定的，以在整个盘上或在盘的一些部分之间具有均匀的颜色和/或光洁度。
有利地，用于形成组合保护涂层3、30的颗粒材料在盘的表面上的沉积可以至少根据涂层厚度以不同的方式进行。
对应于制动带，该组合保护涂层3、30可以以相同的厚度在两个相反的制动表面上创建。可替代地，方案可以设想为，其中通过区分该制动带的两个制动表面之间的不同的厚度来实现该组合保护涂层3、30。
根据该方法的实施方式的特别优选的形式，用于形成基底保护涂层30的碳化铬和镍-铬层的沉积步骤b)包括：在同一表面上对碳化铬颗粒进行两次或更多次不同的沉积处理，以形成保护涂层。
更详细地，前述沉积步骤b)包括：
-呈颗粒形式的碳化铬和镍-铬的第一次沉积处理，以创建直接在盘上的基底保护涂层30的第一层；以及
-呈颗粒形式的碳化铬和镍-铬的第二次沉积处理，以创建在第一层上的第二层。
如下面将要阐明的，该第二精加工层允许调整该基底保护涂层3的表面光洁度。
特别地，将碳化铬和镍-铬的沉积步骤b)分成两次或更多次处理允许至少区分在不同的处理中使用的碳化铬和镍-铬的颗粒尺寸。这使沉积步骤b)更加灵活。
有利地，用第一次沉积处理沉积的碳化铬和镍-铬颗粒具有比用第二次沉积处理沉积的碳化铬和镍-铬颗粒大的颗粒尺寸。特别地，用第一次沉积处理沉积的碳化铬和镍-铬颗粒具有的颗粒尺寸在30μm至40μm之间，而用第二次沉积处理沉积的碳化铬和镍-铬具有的颗粒尺寸在5μm至20μm之间。
用两次分离的沉积处理来形成基底保护涂层30——使用颗粒尺寸较粗的来形成第一层且使用颗粒尺寸较细的来形成第二层(具有精加工功能)——允许获得涂层，该涂层在沉积已经结束时具有期望的表面精加工特征，作为表面保护涂层随后沉积的依据(function)。不需要对涂层进行矫正和/或执行其他的表面精加工操作就可以获得这种期望的表面精加工特征。用第二次处理沉积的颗粒填充在基底层的粗糙表面的粗糙部分中。有利地，通过调整用第二次处理沉积的颗粒的尺寸可以调整涂层的表面光洁度的水平。
优选地，基底保护涂层30的第一层具有的厚度在涂层的总厚度的2/4至3/4之间，而该基底保护涂层30的第二层具有的厚度包括在涂层的总厚度的1/4至2/4之间。
根据该方法的实施方式的特别地优选的形式，形成表面保护涂层3的颗粒材料(WC+Co)的沉积步骤c)包括在同一表面上对颗粒材料进行两次或更多次不同的沉积处理，以形成保护涂层。
更详细地，前述沉积步骤c)包括：
-呈颗粒形式的材料的第一次沉积处理，以创建直接在基底保护涂层30上的第一涂覆层；以及
-呈颗粒形式的材料的第二次沉积处理，以创建在表面保护涂层3的第一层上的第二层。
与基底涂层的沉积步骤b)类似，同样，将沉积步骤c)分成对颗粒材料进行两次或更多次沉积处理以形成表面保护涂层3允许特别地至少区分在不同的处理中使用的颗粒材料的颗粒尺寸。这使沉积步骤c)更加灵活。
有利地，用第一次沉积处理沉积的颗粒材料具有比用第二次沉积处理沉积的颗粒材料大的颗粒尺寸。特别地，用第一次沉积处理沉积的颗粒材料具有的颗粒尺寸在30μm至40μm之间，而用第二次沉积处理沉积的颗粒材料具有的颗粒尺寸在5μm至20μm之间。
用两次分离的沉积处理来形成表面保护涂层3——使用颗粒尺寸较粗的来形成第一层且使用颗粒尺寸较细的来形成精加工层——允许获得表面保护涂层3，该表面保护涂层在沉积已经结束时具有期望的表面精加工特征，而不需要对涂层进行矫正和/或执行其他的表面精加工。用第二次处理沉积的颗粒填充在基底层的粗糙表面的粗糙部分中。有利地，通过调整用第二次处理沉积的颗粒的尺寸可以调整该表面保护涂层3的精加工水平。
特别地，对于第一次处理使用具有的颗粒尺寸在30μm至40μm的颗粒，依据对于第二次处理使用具有的颗粒尺寸在5μm至20μm的颗粒，对应于精加工层的该表面保护涂层3具有的粗糙度Ra在2.0μm至3.0μm之间。
优选地，表面保护涂层3的第一层具有的厚度在涂层的总厚度的2/4至3/4之间，而该表面保护涂层3的第二层具有的厚度包括在涂层的总厚度的1/4至2/4之间。
总体而言，颗粒材料的HVOF、HVAF或KM沉积技术、所使用的化学成分以及多次处理的沉积方法的组合允许获得具有有限水平的表面粗糙度的涂层，特别地适合于使用制动盘1的目的。
***
已经对根据本发明制成的盘和根据已知的技术制成的盘进行了比较实验测试。特别地，比较了以下的盘：
A)根据本发明用HVOF技术制成的具有“组合”保护涂层的灰铸铁制动盘，其中基底保护涂层(Cr3C2+NiCr)40μm厚且表面保护涂层(WC+Co)50μm厚；
B)没有保护涂层的传统灰铸铁；
C)根据国际申请WO2014/097187提供的教导制成的具有WC+Co+Cr的50μm厚的保护涂层的灰铸铁盘。
热地进行热冲击和动态台架测试(磨合、AK Master和磨损)。
该测试示出了在相同的测试条件下，根据本发明的盘A在磨损方面的具有明显地高于传统盘B的持续时间，并且与盘C的相当。
