ES2882607T3 - Método para realizar un disco de freno y disco de freno para freno de discos - Google Patents

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Abstract

Método para realizar un disco de freno, que comprende las siguientes etapas de funcionamiento: a) disponer un disco de freno, que comprende una banda de frenado (2) dotada de dos superficies de frenado opuestas (2a, 2b), cada una de las cuales define al menos parcialmente uno de dos lados principales del disco, estando la banda de frenado realizada de aluminio o aleación de aluminio o estando realizada de hierro fundido gris o acero; b) depositar sobre el disco una capa de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada mediante técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o mediante técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o mediante técnica de KM (metalización cinética), formando un recubrimiento protector de base (30) que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado en contacto directo con el mismo; y c) depositar sobre dicho recubrimiento protector de base (30) un material en forma particulada que consiste en carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) mediante técnica de HVOF o mediante técnica de HVAF o mediante técnica de KM, formando un recubrimiento protector de superficie (3), que consiste en carburo de wolframio (WC) y hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) y que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para realizar un disco de freno y disco de freno para freno de discos
Campo de aplicación
La presente invención se refiere a un método para realizar un disco de freno y a un disco de freno para freno de discos.
Técnica anterior
Un disco de freno de un sistema de freno de discos de un vehículo comprende una estructura anular, o banda de frenado, y un elemento de fijación central, conocido como campana, por medio del cual se fija el disco a la parte rotatoria de una suspensión de vehículo, por ejemplo un cubo. La banda de frenado está dotada de superficies de frenado opuestas adaptadas para actuar conjuntamente con elementos de fricción (zapatas de freno), alojados en al menos un cuerpo de mordaza colocado a horcajadas en la banda de frenado y solidario con un componente no rotatorio de la suspensión de vehículo. La interacción controlada entre las zapatas de freno opuestas y las superficies de frenado opuestas de la banda de frenado determina una acción de frenado mediante fricción que permite la desaceleración o parada del vehículo.
Generalmente, el disco de freno se realiza de hierro fundido gris o acero. De hecho, este material permite obtener un buen rendimiento de frenado (especialmente en cuanto a la contención del desgaste) a un coste relativamente bajo. Los discos realizados de carbono o materiales carbo-cerámicos ofrecen un rendimiento mucho mayor, pero a un coste mucho más alto.
Los límites de los discos tradicionales, realizados de hierro fundido o acero, están relacionados con el desgaste excesivo. Con respecto a los discos realizados de hierro fundido gris, otro aspecto muy negativo está relacionado con una oxidación en superficie excesiva, con la consiguiente formación de herrumbre. Este aspecto tiene un impacto tanto sobre el rendimiento del disco de freno como sobre su aspecto dado que la herrumbre en el disco de freno es estéticamente inaceptable para los usuarios. Se han realizado intentos de abordar tales problemas dotando los discos realizados de hierro fundido gris o acero de un recubrimiento protector. Por un lado, el recubrimiento protector reduce el desgaste del disco y, por otro lado, protege la base de hierro fundido gris frente a la oxidación de superficie, impidiendo de ese modo la formación de una capa de herrumbre. Sin embargo, los recubrimientos protectores actualmente disponibles y aplicados sobre discos, aunque ofrecen resistencia al desgaste, son propensos a descascarillado que provoca su desprendimiento a partir del propio disco.
Se han sugerido discos realizados de aluminio como alternativa a discos realizados de hierro fundido gris o acero con el fin de reducir el peso del disco. Los discos de aluminio están dotados de recubrimientos protectores. El recubrimiento protector, por un lado, reduce el desgaste del disco, garantizando de ese modo un rendimiento comparable al de discos de hierro fundido, y, por otro lado, protege la base de aluminio frente a las temperaturas que se generan durante el frenado, que son muy superiores al punto de reblandecimiento del aluminio (200 -400°C).
Sin embargo, los recubrimientos protectores actualmente disponibles y aplicados sobre discos de aluminio y sobre discos de hierro fundido gris o acero, aunque ofrecen resistencia al desgaste, son propensos a descascarillado que provoca su desprendimiento a partir del propio disco.
Un recubrimiento protector de este tipo se describe, por ejemplo, en la patente US4715486, con respecto a un freno de discos de bajo desgaste. El disco, realizado en particular de hierro fundido, tiene un recubrimiento realizado de un material particulado depositado sobre el disco mediante técnica de impacto a alta energía cinética. Según una primera realización, el recubrimiento contiene desde el 20% hasta el 30% de carburo de wolframio, el 5% de níquel y la parte restante de una mezcla de carburos de cromo y wolframio. Según una segunda realización, el recubrimiento contiene desde el 80% hasta el 90% de carburo de wolframio, hasta el 10% de cobalto, hasta el 5% de cromo y hasta el 5% de carbono.
En el caso de la aplicación del recubrimiento con técnicas de proyección de llama, debido al desprendimiento de los recubrimientos protectores convencional a partir de discos realizados de aluminio o aleación de aluminio, se encuentra la presencia de carbono libre en el recubrimiento protector. Este fenómeno también afecta a discos realizados de hierro fundido gris o acero. De hecho, el carbono tiende a quemarse, combinándose con el oxígeno incorporado en el recubrimiento protector que está formándose. Esto conduce a la formación de microburbujas dentro del recubrimiento, lo cual puede impedir una adhesión adecuada del recubrimiento sobre el disco, facilitando de ese modo su retirada.
A partir de lo anterior, resulta evidente que los discos realizados de aluminio o aleación de aluminio o de hierro fundido gris o acero dotados de recubrimientos protectores no pueden usarse actualmente en el campo de sistemas de frenado.
Sin embargo, teniendo en cuenta las ventajas en cuanto a la resistencia al desgaste, garantizada mediante los recubrimientos protectores, se percibe fuertemente la necesidad en el campo de resolver los inconvenientes anteriormente mencionados con referencia a la técnica anterior. En particular, se percibe la necesidad de discos de aluminio o de hierro fundido gris o acero equipados con recubrimientos protectores que puedan aumentar la resistencia al desgaste del disco y al mismo tiempo sean resistentes a lo largo del tiempo.
Este solicitante sugirió una solución a los problemas anteriormente mencionados en la solicitud internacional WO2014/097187 para discos realizados de hierro fundido gris o acero y en la solicitud internacional WO2014/097186 para discos de aluminio.
En el caso de discos realizados de hierro fundido gris o acero, consiste en realizar un recubrimiento protector sobre las superficies de frenado de un freno de discos obtenido depositando un material en forma particulada que consiste en del 70 al 95% en peso de carburo de wolframio, desde el 5% hasta el 15% en peso de cobalto y desde el 1% hasta el 10% en peso de cromo. La deposición del material en forma particulada se obtiene por medio de técnicas de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o KM (metalización cinética).
Más en detalle, según la solución ofrecida en el documento WO2014/097187, la combinación de las técnicas de deposición de HVOF, HVAF o KM y de los componentes químicos usados para formar el recubrimiento permite obtener un recubrimiento protector con alta fuerza de unión, lo cual garantiza un alto grado de anclaje sobre hierro fundido gris o acero. El material particulado usado no contiene carbono libre (C), ni siquiera en forma de trazas. Esto permite reducir significativamente los fenómenos de descascarillado de recubrimiento protector. En el caso de discos realizados de aluminio o aleación de aluminio, el material en forma particulada usado para realizar el recubrimiento protector consiste en del 80 al 90% en peso de carburo de wolframio, desde el 8% hasta el 12% en peso de cobalto y desde el 2% hasta el 6% en peso de cromo. También en este caso, la deposición del material en forma particulada se obtiene por medio de técnicas de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o KM (metalización cinética).
