JP2023533219A

JP2023533219A - レーザークラッディングによる高耐腐食性および耐摩耗性鋳鉄部品の製造方法

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Publication number: JP2023533219A
Application number: JP2022580162A
Authority: JP
Inventors: ナジャフィ，ホセイン; アロシオ，フランコ; ズィキン，アーカディ; ヘイネッケ，ロルフ
Original assignee: エリコンサーフェスソリューションズアーゲー、プフェフィコン
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2023-08-02
Also published as: US20230256544A1; CN116075391A; CA3183326A1; KR20230034974A; EP4175786A1; WO2022003189A1

Abstract

本発明は、基材、好ましくはブレーキディスクの表面上に耐摩耗性および耐腐食性コーティング系を製造する方法であって、基材または基材の少なくとも前記表面が、鉄系材料または鋼材料のタイプの基材材料で作られ、前記コーティング系が１以上のコーティング層を含み、該方法は、以下のステップ：（１）コーティング系でコーティングされる表面を有する基材を提供するステップと、（２）コーティング系の１以上のコーティング層を製造するための専用材料を選択するステップと、（３）コーティングされる基材表面上に、レーザークラッディングプロセスを使用してコーティング系の１以上のコーティング層を生成するステップであって、ステップ（２）で選択された専用材料がコーティング層の生成のためのソース材料として使用されるステップと、を含み、ステップ（３）を実施するために、レーザービームとコーティングされる基材表面との間に角度が形成されるように、コーティングされる基材表面に対してレーザービームが配置され、コーティング角度と呼ばれるこの角度は、１以上のコーティング層の製造中、１０°～３０°の値に維持されている方法に関する。

Description

耐摩耗性および耐腐食性を向上させるために、例えば自動車産業で使用される鋳鉄ブレーキディスクまたは摺動部品などの鉄系または鋼製部品の特性を改質するためのコーティングの適用または表面改質処理の使用はよく知られている。

いくつかの既知の堆積プロセスは、例えば、溶射、電気メッキ、およびレーザークラッディングプロセスである。従来のレーザークラッディング堆積プロセスは、レーザーメタルデポジション（ＬＭＤ）または指向性エネルギー－レーザービーム（ＤＥＤ－ＬＢ）とも呼ばれる。従来のレーザークラッディングプロセスとは別に、高速レーザークラッディングおよび超高速材料堆積などの特定のレーザークラッディングプロセスもあり、最後のものは超高速レーザーアプリケーション（ＥＨＬＡ）とも呼ばれる。

さらに、例えばガスまたはプラズマ軟窒化プロセスおよび／または酸化プロセスを使用することによって拡散層および／または酸化層を生成するための処理などの他の方法もよく知られている。

（従来技術の問題）
今日の市場の大きな現在の課題および要件は、部品、特に、最小の微細粉塵の排出を可能にし、より長い寿命を有し、同時に製造コストをできるだけ低く維持して製造できるタイプのブレーキディスクを生産することである。

鋳鉄は、その高い融点および蓄熱能力、優れた伝導性、優れた鋳造性および機械加工性により、ブレーキディスクに使用されるよく知られている低コストの材料である。しかしながら、この材料は、ブレーキディスクの製造中に部品の表面に存在するラメラおよび／または球状粒子／小球の形態のグラファイト材料を含む。

溶射技術とは異なり、従来のレーザークラッディング技術などのレーザー材料堆積技術では、光学集束層ビームは、部品の表面にレーザー放射を介して溶融プールを生成し、粉末またはワイヤは、ノズルを介して溶融プールに供給され、溶融プール温度およびレーザー放射の組み合わせを介して溶融されて、形状および機能を追加することが知られている。ノズルが基材を横切ると、熱源が遠ざかり、堆積された材料が固化し、基材および堆積物の間に希釈材料のゾーン（深さ３００μｍ～１０００μｍ）が形成されて基板上に固化する。それによって、高エネルギーの溶融プールが、コーティングされる基材（基材は、例えばブレーキディスクなどのパーツまたは部品であり得る）の表面に生成され、このようにして、基材の表面にレーザービームによって生成された溶融床にコーティング材料が堆積される。コーティング材料は、レーザービームによって完全にまたは部分的に溶融されるか、あるいはメルトベッドに直接堆積され得る。ＥＨＬＡプロセスでは、粉末が基材上の集束レーザービームのラインに供給されることも知られている。これにより、堆積された材料が基材と接触する前にすでに溶融していることが保証され、基材上には非常に浅い溶融プールがまだ形成されており、堆積された材料が下にある材料と接触して冷却および固化することを可能にし、下の部品に到達する熱の量ならびに希釈および熱効果の深さを減らす。このわずかな希釈により、通常は５～１０μｍ以内で所望の化学的性質を達成する、はるかに薄いコーティング（２０～３００μｍ）を生成する能力を形成する。これはまた、ＥＨＬＡで達成可能な高速トラバース（ｔｒａｖｅｒｓｅ）速度の中核を形成する。

