CN109210113A - 用于减噪和减振的复合涂层和具有这种涂层的制动片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于减噪和减振的复合涂层和具有这种涂层的制动片。涂层，特别是用于制动片的相对于制动侧的背侧的涂层，其包含一对接合层和复合层。所述接合层中的每一个都包含环氧材料。所述复合层布置在这一对接合层之间并且包含由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物。形成该涂层的方法包括将环氧化物层施加到待涂覆的表面上以形成第一接合层，将由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物施加到第一接合层上以形成复合层，将环氧化物层施加到复合层上以形成第二接合层，然后通过固化程序使所述涂层固化。

Description

用于减噪和减振的复合涂层和具有这种涂层的制动片

技术领域

本公开总体上涉及用于机器部件的材料涂层，并且特别是涉及用于汽车部件例如制动片的涂层。

背景技术

在汽车运行过程中产生的不希望的噪音和振动通常作为NVH等级（NVH - noise,vibration and harshness /噪音、振动和声振粗糙度）量化。汽车制动器是NVH的常见来源。特别地，制动片上的摩擦材料与制动盘之间的相互作用导致制动片和制动盘的振动，这不仅会导致制动器发出尖锐声，而且还会导致制动器猛地一动和其它影响。

已经使用各种技术来减少汽车制动器的NVH。各种摩擦材料和方式，如将摩擦材料成型到制动片上的方式可以影响运行过程中产生的NVH。然而，单凭这些技术通常不足以将NVH降低到可接受的程度。

另一种减少由于制动系统而产生的NVH的常用技术是，在制动片中一起采用阻尼元件，以减弱由于制动片的摩擦材料和制动盘之间的相互作用而引起的振动。在一个实例中，在制动片的背面上固定垫片。该垫片通常包括由各种材料，例如金属、橡胶和纤维材料制成的层。这些层被布置成堆叠结构，所述堆叠结构被设计成减弱制动片的振动。

阻尼元件，例如上述实例，通常对汽车制动器的严苛（rau）操作条件敏感。例如，阻尼元件可能从其位置迁移、腐蚀、失去与制动片的粘附或经历分层。这些问题会导致由阻尼元件所提供的阻尼减小。保护阻尼元件以防迁移通常需要额外的胶粘材料或在制动片的背面上的附加结构特征。保护阻尼元件免受腐蚀通常需要额外的保护材料。然而，这些保护技术通常需要对制动片进行额外的机械加工或组装，或者可能不能用于制动片的某些形状和尺寸。

因此，用于制动片的耐腐蚀的阻尼元件将是有利的。在制动片上不需要额外的胶粘材料或额外的结构特征来抵制迁移的阻尼元件也将是有利的。可以用于各种尺寸和形状的制动片的阻尼材料也将是有利的。

发明内容

根据本公开，基底上的涂层包括一对接合层和复合层。所述接合层中的每一个都包含环氧材料。该复合层设置在这一对接合层之间并且包含由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物。

在一些实施方案中，所述第二材料颗粒包含钢纤维和/或海绵铁颗粒和/或石墨薄片。

在一些实施方案中，所述橡胶材料包含聚四氟乙烯。

在一些实施方案中，所述接合层中的每一个与复合层的各自的相对侧拼接。

在一些实施方案中，在所述涂层中不存在结构性固定元件。

在一些实施方案中，所述接合层的外表面彼此之间且与基底是基本上平行的。

在一些实施方案中，第一接合层直接施加在基底上。

在一些实施方案中，所述第二材料颗粒的标称尺寸小于或等于橡胶材料颗粒的标称尺寸的一半。

在一些实施方案中，所述复合层包含相同重量份的橡胶材料和第二材料颗粒。

在一些实施方案中，所述涂层还包括施加在接合层之一的远离复合层的一侧上的漆层。

在一些实施方案中，所述涂层如下设计：涂覆制动片的至少一个表面并且降低由于经涂覆的制动片的运行而产生的噪音和/或减弱由于经涂覆的制动片的运行而产生的振动和/或防止制动片的至少一个表面的腐蚀。

根据本公开的制动片包括支承板和涂层。所述支承板包括制动侧和与该制动侧相对的背侧。所述涂层布置在背侧上并包括一对接合层和复合层。所述接合层中的每一个包含环氧材料。所述复合层设置在这一对接合层之间并且包含由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物。