Con el fin de obtener efectos similares a los de discos de hierro fundido gris o acero, es decir, obtener un recubrimiento protector con alta fuerza de unión y reducción de descascarillado relacionado con la presencia de carbono libre.
La adopción de la solución ofrecida en el documento WO2014/097187 para discos realizados de hierro fundido gris o acero o en el documento WO2014/097186 para discos realizados de aluminio o aleación de aluminio permite reducir significativamente los fenómenos de descascarillado de recubrimiento protector encontrados en la técnica anterior conocida, pero no eliminarlos completamente. De hecho, incluso en discos realizados de aluminio o aleación de aluminio o hierro fundido o acero dotados de un recubrimiento protector realizado según los documentos WO2014/097186 o WO2014/097187, siguen produciéndose descascarillado y hundimiento del recubrimiento protector, aunque con menor frecuencia que en la técnica anterior conocida.
Este solicitante ha ofrecido una solución al problema de descascarillado y hundimiento del recubrimiento protector en la solicitud internacional WO2017046681A1. En particular, una solución de este tipo incluye realizar un recubrimiento protector de base que consiste en del 65% al 95% de carburo de cromo (Cr3C2) y, para el resto, en níquel-cromo (NiCr) entre el recubrimiento protector y las superficies de frenado. El recubrimiento protector de superficie, realizado sobre el recubrimiento protector de base, consiste en del 80 al 90% en peso de carburo de wolframio (WC) y el resto de cobalto (Co). La deposición del material en forma particulada para ambos recubrimientos protectores se obtiene por medio de técnicas de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o KM (metalización cinética). Esta solución puede aplicarse sobre discos realizados de aluminio, hierro fundido gris o acero.
La solución técnica ofrecida por el documento WO2017046681A1, aunque es eficaz, tiene el inconveniente de contener cobalto (Co) en el recubrimiento protector de superficie. Esta solución ya no es aceptable debido a la peligrosidad de cobalto para la salud humana. De hecho, existe un riesgo de que el recubrimiento de superficie pueda dispersar polvo de cobalto al entorno a lo largo del tiempo, debido al desgaste.
Por tanto, sigue existiendo en el campo de referencia la necesidad de discos (realizados de aluminio o hierro fundido gris o acero) dotados de recubrimientos protectores que no sean propensos a descascarillado o sean propensos al mismo en un grado mucho menor que las soluciones conocidas, para garantizar una resistencia al desgaste a lo largo del tiempo y, al mismo tiempo, que no contengan cobalto. El documento FR 2631 044 A1 da a conocer un disco de freno con una capa de óxido de cerámica y una capa intermedia de Ni, Cr o Al.
Presentación de la invención
La necesidad de discos dotados de recubrimientos protectores que no sean propensos a descascarillado o sean propensos al mismo en un grado mucho menor que las soluciones conocidas, para garantizar una resistencia al desgaste a lo largo del tiempo, y que al mismo tiempo no contengan cobalto, se cumple mediante un método para fabricar un disco de freno según la reivindicación 1 y mediante un disco de freno para frenos de discos según la reivindicación 14.
En particular, esta necesidad puede cumplirse mediante un método para fabricar un disco de freno realizado de aluminio con recubrimiento protector que comprende las siguientes etapas de funcionamiento:
a) disponer un disco de freno, que comprende una banda de frenado dotada de dos superficies de frenado opuestas, cada una de las cuales define al menos parcialmente uno de dos lados principales del disco, estando la banda de frenado realizada de aluminio o aleación de aluminio o estando realizada de hierro fundido gris o acero;
b) depositar sobre el disco una capa de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada mediante técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o mediante técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o mediante técnica de KM (metalización cinética), formando de ese modo un recubrimiento protector de base que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado en contacto directo con el mismo; y
c) depositar sobre dicho recubrimiento protector de base un material en forma particulada que consiste en carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) mediante técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o mediante técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o mediante técnica de KM (metalización cinética), formando un recubrimiento protector de superficie, que consiste en carburo de wolframio (WC) y hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) y que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado.
Preferiblemente, el material en forma particulada depositado en la etapa b) de deposición para realizar el recubrimiento protector de base 30 consiste en del 65% al 95% de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) para el resto.
En particular, el material en forma particulada depositado en la etapa b) de deposición para realizar el recubrimiento protector de base 30 puede tener las siguientes composiciones:
- el 93% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 7% de níquel-cromo (NiCr);
- desde el 90% en peso de carburo
Figure imgf000004_0001
de cromo (Cr3C2) y el 10% de níquel-cromo (NiCr); - desde el 75% en peso de carburo
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de cromo (Cr3C2) y el 25% de níquel-cromo (NiCr); o - desde el 65% en peso de carburo
Figure imgf000004_0003
de cromo (Cr3C2) y el 35% de níquel-cromo (NiCr). Preferiblemente, el material en forma particulada depositado en la etapa b) de deposición para realizar el recubrimiento protector de base 30 consiste en el 75% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 25% de níquelcromo (NiCr).
Preferiblemente, el níquel-cromo (NiCr) consiste en el 80% de níquel y el 20% de cromo.
Preferiblemente, el material en forma particulada depositado en la etapa c) de deposición para realizar el recubrimiento protector de superficie 3 consiste en del 75% al 87% en peso de carburo de wolframio (WC) y hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) para el resto.
Preferiblemente, el material en forma particulada depositado en la etapa c) de deposición para realizar el recubrimiento protector de superficie 3 consiste en del 10% al 17% en peso de hierro (Fe), desde el 2,5% hasta el 5,8% en peso de cromo (Cr), del 0,6% al 2,2% en peso de aluminio (Al) y el resto de carburo de wolframio (WC).
Incluso más preferiblemente, el material en forma particulada depositado en la etapa c) de deposición para realizar el recubrimiento protector de superficie 3 consiste en el 85% en peso de carburo de wolframio (WC) y el 15% en peso de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al).
Según una realización particularmente preferida de la invención, tanto el material en forma particulada depositado en la etapa b) de deposición para realizar el recubrimiento protector de base como el material en forma particulada depositado en la etapa c) de deposición para realizar el recubrimiento protector de superficie se depositan por medio de técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad).
Preferiblemente, el grosor del recubrimiento protector de base 3 es de entre 20 |jm y 60 |jm, y preferiblemente igual a 40 |jm.
Preferiblemente, el grosor del recubrimiento protector de superficie 3 es de entre 30 jm y 70 jm, y preferiblemente igual a 50 jm.
Ventajosamente, el material en forma particulada que se deposita en la etapa b) para formar el recubrimiento protector de base tiene un tamaño de partícula de entre 5 y 40 jm.
Ventajosamente, el material en forma particulada que se deposita en la etapa c) para formar el recubrimiento protector de superficie tiene un tamaño de partícula de entre 5 y 45 jm.
Según una implementación particularmente preferida de la invención, la etapa b) de deposición comprende dos o más etapas independientes de depositar carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) sobre la misma superficie para formar el recubrimiento protector de base.