从摩擦学性能(摩擦、制动失效(fade，衰减)、磨合)的观点来看，在相同的测试条件下，根据本发明的盘A具有与传统盘B和具有单个保护涂层WC+Co+Cr的盘C基本相当的性能。
相反，在抗热冲击方面，与具有单个保护涂层WC+Co+Cr的盘C相比，根据本发明的盘A具有优越的性能。尽管在测试结束时，在盘A中WC+Co的表面保护涂层30由于所进行的测试的严苛而高度磨损的，然而没有因生成的裂纹而诱发表面保护涂层30的分离。而在盘C上注意到恰恰因这种裂纹造成了分离。
还应强调的是，在盘A上甚至没有碳化铬和镍-铬的基底保护涂层的局部分离。在测试结束时，发现基底保护涂层30始终很好地进行粘附，尽管在截面中注意到在材料的内部延伸数百或数千微米的许多裂缝并且表明铸铁遭受非常严苛的热机械应力之后铸铁的实质屈服的许多裂缝。
还进行了盐雾测试以测试耐腐蚀性。这些测试证明了，与具有单个保护涂层WC+Co+Cr的盘C相比，根据本发明的盘A具有优越的性能。
在盐雾中暴露之后进行的SEM分析显示，碳化铬和镍-铬的基底保护涂层30具有相对稀疏的开裂，其中小的裂缝限制于制动区，在制动区的外部，基底保护涂层是非常致密且均匀的。甚至在断面中，显示了该基底保护涂层与基板很好的结合，在铸铁/涂层界面处没有氧化且没有氧化残留物。在任一情况下，都存在由于摩擦材料(片)传递的腐蚀所导致的而不是由于开裂的存在所导致的凸起。应该注意的是，在任一情况下，凸起是很小的，并且不会导致涂层分离。
***
如从描述中可以理解的，根据本发明的制动盘允许克服在现有技术中存在的缺点。
得益于碳化铬和镍-铬的基底保护涂层的存在，根据本发明的制动盘1基本上不遭受表面保护涂层的剥落，该表面保护涂层适合于提供耐磨损性。
碳化铬和镍-铬的层抑制了(由铝、铝合金、灰铸铁或钢制成的)盘的氧化。
特别地，碳化铬和镍-铬的基底保护涂层限定了在盘与耐磨损表面保护涂层之间的一种阻尼器或弹性垫，降低了由于与盘的操作寿命相关的应力所导致的该耐磨损表面保护涂层的开裂的风险。
根据本发明的盘1设置有(至少覆盖制动带的)表面保护涂层，该表面保护涂层具有：
-高结合强度，该高结合强度提供了在碳化铬和镍-铬的基底保护涂层上的高度锚固；
-高耐磨损性；
-有限的表面粗糙度水平；
-高密度；
-高硬度；以及
-有限的孔隙率。
制动盘1整体上的生产成本也不贵。
为了满足偶然的和特定的需要，本领域的技术人员可以对上述的盘和盘式制动器进行多种修改和变型，然而全部包括在所附权利要求所限定的发明的范围内。

Claims (24)

1.用于制造制动盘的方法，所述方法包括下述操作步骤：
a)制备制动盘，所述制动盘包括制动带(2)并且设置有两个彼此相反的制动表面(2a、2b)，所述两个彼此相反的制动表面中的每一个制动表面至少部分地限定所述制动盘的两个主面中的一个主面，所述制动带由铝或铝合金制成，或者由灰铸铁或钢制成；
b)用高速氧气燃料技术、高速空气燃料技术或动力学敷金属技术在所述制动盘上沉积呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)的层，从而形成基底保护涂层(30)，所述基底保护涂层以与所述制动带的两个制动表面中的至少一个制动表面直接接触的方式覆盖所述至少一个制动表面；以及
c)用高速氧气燃料技术、高速空气燃料技术或动力学敷金属技术在所述基底保护涂层(30)上沉积由碳化钨(WC)和钴(Co)构成的呈颗粒形式的材料，从而形成表面保护涂层(3)，所述表面保护涂层覆盖所述制动带的所述两个制动表面中的至少一个制动表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在沉积步骤b)中为了创建所述基底保护涂层(30)所沉积的呈颗粒形式的材料由下述构成：按重量计占65％至95％的碳化铬(Cr3C2)，剩余部分为镍-铬(NiCr)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在沉积步骤c)中为了创建所述表面保护涂层(30)所沉积的呈颗粒形式的材料由下述构成：按重量计占80％至90％的碳化钨(WC)，剩余部分为钴(Co)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在沉积步骤b)中为了创建所述基底保护涂层(30)所沉积的呈颗粒形式的材料和在沉积步骤c)中为了创建所述表面保护涂层(3)所沉积的呈颗粒形式的材料两者都用高速氧气燃料技术进行沉积。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述基底保护涂层(30)具有的厚度在20μm至60μm之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述基底保护涂层(30)具有的厚度为40μm。