在一些实施方案中，所述接合层之一的环氧材料与支承板的背侧接合，并且所述接合层中的每一个与复合层的各自的相对侧拼接。

在一些实施方案中，该制动片还包括定位在所述支承板的制动侧上的摩擦材料。

在一些实施方案中，所述背侧不具有被设计成将涂层结构性地固定在支承板上的结构。

在一些实施方案中，所述第二材料颗粒包含钢纤维和/或海绵铁颗粒和/或石墨薄片。

在一些实施方案中，所述橡胶材料包含聚四氟乙烯。

根据本公开的用于制造制动片的方法包括将包含环氧材料的第一层施加到支承板的背面上。将包含由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物的第二层施加到第一层上。将包含环氧材料的第三层施加到第二层上，以与第一层和第二层一起形成用于支承板的背面的涂层。

在一些实施方案中，该方法还包括在施加第一层之前至少在所述支承板的背面上进行脱脂和洗涤程序。在一些实施方案中，该方法还包括在施加第三层之后使所述支承板和涂层固化。

在一些实施方案中，该方法还包括在所述支承板的制动侧上施加摩擦材料。

附图说明

图1示出了根据本公开的布置在物体的表面上的涂层的一个实施例的侧截面图。

图2示出了根据本公开的布置在物体的表面上的涂层的另一个实施例的侧截面图。

图3示出了根据本公开的具有涂层的制动片的透视图。

图4是用于制造根据本公开的涂层的示例性方法的流程图。

图5是根据本公开的用于制造具有涂层的制动片的示例性方法的流程图。

图6A-11F示出了根据本公开的用于涂层评估实验的各种样品。

具体实施方式

为了更好地理解本文中描述的实施方案的基本特点，现在参阅以下说明书中的附图和说明。本发明主题的保护范围不应受这些附图和说明的限制。本公开也包括所示实施方案的各种改变和修改，并且包括通常对于本说明书所涉领域的普通技术人员而言显而易见的所述实施方案的基本特点的进一步应用。

图1示出了根据本公开的涂层100的一个实施例的侧截面图，该涂层施加在物体102的表面104上。涂层100包括一对接合层106和108以及复合层110。如本文中所用，术语“层”和术语“涂敷层”可互换使用，并且表示一定厚度的在形成过程中粘合到基底上的材料。如本文中所用，术语“涂覆”表示粘合在基底的至少一部分上并将其覆盖的一个或多个涂敷层的形成。

接合层106包含环氧材料。在一些实施方案中，接合层106的环氧材料是耐热的环氧树脂，其直至至少177摄氏度是对温度稳定的。将接合层106如此施加到表面104上，以使得接合层106的外表面112通过该环氧材料直接粘合到物体102的表面104上。外表面112不具有被设计成用于将涂层100结构性地固定在物体102上的结构元件，因此接合层106仅通过环氧材料的粘附而附着到表面104上。在该实施方案中，接合层106具有约0.1mm至约0.7mm的厚度，但是在另一些实施方案中也考虑用于该接合层的其它厚度。

接合层108也包含环氧材料并形成涂层100的外表面114。接合层108的外表面114基本上平行于接合层106的外表面112。换句话说，当竖立着观察时，外表面114基本上形成从外表面112偏移出的曲线。外表面114也不具有被设计成用于将涂层100结构性地固定在物体102上的结构元件。在该实施方案中，接合层108也具有约0.1mm至约0.7mm的厚度，但是在另一些实施例中，也可以考虑用于该接合层的其它厚度。

复合层110施加在接合层106上，并且接合层108施加在复合层110上，由此使得复合层110布置在这一对接合层106和108之间。在该实施方案中，接合层106和108分别与复合层110的相对侧116和118拼接，由此使得复合层110直接布置在这一对接合层106和108之间。在另一些实施方案中，在复合层110与接合层106和108中的至少一个之间布置另一层。在该实施方案中，复合层110具有约0.2mm至约1.2mm的厚度，但是在另一些实施方案中也考虑用于该接合层的其它厚度。接合层110包含由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物。在一个实施例中，该混合物包含基本上相同重量份的橡胶材料和第二材料颗粒。