En particular, la etapa b) de deposición comprende una primera etapa de depositar carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada para crear una primera capa del recubrimiento protector de base directamente sobre el disco y una segunda etapa de depositar carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada para crear una segunda capa sobre la primera capa, teniendo el carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) depositados en la primera etapa de deposición un tamaño de partícula mayor que los depositados en la segunda etapa de deposición.
Incluso más en particular, el carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) depositados en la primera etapa de deposición tienen un tamaño de partícula de entre 30 y 40 jm, mientras que el carburo de cromo (Cr3C2) y el níquel-cromo (NiCr) depositados en la segunda etapa de deposición tienen un tamaño de partícula de entre 5 y 20 jm.
Preferiblemente, en la etapa b) la deposición de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada se realiza de una manera diferenciada sobre la superficie del disco al menos en cuanto al grosor del recubrimiento.
En particular, cada cara principal del disco está definida por al menos una primera porción anular, correspondiente a una superficie de frenado de la banda de frenado, y por una segunda porción anular que es más interna que la primera y que define la zona de montaje del disco en un vehículo. Durante la etapa b) de deposición se realiza un recubrimiento protector de base que cubre al menos ambas porciones. El grosor del recubrimiento protector de base formado sobre la primera porción anular es mayor que el del recubrimiento protector de base realizado sobre la segunda porción.
Ventajosamente, la etapa c) de depositar el carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) comprende dos o más etapas distintas de depositar el material particulado sobre la misma superficie para formar el recubrimiento protector de superficie.
En particular, la etapa c) de deposición comprende una primera etapa de depositar el material en forma particulada para crear una primera capa de recubrimiento protector de superficie directamente sobre el recubrimiento protector de base y una segunda etapa de depositar el material en forma particulada para crear una segunda capa sobre la primera capa. El material particulado depositado en la primera etapa de deposición tiene un tamaño de partícula mayor que el depositado con la segunda etapa de deposición.
Incluso más en particular, el material particulado (carburo de wolframio, hierro, cromo y aluminio) depositado en la primera etapa de deposición tiene un tamaño de partícula de entre 30 y 45 jm, mientras que el material particulado depositado en la segunda etapa de deposición tiene un tamaño de partícula de entre 5 y 20 jm.
Preferiblemente, en la etapa c) de depositar el material particulado (carburo de wolframio, hierro, cromo y aluminio) se deposita de una manera diferenciada sobre la superficie del disco al menos en cuanto al grosor del recubrimiento. En particular, el grosor del recubrimiento protector de superficie formado sobre la primera porción anular es mayor que el del recubrimiento protector de superficie realizado sobre la segunda porción.
En particular, la necesidad de discos equipados con recubrimientos protectores que no sean propensos a descascarillado o sean propensos al mismo en un grado mucho menor que las soluciones conocidas y al mismo tiempo no contengan cobalto, se cumple mediante un disco de freno para un freno de discos, que comprende una banda de frenado dotada de dos superficies de frenado mutuamente opuestas, cada una de las cuales define al menos parcialmente una de las dos caras principales del disco.
La banda de frenado puede realizarse de aluminio o aleación de aluminio o puede realizarse de hierro fundido o acero.
Según una realización particularmente preferida de la invención, la banda de frenado del disco se realiza de hierro fundido gris. En particular, todo el disco se realiza de hierro fundido gris.
El disco está dotado de un recubrimiento protector de base que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado. El recubrimiento protector de base consiste en carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) y se obtiene depositando directamente sobre el disco carburo de cromo (Cr3C2) y níquelcromo (NiCr) en forma particulada mediante técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o mediante técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o mediante técnica de KM (metalización cinética).
El disco está dotado además de un recubrimiento protector de superficie que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado.
Según la invención, el recubrimiento protector de superficie consiste en carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) y se obtiene depositando sobre el recubrimiento protector de base carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) en forma particulada mediante técnica de HVOF o mediante técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o mediante técnica de KM (metalización cinética).
Preferiblemente, el recubrimiento protector de base consiste en del 65% al 95% de carburo de cromo (Cr3C2) y el resto de níquel-cromo (NiCr).
En particular, el recubrimiento protector de base puede tener las siguientes composiciones:
- el 93% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 7% de níquel-cromo (NiCr);
- desde el 90% en peso de carburo
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de cromo (Cr3C2) y el 10% de níquel-cromo (NiCr); - desde el 75% en peso de carburo
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de cromo (Cr3C2) y el 25% de níquel-cromo (NiCr); o - desde el 65% en peso de carburo
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de cromo (Cr3C2) y el 35% de níquel-cromo (NiCr). Preferiblemente, el recubrimiento protector de base consiste en el 75% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 25% de níquel-cromo (NiCr).
Preferiblemente, el níquel-cromo (NiCr) consiste en el 80% de níquel y el 20% de cromo.
Preferiblemente, el recubrimiento protector de superficie consiste en del 75% al 87% en peso de carburo de wolframio (WC) y hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) para el resto.
Incluso más preferiblemente, el recubrimiento protector de superficie consiste en el 85% en peso de carburo de wolframio (WC) y el 15% en peso de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al).
Ventajosamente, el grosor del recubrimiento protector de base es de entre 20 |jm y 60 |jm, y preferiblemente igual a 40 jm.
Ventajosamente, el grosor del recubrimiento protector de superficie es de entre 30 jm y 70 jm, y preferiblemente igual a 50 jm.
Descripción de los dibujos
Características y ventajas adicionales de la presente invención resultarán más comprensibles a partir de la siguiente descripción de realizaciones preferidas facilitadas a modo de ejemplos no limitativos, en las que:
- la figura 1 muestra una vista en planta desde arriba de un freno de discos según una realización de la presente invención; y
- la figura 2 muestra una vista en sección del disco en la figura 1 tomada a lo largo de la línea de sección II-II indicada en la misma.
Elementos o partes en común a las realizaciones descritas a continuación se indicarán usando los mismos números de referencia.
Descripción detallada
Con referencia a las figuras anteriormente mencionadas, el número de referencia 1 indica un disco de freno en su conjunto según la presente invención.
Según una realización general de la invención, mostrada en las figuras adjuntas, el freno de discos 1 comprende una banda de frenado 2, dotada de dos superficies de frenado opuestas 2a y 2b, cada una de las cuales define al menos parcialmente una de las dos caras principales del disco.
La banda de frenado 2 puede realizarse de aluminio o aleación de aluminio o puede realizarse de hierro fundido o acero.
Preferiblemente, la banda de frenado se realiza de hierro fundido gris. En particular, todo el disco se realiza de hierro fundido gris. Por tanto, en la siguiente descripción, se hará referencia a un disco realizado de hierro fundido gris, sin excluir, sin embargo, la posibilidad de que se realice de aluminio o aleaciones de aluminio o acero.
El disco 1 está dotado de:
- un recubrimiento protector de base 30 que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado y se realiza en contacto directo con tales superficies; y
- un recubrimiento protector de superficie 3 que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado y se realiza para cubrir el recubrimiento protector de base 30 anteriormente mencionado.
El recubrimiento protector de base 30 consiste en carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) y se obtiene depositando directamente sobre el disco 1 carburo de cromo y níquel-cromo en forma particulada mediante técnica de HVOF o mediante técnica de HVAF o mediante técnica de KM (metalización cinética).
Preferiblemente, el recubrimiento protector de base 30 consiste en del 65% al 95% de carburo de cromo (Cr3C2) y el resto de níquel-cromo (NiCr).
