DE102010047307B4

DE102010047307B4 - Verfahren zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit eines Bremsrotors und Bremsrotor

Info

Publication number: DE102010047307B4
Application number: DE102010047307.3A
Authority: DE
Inventors: Michael D. Hanna; Michael L. Holly
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2030-10-02
Also published as: US20150129377A1; US20110079326A1; CN102031481B; CN102031481A; DE102010047307A1

Abstract

Verfahren zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit eines eine Rotorwange (24) und einen Rotorhut (22) aufweisenden Gusseisen-Bremsrotors (20), umfassend eine nitrocarburierte Oberflächenbehandlung, wobei das Verfahren umfasst, dass: die nitrocarburierte Oberflächenbehandlung auf eine Außenfläche (26) sowohl der Rotorwange (24) als auch des Rotorhuts (22) bis zu einer vorbestimmten Tiefe aufgebracht wird, wobei die aufgebrachte nitrocarburierte Oberflächenbehandlung einen Verbindungsbereich (32) mit einer vorbestimmten Tiefe umfasst, der sich von der Außenfläche (26) weg erstreckt; dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der vorbestimmten Tiefe des Verbindungsbereiches (32) nur im Bereich des Rotorhuts (22) oder anderer Nicht-Reibflächen des Gusseisen-Bremsrotors (20) entfernt wird, um einen vorherrschenden Epsilonphasenabschnitt (33) freizulegen.