在一个实施例中，所述橡胶材料是由橡胶颗粒形成的橡胶基质。在一个实施例中，所述第二材料颗粒具有小于或等于所述橡胶材料颗粒的标称尺寸的一半的标称尺寸。在一个实施方案中，所述橡胶材料是聚四氟乙烯（“PTFE”），其中其是颗粒的基质。在一个实施例中，该基质由具有约300μm的标称或平均尺寸的颗粒形成。还考虑橡胶材料颗粒的其它材料和尺寸。第二材料颗粒可以是金属、非金属或其混合物。第二材料颗粒的各种实例包括具有约50μm的标称尺寸的钢纤维和/或具有约150μm的标称尺寸的海绵铁颗粒和/或具有约50μm的标称尺寸的石墨薄片，或它们的组合。也考虑用于该第二材料颗粒的其它材料和尺寸。

包括接合层106和108以及复合层110的涂层100具有在该实施方案中约0.5mm至约1.5mm的总厚度。在其它实施方案中也考虑其它总厚度。涂层100在将其施加到表面104上之后基本上平行于表面104延伸。换句话说，当竖立着观察时，涂层100基本上形成从表面104偏移出的曲线。虽然图1中所示的表面104的整个部分涂覆有涂层100，但是在一些实施方案中，少于整个表面涂覆有根据本公开的涂层。

图2示出了施加在物体202的表面204上的涂层200的另一个实施例的侧截面图。涂层200包括一对接合层206和208和复合层210和漆层212。

与图1中物体102的基本上平坦的表面104相反，物体202的表面204是不规则的。接合层206的环氧材料如下设计：无论表面的形状如何，都粘附于其上。因此，该环氧材料能够使接合层206直接粘附在物体202的表面204的不规则形状上，而无需对表面204进行额外的机械加工，并无需用于将涂层200固定在物体202上的任何附加结构元件。因此，涂层200基本上平行于物体202的不规则表面204延伸。换言之，当竖立着观察时，涂层200形成从表面204偏移出的曲线。

漆层212施加在接合层208的外表面214上。漆层212的漆材料如下设计：抵抗腐蚀并且防止锈的形成和扩散。

根据本公开的涂层可以施加到各种不同的物体上。图3示出了根据本公开的制动片300的一个实施例，其包括支承板302、涂层304和摩擦材料306。

支承板302是由金属，例如钢制成的实心板，并且包括制动侧308和与制动侧308相对的背侧310。

将摩擦材料306布置在支承板302的制动侧308上并且如下设计：在操作过程中与反制动元件（Gegen-Bremselement）互相作用。

涂层304施加在支承板302的背侧310上并且具有类似于上述涂层100和200的构造，并因此包括至少一个具有由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物的复合层，该复合层布置在一对具有环氧化物的接合层之间。

涂层304通过涂层304中的环氧材料的粘附仅与支承板302的背侧310拼接，并因此制动片300不具有被设计用于将涂层304结构性地固定在支承板302上的结构元件，例如螺钉、接片、销钉、槽或其它结构元件。

图3中所示的支承板302基本上是平坦的。因为如上所述根据本公开的涂层可以无论物体的形状如何而被施加到该物体的表面上，所以在另一些实施方案中也考虑具有各种形状的支承板，包括不规则成型的支承板。此外，因为根据本公开的涂层如下设计：粘附在表面上而不需要附加的结构元件，因此在已将该涂层施加在制动片的背面上之后，对于将根据本公开的涂层固定在制动片上，不需要额外的机械加工或组装。

尽管可以将根据本公开的涂层施加到制动片的背侧的很大部分上或整个背侧上，如在图3中，但是此外在另一些实施方案中，局部地施加该涂层。例如，根据本公开的涂层可以局部地施加到制动片的背侧中接近支撑肋、固定孔或被设计成与其它汽车部件接触的背面部分的区域上。

图4示出了用于制造根据本公开的涂层的示例性方法400。该方法在402开始，并且在404中将待涂覆的表面可选地脱脂和洗涤，以去除待涂覆的表面上的脂肪或污物，例如灰尘或金属屑，它们可能妨碍涂层粘附在表面上。

在406中，将包含环氧材料的第一层施加到待涂覆的表面上，以形成第一接合层。在408中，将包含由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物的第二层施加到第一层上，以形成复合层。在410中，将包含环氧材料的第三层施加到第二层上，以形成第二接合层，其与第一接合层和复合层一起形成在表面上的涂层。