En particular, el recubrimiento protector de base 30 puede tener las siguientes composiciones:
- el 93% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 7% de níquel-cromo (NiCr);
- desde el 90% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 10% de níquel-cromo (NiCr); - desde el 75% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 25% de níquel-cromo (NiCr); o - desde el 65% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 35% de níquel-cromo (NiCr). Preferiblemente, el recubrimiento protector de base 30 consiste en el 75% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 25% de níquel-cromo (NiCr).
Preferiblemente, el níquel-cromo (NiCr) consiste en el 80% de níquel y el 20% cromo.
Según la invención, el recubrimiento protector de superficie 3 consiste en carburo de wolframio (WC) y en hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) y se obtiene depositando sobre el recubrimiento protector de base 30 carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) en forma particulada mediante técnica de HVOF o mediante técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o mediante técnica de KM (metalización cinética).
Preferiblemente, el recubrimiento protector de superficie 3 consiste en del 75% al 87% en peso de carburo de wolframio (WC) y hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) para el resto. Incluso más preferiblemente, el recubrimiento protector de superficie 3 consiste en el 85% en peso de carburo de wolframio (WC) y el 15% en peso de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al).
Ventajosamente, el grosor del recubrimiento protector de base 30 es de entre 20 |jm y 60 |jm, y preferiblemente igual a 40 jm, mientras que el grosor del recubrimiento protector de superficie 3 es de entre 30 jm y 70 jm, y preferiblemente igual a 50 jm.
Sorprendentemente, se ha encontrado que el recubrimiento protector de superficie 3 que consiste en carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) tiene un comportamiento comparable a una capa protectora de superficie que consiste en carburo de wolframio y cobalto tanto en cuanto a la resistencia al desgaste como en cuanto al comportamiento tribológico (fricción, desgaste, lubricación) en condiciones ambientales normales.
También se determinó que el recubrimiento protector de superficie 3 que consiste en carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) tiene el mejor rendimiento en cuanto a resistencia mecánica en presencia de tensiones ambientales (choques térmicos y daño por sal) con respecto a una capa protectora de superficie que consiste en carburo de wolframio y cobalto.
Dicho de otro modo, el recubrimiento protector de superficie según la presente invención (WC, Fe, Cr y Al) demuestra ser un sustituto perfecto de recubrimientos realizados de carburo de wolframio y cobalto, con la ventaja de estar completamente libre de cobalto e incluso de presentar mejoras de rendimiento en situaciones de funcionamiento dadas (véase la resistencia mecánica en presencia de tensiones ambientales).
También se ha verificado experimentalmente que, de manera similar a la capa protectora de carburo de wolframio y cobalto descrita en el documento WO2017046681A1, el recubrimiento protector de superficie realizado de WC, Fe, Cr y según la presente invención también se acopla bien a una capa protectora de base 3 realizada de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr), permitiendo que esta última realice su función anticorrosiva y, por tanto, impida el inicio de los fenómenos de descascarillado.
De hecho, incluso en un freno de discos equipado con un recubrimiento protector de superficie según la invención (es decir, realizado de WC, Fe, Cr y Al), se ha verificado que la presencia del recubrimiento protector de base 30 realizado de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) bajo el recubrimiento protector de superficie 3 elimina sustancialmente los fenómenos del descascarillado que afectan a los discos tradicionales. Más en detalle, en discos tradicionales con recubrimientos protectores se ha encontrado que el descascarillado se induce por la oxidación de la zona de superficie de contacto entre disco y recubrimiento. Una oxidación de este tipo está generalmente provocada por la penetración de humedad entre el disco y el recubrimiento. La presencia de una capa de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) que forma el recubrimiento protector de base 30 contrasta eficazmente con tales fenómenos oxidativos, resolviendo de ese modo el problema de descascarillado del recubrimiento protector de superficie 3 con función antidesgaste. Dicho de otro modo, el recubrimiento protector de base 30 tiene una función anticorrosiva, que está asociada con la función antidesgaste del recubrimiento protector de superficie 3 (realizado de carburo de wolframio y hierro, cromo y aluminio). La acción anticorrosiva resulta beneficiosa para la integridad y la adhesión del recubrimiento protector de superficie 3 al disco.
El recubrimiento protector de base 30 también realiza una función de “amortiguación” mecánica para el recubrimiento protector de superficie (antidesgaste). De hecho, el recubrimiento protector de base 30 formado por carburo de cromo y níquel-cromo tiene un grado de ductilidad superior al recubrimiento protector de superficie 3 formado por carburo de wolframio, hierro, cromo y aluminio. Esto confiere un comportamiento elástico a la capa de base 30 que ayuda a mitigar, al menos en parte, las tensiones conferidas al disco cuando está en uso. Por tanto, el recubrimiento protector de base 30 actúa como una especie de amortiguador o cojín entre el disco y el recubrimiento protector de superficie 3. Esto impide una transmisión directa de tensiones entre las dos partes, reduciendo de ese modo el riesgo de iniciar fisuras en el recubrimiento protector de superficie 3. Con respecto a la función antidesgaste, el recubrimiento protector de superficie 3 no se ve afectado por la presencia del recubrimiento protector de base 30 realizado de carburo de cromo y níquel-cromo.
Por motivos de simplicidad, ahora se describirá el disco de freno 1 junto con el método según la presente invención. El disco de freno 1 se realiza preferiblemente, pero no necesariamente, con el método según la invención descrito a continuación.
Según una implementación general del método según la invención, el método comprende las siguientes etapas de funcionamiento:
a) disponer un disco de freno, que comprende una banda de frenado dotada de dos superficies de frenado opuestas, cada una de las cuales define al menos parcialmente uno de dos lados principales del disco, estando la banda de frenado realizada de aluminio o aleación de aluminio o estando realizada de hierro fundido gris o acero;
b) depositar sobre el disco una capa de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada mediante técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o mediante técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o mediante técnica de KM (metalización cinética), formando de ese modo un recubrimiento protector de base que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado en contacto directo con el mismo; y
c) depositar sobre dicho recubrimiento protector de base un material en forma particulada que consiste en carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) mediante técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o mediante técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o mediante técnica de KM (metalización cinética), formando un recubrimiento protector de superficie, que consiste en carburo de wolframio (WC) y hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) y que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado.
Preferiblemente, el material en forma particulada depositado en la etapa b) de deposición para realizar el recubrimiento protector de base 30 consiste en del 65% al 95% de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) para el resto.
En particular, el material en forma particulada depositado en la etapa b) de deposición para realizar el recubrimiento protector de base 30 puede tener las siguientes composiciones:
- el 93% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 7% de níquel-cromo (NiCr);
- desde el 90% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 10% de níquel-cromo (NiCr); - desde el 75% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 25% de níquel-cromo (NiCr); o - desde el 65% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 35% de níquel-cromo (NiCr). Preferiblemente, el material en forma particulada depositado en la etapa b) de deposición para realizar el recubrimiento protector de base 30 consiste en el 75% en peso de carburo de cromo (Cr3C2) y el 25% de níquelcromo (NiCr).
Preferiblemente, el níquel-cromo (NiCr) consiste en el 80% de níquel y el 20% cromo.
Preferiblemente, el material en forma particulada depositado en la etapa c) de deposición para realizar el recubrimiento protector de superficie 3 consiste en del 75% al 87% en peso de carburo de wolframio (WC) y hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) para el resto.