Description

Technisches Gebiet
Das Gebiet, auf das sich die Offenlegung allgemein bezieht, betrifft Verfahren, um ferritische nitrocarburierte Gusseisensubstrate korrosionsbeständiger zu machen.
Die DE 10 2007 027 933 A1 offenbart eine ferritische Nitrocarburierung von Bremsrotoren im Salzbad, wobei zur Verbesserung der Leistungsmerkmale die Oberfläche von Gusseisenbremsrotoren außer einem Nitrocarburierungsverfahren eine Oxidationsbehandlung erfährt.
Ferner beschreibt die WO 2009/111369 A2 ein Umformwerkzeug mit einer nitrocarburierten Oberflächenschicht, die anfänglich eine Verbundoberflächenschicht mit einer darunter liegenden Diffusionsschicht umfasst, und die Verbundoberflächenschicht eine äußere Gamma-Strich-Phase und eine darunter liegende Epsilon-Phase umfasst, wobei das nitrocarburierte Epsilon-Phasenmaterial der Verbundschicht eingebettete Partikel aus einem reibungsarmen Material enthält, die bei der Umformtemperatur der Umformfläche unschmelzbar sind, und zumindest ein Großteil der Gamma-Strich-Phasenschicht von der Umformfläche des Werkzeuges entfernt wird, bevor die Partikel in dem Epsilon-Phasenmaterial eingebettet werden, um so die Umformoberfläche des Werkzeugs gegenüber unerwünschten Aluminiumanhaftungen unempfindlich zu machen.
Hintergrund
Kraftfahrzeugscheibenbremsensysteme verwenden einen Scheibenbremsenrotor an jedem entsprechenden Rad, wobei der Scheibenbremsenrotor typischerweise einen Rotorhut, um eine Verbindung mit einer Achsennabe einer drehbaren Achse des Kraftfahrzeuges herzustellen, und zumindest eine kreisringförmige Rotorwange, die mit dem Rotorhut verbunden ist, umfasst, wobei die zumindest eine Rotorwange ein Paar einander gegenüberliegender Bremsflächen aufweist, auf die selektiv Bremsklötze angewendet werden, wenn ein Bremsen erwünscht ist.
Die Bremsrotoren sind typischerweise entweder massiv hergestellt oder mit einer inneren Belüftung versehen. Sie sind üblicherweise aus Legierungen auf Eisenbasis und insbesondere Gusseisen wie z. B. Grauguss a (G3000) und gedämpftem Gusseisen (G1800) gegossen. Gusseisenrotoren werden endformnah gegossen und nach dem Gießen maschinell in die Endform gearbeitet. Der Nachteil von Gusseisenrotoren besteht darin, dass sie nicht genug Korrosionsbeständigkeit im Vergleich mit anderen herkömmlichen Materialien aufweisen. Das Klima im Winter und die Verwendung von Salz auf den Straßen können die Situation verschlimmern.
Um die Korrosionsprobleme bei Gusseisenrotoren zu beseitigen, wurde ein ferritisches Nitrocarburierungs(FNC)-Verfahren entwickelt, um Korrosion der Reibfläche während des Betriebes zu verhindern. Allerdings kann die FNC-Oberfläche, wie erhalten, auf einer Nicht-Reibfläche nach Einwirkung einer feuchten Umgebung dennoch korrosionsanfällig sein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diesem Problem Rechnung zu tragen.
Zusammenfassung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1 eine perspektivische Darstellung eines Bremsrotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht; und
2 eine Schnittmikroskopansicht ist, welche die auf einen Abschnitt des Bremsrotors nach 1 aufgebrachte ferritische nitrocarburierte Behandlung veranschaulicht;
3 eine Schnittmikroskopansicht eines Abschnittes des Bremsrotors von 2 ist, wobei ein Abschnitt der ferritischen nitrocarburierten Behandlung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform entfernt wurde.
Detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 kann ein Bremsrotor 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht werden, der einen Hutabschnitt 22 mit einer Rotorwange 24 aufweist, die sich über den Umfang davon erstreckt. Die Rotorwange 24 kann allgemein als eine Reibfläche des Rotors 20 bezeichnet werden, die mit dem Bremssattel und weiteren Bremsenteilen in Eingriff steht, um ein Fahrzeug bei Verwendung zu verlangsamen, während der Hutabschnitt 22 allgemein als eine Nicht-Reibfläche bezeichnet werden kann, die bei der Verlangsamung eines Fahrzeuges durch Reibungseingriff und -ausrücken nicht beteiligt ist.
Die veranschaulichte Form des Bremsrotors 20 und insbesondere die jeweiligen Formen und relativen Abmessungen des Hutes 22 und der Rotorwange 24 sind nur ein spezielles Beispiel für eine möglicherweise unbegrenzte Vielfalt von Möglichkeiten oder Formen und Abmessungen von Bremsrotoren und sind somit nicht wie in 1 veranschaulicht beschränkt.
Der Bremsrotor 20 ist aus Gusseisen wie z. B. Grauguss a (G3000) und gedämpftem Gusseisen (G1800) gebildet ist.
Eine Oberflächenbehandlung 28 kann auf der Außenfläche 26 des Bremsrotors 20 aufgebracht sein und versieht die Außenfläche 26 mit einem Grad an Reibungswiderstand und mit einem Grad an Korrosionsbeständigkeit.
In der beispielhaften Ausführungsform, die in den 1 und 2 gezeigt ist, kann die Oberflächenbehandlung 28 eine ferritische nitrocarburierte (FNC) Beschichtung 28 sein, die bis zu einer Tiefe zwischen 10 und 20 Mikrometer und stärker bevorzugt etwa 15 Mikrometer aufgebracht ist und sich von der Außenfläche 26 weg erstreckt. Die ferritische nitrocarburierende Oberflächenbehandlung 28 kann die Oberflächenhärte und Korrosionsbeständigkeit in dem Bremsrotor 20 erhöhen wie auch eine erhöhte Reibung für Abschnitte des Rotors 20 bereitstellen, die mit dem Bremssattel und weiteren Bremsenteilen einschließlich der Rotorwange 24 in Eingriff treten, um bei der Verlangsamung des Fahrzeuges, auf das sie angewendet werden, unterstützend zu wirken.
Der Prozess zum Aufbringen der FNC-Oberflächenbehandlung 28 kann bei Temperaturen zwischen etwa 525 und 650 Grad Celsius (975 und 1200 Grad Fahrenheit) ausgeführt werden; die bevorzugte Prozesstemperatur kann ungefähr 565 Grad Celsius (1050 Grad Fahrenheit) betragen, um die erwünschte Beschichtung von etwa 10 bis 20 Mikrometer zu erreichen.
Beim Aufbringen kann, wie am besten in 2 gezeigt, ein Abschnitt der FNC-Beschichtung 28 in die Außenfläche 26 des Bremsrotors 20 hinein diffundieren, um eine Diffusionsschicht 30 zu bilden, während der verbleibende Abschnitt der FNC-Beschichtung 28 über der Oberfläche 26 als die Verbindungsschicht 32 bezeichnet werden kann. Die Verbindungsschicht 32 kann, wie oben erwähnt, bevorzugt eine Tiefe zwischen 10 und 20 Mikrometer und stärker bevorzugt etwa 15 Mikrometer aufweisen, und sich von der Außenfläche 26 weg erstrecken.
Die Diffusionsschicht 30 kann ein Gemisch der Phasen einschließlich der Epsilon-Fe2-3(N,C)- (die „Epsilonphase” oder „Hexagonalphase”) und der Gamma-Strich Fe4(N,C)- (die „Gammaphase”) und einer ferritischen Phase enthalten, das aus den Details der Prozessparameter wie z. B. Temperatur, Wärmebehandlungszeit und Gaszusammensetzung und Druck resultiert. Wie in 2 gezeigt, kann die ferritische Phase weiter weg von der Verbindungsschicht 32 und der Außenfläche 26 stärker vorherrschend werden.
Die Verbindungsschicht 32 kann auch ein spezifisches Gemisch der Phasen einschließlich der Epsilonphase, der Gammaphase und einer ferritischen Phase enthalten, das aus den Details der Prozessparameter wie z. B. Temperatur, Wärmebehandlungszeit und Gaszusammensetzung und Druck resultiert.
Die Verbindungsschicht 32 kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, dass sie einen inneren Abschnitt 33 näher an der Außenfläche 26 des Hutes 22 (und dem Diffusionsbereich 30) und einen Außenflächenabschnitt 34 aufweist.
Der innere Abschnitt 33 kann im Wesentlichena als die Epsilonphase betrachtet werden, die auch als der vorherrschende Epsilonphasenabschnitt 33 bekannt ist. Der Außenflächenabschnitt 34 kann ein Gemisch aus der Gammaphase, der Epsilonphase sowie Oxiden wie z. B. Fe₃O₄ enthalten.
Als Nächstes können, wie am besten in 3 gezeigt ist, der Hut 22 oder andere Nicht-Reibflächen des Bremsrotors 20 (nicht gezeigt) behandelt werden, um den Außenflächenabschnitt 34 zu entfernen und den darunter liegenden inneren Abschnitt 33 des Verbindungsbereiches 32 freizulegen. Im Spezielleren entfernt die Behandlung genug von dem Außenflächenabschnitt 34 der Verbindungsschicht 32, um den vorherrschenden Epsilonphasenabschnitt 33 darin freizulegen. In einer beispielhaften Ausführungsform für eine Oberflächenbehandlung 28, in der die Gesamttiefe der Verbindungsschicht 32 zwischen etwa 10 und 20 Mikrometer beträgt, kann die Behandlung etwa 2 und 6 Mikrometer des Außenflächenabschnittes 34 entfernen, um den inneren Abschnitt 33 freizulegen.
Es wird angenommen, dass die Freilegung bis zu dem Epsilonphasenabschnitt 33 den Nicht-Reibflächen des Bremsrotors 20 im Vergleich mit einer nicht polierten Oberflächenbehandlung (d. h., wenn der Außenflächenabschnitt 34 intakt bleibt und primär die Gammaphase und Oxide umfassen kann, wie oben beschrieben) eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit verleiht.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Behandlung aus Schleifen oder Polieren, bevorzugt mit einer Diamantpaste aus Partikeln von 1 Mikrometer, der äußeren Beschichtungsfläche 34 einwärts bis zu einer Tiefe zwischen etwa 2 und 6 Mikrometer bestehen, um den vorherrschenden Epsilonphasenabschnitt 33 der Verbindungsschicht 32 freizulegen. Experimentelle Tests von Rotoren 20 gemäß dieser Behandlung bestätigen, dass Proben, die den freigelegten vorherrschenden Epsilonphasenabschnitt 33 in dem Hut 22 aufweisen, weniger Korrosion im Vergleich mit den Rotoren 20 zeigten, in denen die äußere Beschichtung 34 innerhalb des Hutes 22 nicht poliert wurde.
Während das oben angeführte Verfahren zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit insbesondere in Bezug auf die Bremsrotoren 20 in den oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen erläutert wurde, ist eine ähnliche Verbesserung in der Korrosionsbeständigkeit in jedem Gusseisensubstrat zu erwarten, in dem eine FNC-Oberflächenbehandlung verwendet wurde. Somit kann das beispielhafte Verfahren zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit ebenso auf jedes FNC-behandelte Gusseisensubstrat anwendbar sein.