在412中，使该表面上的涂层固化，并且该方法在414结束。在一个实施方案中，用于根据本公开的涂层的固化程序包括多个相继的固化阶段或循环。

根据本公开的涂层的施加可以与摩擦材料在支承板上的施加结合着进行。图5示出了根据本公开的用于形成具有涂层和摩擦材料的制动片的示例性方法500。方法500在502开始，并且在504中将根据本公开的涂层施加到制动片支承板的背侧上。在506中，将摩擦材料施加到支承板的与背侧相对的制动侧上。在508中使涂层固化，并且在510中使摩擦材料固化。在一些实施方案中，使涂层和摩擦材料在一个唯一的固化程序中一起固化。在一些实施方案中，在摩擦材料的施加和固化之前，施加涂层并使其固化。在一些实施方案中，在涂层的施加和固化之前，施加摩擦材料并使其固化。在一些实施方案中，一个唯一的固化程序包括对应于涂层和摩擦材料的不同固化循环和阶段。该方法在512结束。

实验结果

实验1 – 降噪

下面述及的各种制动片样品经受了美国城市交通磨损和噪音-制动器测功仪测试（Rollenbremsprüfstandtest），其包括708次停车和5换挡。

样品1：图6A是具有涂覆有根据本公开的涂层602的背侧的制动片600在固化之前的图像，所述涂层包括复合层，其中第二颗粒包含钢纤维。然后通过包括以下阶段的固化程序使样品1固化：（i）保持在室温（约27摄氏度）下24小时；（ii）加热至80℃约2小时；和（iii）加热至150℃ 3小时。图6B是固化后制动片600的图像。

样品2：图7A是具有涂覆有根据本公开的涂层702的背侧的制动片700在固化之前的图像，所述涂层包括复合层，其中第二颗粒包含海绵铁颗粒。然后通过与上述样品1中相同的固化程序使样品2固化。图7B是固化后制动片700的图像。

样品3：图8A是具有涂覆有根据本公开的涂层802的背侧的制动片800在固化之前的图像，所述涂层包括复合层，其中第二颗粒包含石墨薄片。然后通过与上述样品1中相同的固化程序使样品3固化。图8B是固化后制动片800的图像。

样品4：（未示出）该样品是制动片的对照支承板，其不含阻尼元件如涂层或垫片。使该对照支承板经受与上述样品1相同的固化程序。

样品5：（未示出）该样品是包含已知垫片阻尼元件的对照制动片。

下表1中以表格形式列出的该测试的结果包括每个样品的噪音指数值。在由该样本产生的噪音的最大量增加时并且在由该样本产生的在该测试过程中超过70分贝的噪音的百分比增加时，样本的噪音指数值从10减小。换句话说，较小的噪音指数值表示更响的样品。

如上表1的结果中所示，样品1-3中的根据本公开的涂层显示出相对于没有垫片的对照制动片而言改进且与传统垫片解决方案相当的噪音指数值。在测试之后对经涂覆的样品的边缘部分的目视检查得出，样品1-3中的涂层没有经历可见的分层。此外，样品1-3中的涂层看起来没有表面损伤，所述表面损伤通常会由于活塞钳（Kolbensattel）在操作过程中施加的压力而存在。

实验2 – 耐腐蚀性

使下面论及的各种制动片样品经受ASTM B117盐雾试验，其包括用盐雾喷洒样品96小时。

样品6：图9A是固化的制动片902的图像，其具有涂覆有根据本公开的涂层904的背侧，所述涂层包括复合层，其中第二颗粒包含钢纤维。

样品7：图9B是固化的制动片906的图像，其具有涂覆有根据本公开的涂层908的背侧，所述涂层包括复合层，其中第二颗粒包含海绵铁颗粒。

样品8：图9C是固化的制动片910的图像，其具有涂覆有根据本公开的涂层912的背侧，所述涂层包括复合层，其中第二颗粒包含石墨薄片。

样品9：图9D是固化的制动片914的图像，其具有涂覆有根据本公开的涂层916的背侧，所述涂层包括复合层，其中第二颗粒包含石墨薄片，并且所述涂层还包括由银漆制成的漆层。

样品10：图9E是固化的制动片918的图像，其具有涂覆有根据本公开的涂层920的背侧，所述涂层包括复合层，其中第二颗粒包含石墨薄片，并且所述涂层还包括由黑漆制成的漆层。

样品11：图9F是固化的制动片922的图像，其具有涂覆有根据本公开的涂层924的背侧，所述涂层包括复合层，其中第二颗粒包含石墨薄片，并且所述涂层还包括由银结构漆制成的漆层。