Preferiblemente, el material en forma particulada depositado en la etapa c) de deposición para realizar el recubrimiento protector de superficie 3 consiste en del 10% al 17% en peso de hierro (Fe), desde el 2,5% hasta el 5,8% en peso de cromo (Cr), del 0,6% al 2,2% en peso de aluminio (Al) y el resto de carburo de wolframio (WC).
Incluso más preferiblemente, el recubrimiento protector de superficie 3 que se obtiene consiste en el 85% en peso de carburo de wolframio (WC) y el 15% en peso de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al).
Ventajosamente, el disco de freno está dotado de una porción adaptada para fijar el disco a un vehículo, constituida por una porción anular 4 que está dispuesta de manera central con respecto al disco 1 y concéntrica a la banda de frenado 2. La porción de fijación 4 soporta el elemento de conexión 5 al cubo de rueda (es decir, a la campana). La campana puede formarse de una pieza con la porción de fijación anular (tal como se muestra en las figuras adjuntas) o puede formarse por separado y después fijarse por medio de elementos de conexión apropiados a la porción de fijación.
La porción de fijación anular 4 puede realizarse del mismo material que la banda de frenado, es decir de hierro fundido gris, o de otro material apropiado. La campana 5 también puede realizarse de hierro fundido gris o de otro material apropiado. En particular, todo el disco (es decir, la banda de frenado, la porción de fijación y la campana) puede realizarse de hierro fundido gris.
Preferiblemente, la banda de frenado 2 se realiza mediante colada. De manera similar, cuando se realizan de hierro fundido gris, la porción de fijación y/o la campana pueden producirse mediante colada.
La porción de fijación anular puede realizarse de un único cuerpo con la banda de frenado (tal como se muestra en las figuras adjuntas) o puede realizarse como un cuerpo independiente, mecánicamente conectado a la banda de frenado.
Preferiblemente, la etapa b) de depositar la capa de carburo de cromo y níquel-cromo va precedida por una etapa d) de preparar la superficie sobre la cual tiene que realizarse el recubrimiento protector de base 30. En particular, la etapa d) de preparación de superficie consiste en limpiar la superficie con disolventes adaptados para eliminar aceite o suciedad. Preferiblemente, la etapa d) de preparación puede comprender acciones abrasivas sobre la superficie del disco, por ejemplo mediante lijado o pulido.
Ventajosamente, el material en forma particulada (cromo y níquel-cromo) que se deposita en la etapa b) para formar el recubrimiento protector de base 30 tiene un tamaño de partícula de entre 5 y 40 |jm. La elección de un intervalo de valores de este tipo permite conferir altas propiedades de densidad de superficie de deposición y capacidad de adhesión al recubrimiento.
Preferiblemente, el grosor del recubrimiento protector de base 3 es de entre 20 jm y 60 jm, y preferiblemente igual a 40 |jm. La elección de un intervalo de valores de este tipo permite lograr un equilibrio óptimo entre la eficacia de la acción de protección antioxidante y la limitación de las dilataciones térmicas en el propio recubrimiento. Dicho de otro modo: si el grosor del recubrimiento protector de base 30 fuera de menos de 20 jm, no habría una acción de protección antioxidante suficiente. Por otro lado, un grosor mayor de 60 jm puede conducir con el tiempo a una adhesión imperfecta debido a dilataciones térmicas que se producen durante el ciclo de vida de un freno de discos.
Dentro del intervalo anteriormente mencionado de grosores del recubrimiento protector de base 30 puede realizarse el efecto anteriormente mencionado de “amortiguador” que ayuda a conservar la integridad del recubrimiento protector de superficie 3.
Ventajosamente, el material en forma particulada (carburo de wolframio, hierro, cromo y aluminio) que se deposita en la etapa c) para formar el recubrimiento protector de superficie tiene un tamaño de partícula de entre 5 y 45 jm. La elección de un intervalo de valores de este tipo permite conferir altas propiedades de densidad, dureza y porosidad limitada al recubrimiento.
Preferiblemente, el grosor del recubrimiento protector de superficie 3 es de entre 30 jm y 70 jm, y preferiblemente igual a 50 jm. La elección de un intervalo de valores de este tipo permite lograr un equilibrio óptimo entre el consumo de la capa protectora y la limitación de las dilataciones térmicas en el propio recubrimiento. Dicho de otro modo, si el grosor del recubrimiento protector fuera de menos de 20 jm, en caso de desgaste, se eliminaría totalmente en un tiempo excesivamente corto. Por otro lado, un grosor mayor de 80 jm puede conducir con el tiempo a una adhesión imperfecta debido a dilataciones térmicas que se producen durante el ciclo de vida de un freno de discos.
Tal como se mencionó, tanto el carburo de cromo y el níquel-cromo que forman el recubrimiento protector de base 30, como el carburo de wolframio, hierro, cromo y aluminio que forman el recubrimiento protector de superficie 3, se depositan en forma particulada respectivamente sobre el disco y el recubrimiento protector de base 30 mediante técnica de HVOF o mediante técnica de HVAF o mediante técnica de KM.
Estas tres técnicas de deposición las conoce bien un experto en la técnica y, por tanto, no se describirán en detalle.
HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) es una técnica de deposición de pulverización de polvo que usa un dispositivo de pulverización dotado de una cámara de mezclado y combustión y de una boquilla de pulverización. Se alimentan oxígeno y combustible a la cámara. El gas de combustión caliente que se forma a presiones próximas a 1 MPA atraviesa la boquilla convergente-divergente y transporta el material en polvo a velocidad hipersónica (es decir, superior a MACH 5). El material en polvo que va a depositarse se inyecta en el flujo de gas caliente, en el que se funde rápidamente y se acelera hasta una velocidad del orden de 1000 m/s. Una vez que ha impactado sobre la superficie de deposición, el material fundido se enfría rápidamente y se forma una estructura muy densa y compacta gracias al impacto a alta energía cinética.
La técnica de deposición de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) es similar a la técnica de HVOF. La diferencia es que se suministra aire en lugar de oxígeno al interior de la cámara de combustión en la técnica de HVAF. Por tanto, las temperaturas empleadas son inferiores a las de la técnica de HVOF. Esto permite un mejor control de la alteración térmica del recubrimiento.
La técnica de deposición de KM (metalización cinética) es un procedimiento de deposición en estado sólido en el que se pulverizan polvos de metal a través de una boquilla de deposición sónica en dos etapas que aceleran y cargan de manera triboeléctrica las partículas de metal en un flujo de gas inerte. Se suministra energía térmica en la corriente portadora. La energía potencial del flujo de gas inerte comprimido y de la energía térmica se convierte en energía cinética de los polvos en el procedimiento. Una vez aceleradas a alta velocidad y eléctricamente cargadas, las partículas se dirigen contra la superficie de deposición. La colisión a alta velocidad de las partículas de metal con una superficie de este tipo provoca una gran deformación de las partículas (aproximadamente el 80% en una dirección perpendicular al impacto). Esta deformación da como resultado un enorme aumento del área de superficie de las partículas. Como efecto del impacto, se forma un contacto íntimo entre las partículas y la superficie de deposición, lo cual conduce a la formación de enlaces metálicos y un recubrimiento que tiene una estructura muy densa y compacta.