その結果、鋳鉄などの鉄系基材材料をコーティングするためのレーザークラッディングプロセスを使用することにより、基材の表面にあるグラファイトラメラが溶融され、高出力レーザービームによって蒸発することさえあり、これにより、コーティング自体に不純物が生じたり、および／またはコーティングにボイドもしくは割込が生じる。場合によっては、グラファイトラメラがコーティングプロセス中に「爆発」することさえあります。これは、低接着ゾーンまたは局所的な欠陥につながり得、またコーティング構造にクラックが形成され、これによりコーティングの接着性が低下する。さらに、得られたコーティングの表面は平坦ではなく不規則であり、「オレンジ色の肌」の表面を示呈し、この種のコーティング表面は、特にブレーキディスクの特定の用途に悪影響を及ぼす。

ラメラおよび／または小球および／またはマルテンサイト構造の形態のグラファイトの存在は、高品質のコーティングを得るプロセスウィンドウを制限し得る低いプロセス信頼性の原因である。

さらに、レーザークラッディング技術を使用してコーティングできない基材の領域（例えば、ハブ、スワンネックの内径および／または換気もしくは冷却チャネル）は、基材の鋳鉄材料を未だ露出させ、通常の大気条件、特にＮａＣｌ、ＫＣｌ、およびＭｇＣｌ２などの塩の存在下で容易に腐食し得る。

（発明の目的）
本発明の主な目的は、先行技術に属するコーティングされていない部品と比較して、より高い耐腐食性および耐摩耗性を示す表面を有する、鋳鉄または鋼材などの鉄系材料で作られた部品、特にブレーキディスクを製造する方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、最小限の微細な塵の放出を可能にし、長寿命を有し、そして好ましくは同時に製造コストを可能な限り低く抑えて製造され得る、特にブレーキディスクのタイプの部品を提供することである。

（本発明の説明）
本発明の目的は、請求項１に記載の方法を提供することによって達成される。本発明の好ましい実施形態は、以下の特許請求の範囲に記載される。

本発明の方法は、向上した耐腐食性を呈する部品、特にブレーキディスクを製造することを可能にし、ここでは、部品の摩耗をさらに低減する材料およびコーティング技術が使用される。

本発明は、基材の表面上に耐摩耗性および耐腐食性コーティング系を製造する方法であって、基材または基材の少なくとも前記表面が、鉄系材料または鋼材料のタイプの基材材料で作られ、前記コーティング系が１以上のコーティング層を含み、該方法は、以下のステップ：
（１）コーティング系でコーティングされる表面を有する基材を提供するステップと、
（２）コーティング系の１以上のコーティング層を生成するための専用材料（本明細書の文脈では、専用コーティング材料とも呼ばれる）を選択するステップと、
（３）コーティングされる基材表面上に、レーザークラッディングプロセスを使用してコーティング系の１以上のコーティング層を生成するステップであって、ステップ（２）で選択された専用材料がコーティング層の生成のためのソース材料として使用されるステップと、を含み、
ステップ（３）を実施するために、レーザービームと軸との間に角度が形成されるように、コーティングされる基材表面に対してレーザービームが配置され、該軸は、コーティングされる基材表面に対して垂直であり、コーティング角度と呼ばれるこの角度は、１以上のコーティング層の製造中、１０°～４５°、好ましくは１０°～３０°の値に維持される方法である。

上述の方法の使用、特に上述の範囲のコーティング角度の使用は、増加したレーザー出力レベルを使用して、基材材料の増加した溶接性を達成し、堆積速度の増加を達成し、コーティング系が堆積される基材表面への１以上のコーティング層の接着性の増加を達成することを可能にする。

好ましくは、基材は、自動車産業で使用される部品、特にブレーキディスクである。

好ましくは、部品がブレーキディスクである場合、ブレーキディスクは、鋳鉄材料で作られるか、または本発明に従ってコーティング系が堆積される少なくとも鋳鉄材料で作られた表面を含む。

レーザークラッディングプロセスは、従来のレーザークラッディングプロセスまたはレーザークラッディングプロセスの任意の他の特定の変形であり得る。

レーザークラッディングプロセスは、好ましくはＥＨＬＡプロセスである。

本発明の方法は、本発明の好ましい実施形態によるブレーキディスクのコーティングのために、ステップ（３）におけるレーザークラッディングプロセスがより高いレーザー出力レベル、例えば、５ｋＷ～３０ｋＷまでの範囲、好ましくは５ｋＷより高く３０ｋＷまでの範囲の実施によって行われるような方法で行われ得る。より好ましくは、１０ｋＷ～３０ｋＷまでの範囲、または１０ｋＷ～２５ｋＷまでの範囲である。これは、上記コーティング角度範囲のコーティング角度を用いることにより可能となる。