Claims

Verfahren zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit eines eine Rotorwange (24) und einen Rotorhut (22) aufweisenden Gusseisen-Bremsrotors (20), umfassend eine nitrocarburierte Oberflächenbehandlung, wobei das Verfahren umfasst, dass: die nitrocarburierte Oberflächenbehandlung auf eine Außenfläche (26) sowohl der Rotorwange (24) als auch des Rotorhuts (22) bis zu einer vorbestimmten Tiefe aufgebracht wird, wobei die aufgebrachte nitrocarburierte Oberflächenbehandlung einen Verbindungsbereich (32) mit einer vorbestimmten Tiefe umfasst, der sich von der Außenfläche (26) weg erstreckt; dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der vorbestimmten Tiefe des Verbindungsbereiches (32) nur im Bereich des Rotorhuts (22) oder anderer Nicht-Reibflächen des Gusseisen-Bremsrotors (20) entfernt wird, um einen vorherrschenden Epsilonphasenabschnitt (33) freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen eines Abschnittes des Verbindungsbereiches (32) im Bereich des Rotorhuts (22) oder anderer Nicht-Reibflächen des Bremsrotors (20) umfasst, dass der Verbindungsbereich geschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Schleifen umfasst, dass der Verbindungsbereich (32) mit einer Diamantpaste geschliffen wird, die Diamantpartikel mit einem Durchmesser von 1 Mikrometer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen eines Abschnittes des Verbindungsbereiches (32) im Bereich des Rotorhuts (22) oder anderer Nicht-Reibflächen des Gusseisen-Bremsrotors (20) umfasst, dass der Verbindungsbereich (32) poliert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polieren umfasst, dass der Verbindungsbereich (32) mit einer Diamantpaste poliert wird, die Diamantpartikel mit einem Durchmesser von 1 Mikrometer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorherrschende Epsilonphasenabschnitt (33) zwischen 2 und 6 Mikrometer von einer Außenfläche (26) der nitrocarburierten Oberflächenbehandlung entfernt angeordnet ist, wobei die vorbestimmte Tiefe zwischen 10 und 20 Mikrometer liegt.
Gusseisen-Bremsrotor (20) dessen Korrosionsbeständigkeit unter Verwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 verbessert wurde.