Ventajosamente, como alternativa a las tres técnicas de deposición indicadas anteriormente, que comparten el hecho de ser técnicas de deposición de impacto a alta energía cinética, hay otras técnicas que aprovechan diferentes métodos de deposición, pero que pueden generar recubrimientos que tienen una estructura muy densa y compacta.
La combinación de las técnicas de deposición de HVOF, HVAF o KM y de los componentes químicos usados para formar los dos recubrimientos protectores (de base 30 y de superficie 3) permite obtener recubrimientos protectores con alta fuerza de unión sobre material inferior sobre el cual se depositan.
En particular, la combinación anteriormente mencionada permite obtener un alto grado de anclaje tanto de carburo de cromo y níquel-cromo (recubrimiento de base 30) sobre el hierro fundido gris o acero como del carburo de wolframio, hierro, cromo y aluminio (recubrimiento de superficie 3) sobre la capa de carburo de cromo y níquel-cromo.
La ausencia de carbono libre (C), preferiblemente no presente ni siquiera en forma de trazas en los materiales finales que constituyen los dos recubrimientos, ayuda a reducir el riesgo de desprendimientos. De hecho, se ha encontrado que, en el caso de la aplicación del recubrimiento con técnicas de proyección de llama, una causa del desprendimiento de recubrimientos protectores convencionales a partir de discos realizados de aluminio o aleación de aluminio o de hierro fundido gris o acero es la presencia de carbono libre en el recubrimiento protector. De hecho, el carbono tiende a quemarse, combinándose con el oxígeno incorporado en el recubrimiento protector que está formándose. Esto conduce a la formación de microburbujas dentro del recubrimiento, lo cual puede impedir una adhesión adecuada del recubrimiento sobre el disco, facilitando de ese modo su retirada.
Según una realización particularmente preferida de la invención, tanto el material en forma particulada depositado en la etapa b) de deposición para realizar el recubrimiento protector de base 3 como el material en forma particulada depositado en la etapa c) de deposición para realizar el recubrimiento protector de superficie 30 se depositan por medio de técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad). De hecho, se ha encontrado que esta técnica, en particular si está asociada con una banda de frenado o con un disco entero realizado de hierro fundido gris, permite lograr un recubrimiento protector combinado (de base de superficie) que ofrece el mejor compromiso en cuanto a resistencia al desgaste y rendimiento tribológico.
Más en detalle, según ensayos experimentales realizados con respecto a la técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) (preferida), la técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) permite obtener recubrimientos compactos y uniformes con grosor regular próximo a valores nominales. Los recubrimientos realizados con HVOF son menos compactos, tienen un aspecto “esponjoso” y grosor variable.
Los ensayos de choque térmico llevados a cabo con muestras que tienen recubrimientos realizados mediante HVOF y HVAF mostraron daño que afectó únicamente al recubrimiento protector de superficie de WC Fe, Cr, Al, encontrado en todas las muestras y que consiste en una formación de microfisuras del recubrimiento. Sin embargo, una formación de microfisuras de este tipo parece ser más pronunciado en muestras con recubrimientos realizados mediante la técnica de HVAf , probablemente debido a la mayor rigidez de la aplicación. Esto hace que la técnica de HVOF sea más preferible.
En todos los casos, el recubrimiento protector de base realizado de Cr3C2 Ni no experimentó consecuencias tras el ensayo de choque térmico, siendo siempre denso, estando perfectamente adherido al hierro fundido y libre de fisuras.
Tal como se mencionó anteriormente, el recubrimiento protector de base 30 y el recubrimiento protector de superficie 3 cubren al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado.
El conjunto del recubrimiento protector de base 30 y del recubrimiento protector de superficie 3 se identificará a continuación en el presente documento de manera global como “recubrimiento protector combinado” 3, 30. Preferiblemente, tal como se muestra en la figura 2, el disco 1 está dotado de un “recubrimiento protector combinado” 3, 30 que cubre ambas superficies de frenado 2a y 2b de la banda de frenado 2.
En particular, el recubrimiento protector combinado 3, 30 puede cubrir únicamente la banda de frenado, en una única superficie de frenado o en ambas.
Según soluciones de realizaciones no mostradas en las figuras adjuntas, el recubrimiento protector combinado 3, 30 también puede extenderse a otras partes del disco 1 tales como la porción de fijación anular 4 y la campana 5, para cubrir toda la superficie del disco 1. En particular, el recubrimiento protector combinado 3, 30 puede cubrir, además de la banda de frenado, únicamente la porción de fijación o únicamente la campana. La elección viene dictada sustancialmente por motivos de aspecto, con el fin de tener un color y/o acabado uniformes en todo el disco o entre algunas porciones del mismo.
Ventajosamente, la deposición de material particulado para la formación del recubrimiento protector combinado 3, 30 puede realizarse de una manera diferenciada sobre la superficie del disco al menos en cuanto al grosor de recubrimiento.
En la banda de frenado, el recubrimiento protector combinado 3, 30 puede realizarse con el mismo grosor en las dos superficies de frenado opuestas. Pueden proporcionarse soluciones alternativas en las que el recubrimiento protector combinado 3, 30 se realiza distinguiendo los diferentes grosores entre las dos superficies de frenado de la banda de frenado.
Según una realización particularmente preferida del método, la etapa b) de depositar la capa de carburo de cromo y níquel-cromo para formar el recubrimiento protector de base 30 comprende dos o más etapas distintas de depositar el carburo de cromo particulado sobre la propia superficie para formar el recubrimiento protector. En más detalle, dicha etapa b) de deposición comprende:
- una primera etapa de depositar el carburo de cromo y el níquel-cromo en forma particulada para crear una primera capa del recubrimiento protector de base 30 directamente sobre el disco; y
- una segunda etapa de depositar el carburo de cromo y el níquel-cromo en forma particulada para crear una segunda capa sobre la primera capa.
Tal como se aclarará a continuación, la segunda capa de acabado permite ajustar el acabado de superficie del recubrimiento protector de base 3.
La división de la etapa b) de depositar el carburo de cromo y níquel-cromo en dos etapas permite, en particular, distinguir al menos el tamaño de partícula del carburo de cromo y níquel-cromo usado en las diversas etapas. Esto hace que la etapa b) de deposición sea más flexible.
Ventajosamente, el carburo de cromo y el níquel-cromo particulados depositados en la primera etapa de deposición tiene un tamaño de partícula mayor que los depositados en la segunda etapa de deposición. En particular, el carburo de cromo y níquel-cromo depositados en la primera etapa de deposición tienen un tamaño de partícula de entre 30 y 40 |jm, mientras que el carburo de cromo y níquel-cromo depositados en la segunda etapa de deposición tienen un tamaño de partícula de entre 5 y 20 jm.
Realizar el recubrimiento protector de base 30 en dos etapas distintas de deposición, usando un tamaño de partícula más grueso para la formación de la primera capa y un tamaño de partícula más fino para la formación de la segunda capa (con función de acabado), permite obtener un recubrimiento que ya al final de la deposición tiene las características de acabado de superficie requeridas, en función de la deposición de recubrimiento protector de superficie posterior. Tales características de acabado de superficie deseadas pueden obtenerse sin necesidad de esmerilado y/o de realizar otras operaciones de acabado de superficie para el recubrimiento. Las partículas depositadas en la segunda etapa rellenan la rugosidad áspera sobre la superficie de la capa de base. Ventajosamente, el nivel de acabado de superficie del recubrimiento puede ajustarse ajustando el tamaño de partícula de las partículas depositadas en la segunda etapa.