图10A-F示出了在样品经受盐雾试验96小时后的样品6-11。在ASTM B117盐雾试验中，盐雾和盐雾的流动方向通常导致锈从表面中实际上被腐蚀的未涂覆部分转移到未腐蚀部分。为了去除转移的锈并能够检查各自涂层上的实际腐蚀区域，将样品6-11分别用乙醇冲洗。图11A-F示出了用乙醇冲洗后的样品6-11。

在用乙醇冲洗后样品6-11中的涂层904、908、912、916、920和924的边缘的目视检查表明，涂层904、908、912、916、920和924看起来没有分层或者与其各自的支承板脱离，并且还表明涂层904、908、912、916、920和924改进了制动片902、906、910、914、918和922的耐腐蚀性。此外，样品6-8（图11A-C）中残留的锈看起来对应于涂层904、908和912的表面粗糙度（即峰和谷），并且可能是腐蚀区域的锈转移到这些区域上，而不是实际腐蚀的结果。样品9-11的目视检查也表明，在涂层中采用漆层减少了锈的引发和扩散。

虽然关于制动片论及了根据本公开的涂层，但是类似的根据本公开的涂层也可以施加到其它汽车部件以及非汽车部件，如电动工具、建筑设备、制造装置和其它机器的部件上。

应该理解的是，上面所述内容的变体以及其它特征和功能或其替代品可以合意地组合到许多其它各种系统、应用或方法中。各种当前不可预知或预料不到的替代、修改、改变或改进可以随后由本领域技术人员完成，并且也应被本公开所涵盖。

Claims (20)

1.在基底上的涂层，其包括：

包含环氧材料的第一接合层；

包含环氧材料的第二接合层；和

布置在第一和第二接合层之间的复合层，其包含由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物。

2.根据权利要求1所述的涂层，其中所述第二材料颗粒包含：

钢纤维和/或

海绵铁颗粒和/或

石墨薄片。

3.根据权利要求1所述的涂层，其中所述橡胶材料包含聚四氟乙烯。

4.根据权利要求1所述的涂层，其中第一和第二接合层中的每一个与复合层的各自的相对侧拼接。

5.根据权利要求1所述的涂层，其中所述涂层不包含结构性固定元件。

6.根据权利要求5所述的涂层，其中第一和第二接合层的外表面彼此之间且与所述基底是基本上平行的。

7.根据权利要求1所述的涂层，其中第一接合层直接施加在所述基底上。

8.根据权利要求1所述的涂层，其中第二材料颗粒的标称尺寸小于或等于橡胶材料颗粒的标称尺寸的一半。

9.根据权利要求1所述的涂层，其中复合层包含相同重量份的橡胶材料和第二材料颗粒。

10.根据权利要求1所述的涂层，其还包括：

漆层，所述漆层施加在所述接合层之一的远离复合层的一侧上。

11.根据权利要求1所述的涂层，其中将所述涂层如下设计：

减少在基底处产生的噪音和/或

减弱基底的振动和/或

防止基底的腐蚀。

12.制动片，其包括：

支承板，其包括下列：

制动侧；和

与制动侧相对的背侧；

和

涂层，其施加在所述背侧上并包括下列：

包含环氧材料的第一接合层；

包含环氧材料的第二接合层；和

布置在第一和第二接合层之间并包含由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物的复合层。

13.根据权利要求12所述的制动片，其中：

第一接合层的环氧材料直接施加在支承板的背侧上；和

第一和第二接合层与复合层的各自的相对侧拼接。

14.根据权利要求12所述的制动片，其还包括：

定位在所述支承板的制动侧上的摩擦材料。

15.根据权利要求12所述的制动片，其中所述背侧不具有被设计成将所述涂层结构性地固定在支承板上的结构。

16.根据权利要求12所述的制动片，其中第二材料颗粒包含下列：

钢纤维和/或

海绵铁颗粒和/或

石墨薄片。

17.根据权利要求12所述的制动片，其中所述橡胶材料包含聚四氟乙烯。

18.用于制造制动片的方法，其包括：

将包含环氧材料的第一层施加到支承板的背面上；

将第二层施加到第一层上，其中第二层包含由橡胶材料和第二材料颗粒形成的混合物；和

将包含环氧材料的第三层施加到第二层上，以与第一层和第二层一起形成用于支承板的背面的涂层。

19.根据权利要求18所述的方法，其还包括：

在施加第一层之前在至少所述支承板的背面上进行脱脂和洗涤程序；和

在施加第三层之后使所述支承板和涂层固化。

20.根据权利要求18所述的方法，其还包括：

在支承板的制动侧上施加摩擦材料。