本発明の方法は、ステップ（３）におけるレーザークラッディングプロセスが、例えば、５０ｍ／分～２００ｍ／分までの範囲のような、先行技術と比較してより高いプロセス速度を含む、非常に広い範囲の高い堆積速度でプロセス速度の実施により行われるような方法で、本発明のさらなる好ましい実施形態によるブレーキディスクのコーティングのために実施され得る。高いプロセス速度を使用する場合、好ましくは１００ｍ／分～２００ｍ／分の範囲、より好ましくは１００ｍ／分から１５０ｍ／分の範囲である。なぜなら、この範囲でより安定したプロセスが達成されるからである。これは、上述のコーティング角度範囲内のコーティング角度を含む本発明の方法を使用することによって可能になる。

本発明の方法は、高いコーティング堆積速度を含む、非常に幅広いコーティング堆積速度が達成されるような方法で、ステップ（３）におけるレーザークラッディングプロセスが、上記の範囲内のプロセスパラメータを選択することによって行われるような方法で、本発明のさらなる好ましい実施形態によるブレーキディスクのコーティングのために実施され得る。５００ｃｍ^２／分を超える堆積速度は、高い堆積速度と見なされる。本発明の方法は、好ましくは、５００ｃｍ^２／分～１２００ｃｍ^２／分の範囲の高い堆積速度を達成するためのプロセスパラメータを選択することによって実行される。

本明細書における本発明の実施形態または好ましい実施形態および実施例は、本発明を限定するものではなく、本発明をよりよく理解するための情報として理解されるべきである。

本発明の各実施形態または好ましい実施形態は、１以上の実施形態または好ましい実施形態と組み合わせられ得る。

本発明の方法はプロセスパラメータを拡張することを可能にするので（ブレーキディスクコーティングプロセスの「拡張プロセスパラメータウィンドウ」を達成し、ブレーキディスクコーティングプロセスの溶接性、望ましい厚さ、気孔率、および割れなどのすべての要件を満たしさえする）、本発明は、ブレーキディスクのコーティングに関して、かなりかつ予想外の大きな利点を構成する。

本発明者らはさらに、基材材料、特に鋳鉄材料の溶接性をさらに改善し、レーザークラッディングコーティング層を堆積する前に、前処理プロセス、好ましくは、グラファイト、特にグラファイトラメラが、基材材料の溶接性を向上させるために、基材表面から減少または除去されるステップを含む前処理プロセスを行うことを提案する。好ましくは、前処理プロセスは、パルス流体ジェットプロセス、好ましくはウォータージェットプロセスを使用することによる前記基材材料の表面活性化を含む。

コーティング系は、レーザークラッディングを使用して生成された１つのコーティング層だけを含む（すなわち、レーザークラッディング単層コーティングを含む）か、またはレーザークラッディングを使用して生成された１つのコーティング層からなる（すなわち、レーザークラッディング単層コーティングからなる）ようにさえ形成され得る。

しかしながらコーティング系また、レーザークラッディングを使用して生成された２つ以上のコーティング層を含む（すなわち、レーザークラッディング複層コーティングを含む）か、またはレーザークラッディングを使用して生成された２つ以上のコーティング層からなる（すなわち、層クラッディング複層コーティングからなる）ようにさえ形成され得る。

本発明の文脈における単層コーティングという用語は、単一の種類のコーティング層の堆積または形成を指すために使用される。単一の種類のコーティング層は、１回または複数回の実行で堆積され得、１回の実行は、レーザーによる１回のコーティング堆積の実行に対応する。したがって、本明細書の文脈において、単層コーティングは、所望のコーティング層の厚さを達成するために、１回または複数回の実行で堆積され得る。

本発明の文脈における多層コーティングという用語は、それぞれが異なる種類のコーティング層である２つ以上のコーティング層の堆積または形成を指すために使用され、それは、例えば、それらが一般的な平均組成において異なり得ることを意味する。各種のコーティング層は、１回または複数回の実行で堆積され得、１回の実行は、レーザーによる１回のコーティング堆積の実行に対応する。したがって、この文脈では、異なる種類のコーティング層のそれぞれを、１回または複数回の実行で堆積させて、所望のコーティング層の厚さを得ることができる。

コーティングされていない領域を腐食から保護するために、本発明による方法は、ステップ（３）を実施した後に実施される後処理プロセスを含んで実施され得、後処理プロセスは、軟窒化プロセスを用いて拡散層が形式されるステップを含む。