Preferiblemente, el grosor de la primera capa del recubrimiento protector de base 30 es de entre 2/4 y 3/4 del grosor total del recubrimiento, mientras que el grosor de la segunda capa del recubrimiento protector de base 4 es de entre 1/4 y 2/4 del grosor total del recubrimiento.
Según una realización particularmente preferida del método, la etapa c) de depositar el material particulado (WC Fe Cr Al) que forma el recubrimiento protector de superficie 3 comprende dos o más etapas distintas de depositar el material particulado sobre la misma superficie para formar el recubrimiento protector.
En más detalle, dicha etapa c) de deposición comprende:
- una primera etapa de depositar el material en forma particulada para crear una primera capa del recubrimiento directamente sobre el recubrimiento protector de base 30; y
- una segunda etapa de depositar el material en forma particulada para crear una segunda capa sobre la primera capa de recubrimiento protector de superficie 3.
De manera similar a lo proporcionado en la etapa b) de depositar el recubrimiento de base, dividir la etapa c) de depositar el material particulado que forma el recubrimiento protector de superficie 3 en dos o más etapas, en particular, también permite distinguir entre al menos el tamaño de partícula del material particulado usado en las diversas etapas. Esto hace que la etapa c) de deposición sea más flexible.
Ventajosamente, el material particulado depositado en la primera etapa de deposición tiene un tamaño de partícula mayor que el depositado con la segunda etapa de deposición. En particular, el material particulado depositado en la primera etapa de deposición tiene un tamaño de partícula de entre 30 y 40 jm, mientras que el material particulado depositado en la segunda etapa de deposición tiene un tamaño de partícula de entre 5 y 20 jm.
La realización del recubrimiento protector o superficie 3 con dos etapas distintas de deposición, usando un tamaño de partícula más grueso para formar la capa de base y un tamaño de grano más fino para formar la capa de acabado, permite obtener un recubrimiento protector de superficie 3 que ya al final de la deposición tiene las características de acabado de superficie requeridas, sin necesidad de esmerilado y/o de realizar otras operaciones de acabado de superficie para el recubrimiento. Las partículas depositadas en la segunda etapa rellenan la rugosidad áspera sobre la superficie de la capa de base. Ventajosamente, el nivel de acabado de superficie de la protección de superficie 3 puede ajustarse ajustando el tamaño de partícula de las partículas depositadas en la segunda etapa.
En particular, usando partículas con un tamaño de partícula de 30 a 40 |jm para la primera etapa y partículas con un tamaño de partícula de 5 y 20 jm para la segunda etapa, el recubrimiento protector de superficie 3 tiene en la capa de acabado una rugosidad de superficie Ra en el intervalo de entre 2,0 y 3,0 jm.
Preferiblemente, el grosor de la primera capa del recubrimiento protector de superficie 30 es de entre 2/4 y 3/4 del grosor total del recubrimiento, mientras que el grosor de la segunda capa del recubrimiento protector de superficie 4 es de entre 1/4 y 2/4 del grosor total del recubrimiento.
En conjunto, la combinación de las técnicas de deposición de HVOF, HVAF o KM del material particulado, los componentes químicos usados y el método de deposición en múltiples etapas permite obtener un recubrimiento con un nivel limitado de rugosidad de superficie, particularmente adaptado para los propósitos de uso del disco de freno 1.
Se realizaron ensayos comparativos entre los siguientes discos:
A) un freno de discos realizado de hierro fundido gris con un recubrimiento protector “combinado” según la invención, realizado mediante la técnica de HVOF, con un recubrimiento protector de base de 40 jm de grosor (Cr3C2 NiCr) y un recubrimiento protector de superficie de 50 jm de grosor (WC Fe Cr Al); y
B) un freno de discos realizado de hierro fundido gris con un recubrimiento protector “combinado” según la invención, realizado mediante la técnica de HVOF, con un recubrimiento protector de base de 40 jm de grosor (Cr3C2 NiCr) y un recubrimiento protector de superficie de 50 jm de grosor (WC Co), realizado según las enseñanzas de la solicitud internacional WO2017/046681.
Se sometieron los dos discos a los ensayos en banco dinámicos habituales (lubricación, AK Master y desgaste). Tales ensayos mostraron que, siendo las condiciones de ensayo iguales, la durabilidad del disco A según la invención es comparable en cuanto al desgaste a la del disco B.
También desde el punto de vista del comportamiento tribológico (fricción, desgaste, lubricación), siendo las condiciones de ensayo iguales, el rendimiento del disco A según la invención es sustancialmente comparable al de un disco B tradicional.
También se sometieron los dos discos a una serie de ensayos de resistencia en presencia de tensiones termomecánicas ambientales y combinadas.
Tal como se mencionó, tales ensayos han mostrado que el rendimiento del disco A según la invención es mejor que el disco B en cuanto a la de resistencia mecánica en presencia de tensiones ambientales (choques termomecánicos y agentes corrosivos).
En más detalle, se sometieron los dos discos a un programa de ensayo que proporciona la repetición de ensayos en banco dinámicos combinados (se sometió el disco a diferentes ciclos de frenado, cada uno con múltiples operaciones de frenado consecutivas) y ensayos en entorno corrosivo (ensayo de pulverización de sal y agua de condensación: se mantuvieron el disco y las zapatas de freno con pulverización de sal y en un entorno con un alto grado de humedad con altas excursiones de temperatura).
Al final de las repeticiones establecidas, B presentó una retirada generalizada del recubrimiento protector, mientras que el disco A solo tenía un desprendimiento localizado mínimo del recubrimiento protector.
Tal como puede apreciarse a partir de la descripción anterior, el freno de discos y el método para realizar un freno de discos de este tipo según la invención permiten superar las desventajas de la técnica anterior.
De hecho, los recubrimientos protectores con los que están dotados los discos de freno realizados según la invención no son propensos a descascarillado o son propensos al mismo en un grado mucho menor que las soluciones conocidas (para garantizar con el tiempo una resistencia al desgaste) y al mismo tiempo no contienen cobalto.
De hecho, se ha encontrado que el recubrimiento protector de superficie libre de cobalto según la invención puede sustituir eficazmente al recubrimiento de carburo de wolframio y cobalto proporcionado en el documento WO2017046681A1. De hecho, el recubrimiento de superficie según la invención ha mostrado una resistencia al desgaste similar y un comportamiento tribológico similar en condiciones ambientales normales.
También se determinó que el recubrimiento protector de superficie según la invención (realizado de carburo de wolframio, hierro, cromo y aluminio) tiene el mejor rendimiento en cuanto a la resistencia mecánica en presencia de tensiones ambientales (choques térmicos y daño por sal).
Además, se ha encontrado que el recubrimiento protector de superficie libre de cobalto según la invención puede acoplarse eficazmente con el recubrimiento protector de base realizado de carburo de cromo y níquel-cromo, permitiendo que este último aplique su acción anticorrosiva, evitando de ese modo el descascarillado de recubrimiento protector de superficie.
Dicho de otro modo, el recubrimiento protector de superficie libre de cobalto según la invención no afecta a la acción del recubrimiento protector de base que consiste en carburo de cromo y níquel-cromo. Por tanto, un recubrimiento protector de base de este tipo sigue inhibiendo fenómenos de oxidación de disco (realizado de aluminio, aleación de aluminio, hierro fundido gris o acero).