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述表面保护涂层(3)具有的厚度在30μm至70μm之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述表面保护涂层(3)具有的厚度为50μm。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤b)中为了形成所述基底保护涂层(30)所沉积的呈颗粒形式的材料具有的颗粒尺寸在5μm至40μm之间。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤c)中为了形成所述表面保护涂层(3)所沉积的呈颗粒形式的材料具有的颗粒尺寸在5μm至40μm之间。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述沉积步骤b)包括：在同一表面上对碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)进行两次或更多次不同的沉积处理，以形成所述基底保护涂层(30)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述沉积步骤b)包括：呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)的第一次沉积处理，以创建直接在所述制动盘上的第一基底保护层(30)；以及呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)的第二次沉积处理，以创建在第一基底保护层上的第二层，用所述第一次沉积处理所沉积的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)具有比用所述第二次沉积处理所沉积的碳化铬和镍-铬大的颗粒尺寸。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，用所述第一次沉积处理所沉积的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)具有的颗粒尺寸在30μm至40μm之间，而用所述第二次沉积处理所沉积的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)具有的颗粒尺寸在5μm至20μm之间。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述制动带由灰铸铁制成。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，整个制动盘由灰铸铁制成。
16.用于盘式制动器的制动盘，包括设置有两个彼此相反的制动表面(2a、2b)的制动带(2)，所述两个彼此相反的制动表面中的每一个制动表面至少部分地限定制动盘(1)的两个主面中的一个主面，所述制动带(2)由铝或铝合金制成，或者由灰铸铁或钢制成；
所述制动盘设置有：
-基底保护涂层(30)，所述基底保护涂层覆盖所述制动带的两个制动表面中的至少一个制动表面，所述基底保护涂层(30)由碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)构成，并且所述基底保护涂层通过用高速氧气燃料技术、高速空气燃料技术或动力学敷金属技术直接在所述制动盘上沉积呈颗粒形式的碳化铬(Cr3C2)和镍-铬(NiCr)来获得；
-表面保护涂层(3)，所述表面保护涂层覆盖所述制动带的所述两个制动表面中的至少一个制动表面，所述表面保护涂层(3)由碳化钨(WC)和钴(Co)构成，并且所述表面保护涂层通过用高速氧气燃料技术、高速空气燃料技术或动力学敷金属技术在所述基底保护涂层(30)上沉积呈颗粒形式的碳化钨(WC)和钴(Co)来获得。
17.根据权利要求16所述的制动盘，其中，所述基底保护涂层(30)有下述构成：按重量计占65％至95％的碳化铬(Cr3C2)构成，剩余部分为镍-铬(NiCr)。
18.根据权利要求16或17所述的制动盘，其中，所述表面保护涂层(3)由下述构成：按重量计占80％至90％的碳化钨(WC)，剩余部分为钴(Co)。
19.根据权利要求16或17所述的制动盘，其中，所述基底保护涂层(30)具有的厚度在20μm至60μm之间。
20.根据权利要求19所述的制动盘，其中，所述基底保护涂层(30)具有的厚度为40μm。
21.根据权利要求16或17所述的制动盘，其中，所述表面保护涂层(3)具有的厚度在30μm至70μm之间。
22.根据权利要求21所述的制动盘，其中，所述表面保护涂层(3)具有的厚度为50μm。
23.根据权利要求16或17所述的制动盘，其中，所述制动带由灰铸铁制成。
24.根据权利要求23所述的制动盘，其中，整个制动盘由灰铸铁制成。
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