En particular, el recubrimiento protector de base realizado de carburo de cromo y níquel-cromo sigue definiendo también una especie de amortiguador o cojín elástico entre el disco y el recubrimiento protector de superficie antidesgaste, reduciendo de ese modo el riesgo de formación de fisuras de este último como resultado de tensiones relacionadas con la vida útil del disco.
Finalmente, el disco 1 según la invención está dotado de un recubrimiento protector de superficie (que cubre al menos la banda de frenado) que tiene:
- una alta fuerza de unión, lo cual garantiza un alto grado de anclaje sobre el recubrimiento protector de base realizado de carburo de cromo y níquel-cromo;
- alta resistencia al desgaste;
- nivel limitado de rugosidad de superficie;
- alta densidad;
- alta dureza; y
- porosidad limitada.
El disco de freno 1 también es generalmente rentable de realizar.
Con el fin de satisfacer necesidades específicas contingentes, los expertos en la técnica pueden realizar varios cambios y variantes al disco y al disco de freno descritos anteriormente, todos ellos contenidos dentro del alcance de la invención definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (19)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método para realizar un disco de freno, que comprende las siguientes etapas de funcionamiento:
    a) disponer un disco de freno, que comprende una banda de frenado (2) dotada de dos superficies de frenado opuestas (2a, 2b), cada una de las cuales define al menos parcialmente uno de dos lados principales del disco, estando la banda de frenado realizada de aluminio o aleación de aluminio o estando realizada de hierro fundido gris o acero;
    b) depositar sobre el disco una capa de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada mediante técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad) o mediante técnica de HVAF (combustible y aire a alta velocidad) o mediante técnica de KM (metalización cinética), formando un recubrimiento protector de base (30) que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado en contacto directo con el mismo; y
    c) depositar sobre dicho recubrimiento protector de base (30) un material en forma particulada que consiste en carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) mediante técnica de HVOF o mediante técnica de HVAF o mediante técnica de KM, formando un recubrimiento protector de superficie (3), que consiste en carburo de wolframio (WC) y hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) y que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que el material en forma particulada depositado en la etapa de deposición b) para realizar el recubrimiento protector de base (30) consiste en del 65% al 95% de carburo de cromo (Cr3C2) y el resto de níquel-cromo (NiCr), preferiblemente.
  3. 3. Método según la reivindicación 1 o 2, en el que el material en forma particulada depositado en la etapa de deposición c) para realizar el recubrimiento protector de superficie (3) consiste en del 75% al 87% en peso de carburo de wolframio (WC) y el resto de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al), preferiblemente del 10% al 17% en peso de hierro (Fe), del 2,5% al 5,8% en peso de cromo (Cr), del 0,6% al 2,2% en peso de aluminio (Al) y el resto de carburo de wolframio (WC).
  4. 4. Método según la reivindicación 3, en el que el material en forma particulada depositado en la etapa de deposición c) para realizar el recubrimiento protector de superficie (3) consiste en el 85% en peso de carburo de wolframio (WC) y el 15% en peso de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al).
  5. 5. Método según la reivindicación 1, 2, 3 o 4, en el que tanto el material en forma particulada depositado en la etapa de deposición b) para realizar el recubrimiento protector de base (30) como el material en forma particulada depositado en la etapa de deposición c) para realizar el recubrimiento protector de superficie (3) se depositan mediante técnica de HVOF (combustible y oxígeno a alta velocidad).
  6. 6. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que el recubrimiento protector de base (30) tiene un grosor de entre 20 |jm y 60 |jm, y preferiblemente igual a 40 |jm.
  7. 7. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que el recubrimiento protector de superficie (3) tiene un grosor de entre 30 jim y 70 jim, y preferiblemente igual a 50 jim.
  8. 8. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que el material en forma particulada que se deposita en la etapa b) para formar el recubrimiento protector de base (30) tiene un tamaño de partícula de entre 5 y 40 jim.
  9. 9. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que el material en forma particulada que se deposita en la etapa c) para formar el recubrimiento protector de superficie (3) tiene un tamaño de partícula de entre 5 y 45 jim.
  10. 10. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de deposición b) comprende dos o más etapas de deposición independientes de carburo de cromo (Cr3C2) y níquelcromo (NiCr) sobre la misma superficie para formar el recubrimiento protector de base (30).
  11. 11. Método según la reivindicación 10, en el que la etapa de deposición b) comprende una primera etapa de deposición de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada para crear una primera capa de recubrimiento protector de base (30) directamente sobre el disco y una segunda etapa para la deposición de carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada para crear una segunda capa sobre la primera capa, teniendo el carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) depositados en la primera etapa de deposición un tamaño de partícula mayor que los depositados en la segunda etapa de deposición.
  12. 12. Método según la reivindicación 11, en el que el carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) depositados en la primera etapa de deposición tienen un tamaño de partícula de entre 30 y 40 |jm, mientras que el carburo de cromo (Cr3C2) y el níquel-cromo (NiCr) depositados en la segunda etapa de deposición tienen un tamaño de partícula de entre 5 y 20 jm.
  13. 13. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que la banda de frenado se realiza de hierro fundido gris, estando preferiblemente todo el disco realizado de hierro fundido gris.
  14. 14. Disco de freno para freno de discos, que comprende una banda de frenado (2) dotada de dos superficies de frenado opuestas (2a, 2b), cada una de las cuales define al menos parcialmente uno de dos lados principales del disco (1), siendo la banda de frenado (2) de aluminio o de aleación de aluminio o siendo de hierro fundido gris o acero;
    estando dicho disco dotado de:
    - un recubrimiento protector de base (30) que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado, consistiendo dicho recubrimiento protector de base (30) en carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) y obteniéndose depositando directamente sobre el disco carburo de cromo (Cr3C2) y níquel-cromo (NiCr) en forma particulada mediante técnica de HVOF o mediante técnica de HVAF o mediante técnica de KM;
    - un recubrimiento protector de superficie (3) que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado, consistiendo dicho recubrimiento protector de superficie (3) en carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) y obteniéndose depositando sobre el recubrimiento protector de base (30) carburo de wolframio (WC), hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) en forma particulada mediante técnica de HVOF o mediante técnica de HVAF o mediante técnica de KM.
  15. 15. Disco según la reivindicación 14, en el que el recubrimiento protector de base (30) consiste en del 65% al 95% de carburo de cromo (Cr3C2) y el resto de níquel-cromo (NiCr).
  16. 16. Disco según la reivindicación 14 o 15, en el que el recubrimiento protector de superficie (3) consiste en del 75% al 87% en peso de carburo de wolframio (WC) y el resto de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al), y preferiblemente el 85% en peso de carburo de wolframio (WC) y el 15% en peso de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al).
  17. 17. Disco según la reivindicación 14, 15 o 16, en el que el recubrimiento protector de base (30) tiene un grosor de entre 20 jm y 60 jm, y preferiblemente igual a 40 jm.
  18. 18. Disco según una o más de las reivindicaciones 14 a 17, en el que el recubrimiento protector de superficie (3) tiene un grosor de entre 30 jm y 70 jm, y preferiblemente igual a 50 jm.
  19. 19. Disco según una o más de las reivindicaciones 14 a 18, en el que la banda de frenado es de hierro fundido gris, siendo preferiblemente todo el disco de hierro fundido gris.
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