また、上記拡散層は、軟窒化（ｎｉｔｒｏｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ）プロセス（軟窒化（ｎｉｔｒｏｃａｒｂｉｄｉｎｇ）プロセスともいう）その後の酸化（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）プロセス（酸化（ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ）プロセスともいう）を含む複合プロセスを用いて生成され得る。このような複合プロセスは、例えば、ＨｏｐｐｅによってＥＰ０７５３５９９Ａ１、ＥＰ０７５３５９９Ｂ１でそれぞれ開示された腐食および摩耗保護層を生成するためのプロセスの１つであり得る。これらのプロセスは、コーティングに変化をもたらすために行われるのではなく、基材のコーティングされていないパーツ（例えば、ブレーキディスク、内径および外径、ベルおよびスワンネックの冷却チャネル）の材料の耐腐食性を高めるためだけに行われる。

上述のように、レーザークラッディングコーティング層の堆積前の基材材料の溶接性の改善の１つの可能性は、基材表面からグラファイトを除去することによって達成され得、特に、ラメラおよび／またはグラファイトが、表面前処理プロセス、特にウォータージェットプロセスによって、好ましくはウォータージェットの追加のパルセーションを伴って、鋳鉄の表面から除去されることが有益であり得る。ウォータージェットプロセスは、特定のパラメータを使用する場合、グラファイトラメラの除去を可能にする特殊性を有する。

グラファイトを表面から完全または部分的に除去すると、基材材料の溶接性が向上し（本明細書の文脈では、基材材料はベース材料とも呼ばれる）、「ベース材料とレーザーの相互作用」が向上して、基材へのコーティングの密着性が向上する。さらに、それは、コーティング構造の気孔レベルおよび割れのリスクを低減する。

上で説明したように、この方法を使用すると、堆積の可能なプロセスパラメータウィンドウを広げることもでき、プロセスがより堅牢になる。コーティング角度により、より高いレーザー出力レベル（例えば、１０～２５ｋＷ）の実装が可能になり、その結果、より高いプロセス速度（例えば、１００～２００ｍ／分）が可能になる、すなわち、基材上でのレーザービームの相対的な動きをそれに応じて増加させ得る。さらに、上記でも説明したように、堆積速度が高いと、サイクル時間が短縮され、その結果、連続生産中の堆積速度（例えば、５００～１２００ｃｍ^２／分）が増加する。堆積速度が高いほど、コーティング材料の組成の選択の自由度も高くなる。

本発明により、堆積角度、レーザースポットサイズ、レーザー出力、粉末供給速度、表面速度、および専用コーティング材料などの特定のプロセスパラメータの組み合わせによって溶接性およびコーティング特性が改善されるように、レーザークラッディングプロセスをブレーキディスクのコーティングに最適化し得ることが可能になる。

本発明の本明細書の文脈において、専用材料（専用コーティング材料とも呼ばれる）は、特にブレーキディスクの耐腐食性および耐摩耗性を改善するために、コーティングされる基材表面に改善された性能を提供し得る、特にレーザークラッディングコーティング技術、好ましくはＥＨＬＡを使用することによってコーティングを生成するために使用され得る材料である。したがって、材料がコーティングとして適用される場合、その使用中にブレーキディスクの所望の性能を達成することを可能にする特性を有する専用の材料が選択される。言い換えると、ブレーキディスクの性能を向上させる、したがって、すべての典型的なブレーキディスク使用条件（高い熱機械的ストレス、湿潤および乾燥条件、ブレーキパッド材料との相互作用など）下で、コーティングされる基材表面（例えば、基材表面は例えば鋳鉄であり得る）への良好な接着、良好な耐腐食性、良好な耐摩耗性、良好な耐熱衝撃性、良好な割れ抵抗性、および高い材料安定性を達成するために専用材料を選択することが好ましい。そのような専用材料の例は、ＷＯ２０２１／００７２０９Ａ１におけるＶｅｃｃｈｉｏらによって言及された合金材料である。

上述のように、好ましい実施形態では、プロセスパラメータは、コーティングプロセス中に基材の表面に対する垂直に対して特定の角度（コーティング角度）でレーザービームを配置することによって特徴付けられる。これにより、基材の表面のホットスポットの熱負荷を低減し、基材の表面に存在するグラファイトラメラに対する高エネルギーレーザービームの影響を低減できる。より具体的な実施形態では、コーティング角度は、レーザービームが表面のグラファイトラメラに当たらないように設定される。したがって、コーティングプロセス中に発生する可能性のある蒸発または除去の影響を低減する。この種のコーティングプロセス構成では、高い堆積速度（例えば５００～１２００ｃｍ^２／分）と、高い堆積効率（９０％以上）を備えた専用コーティング材料（前述のように）が使用され得、コーティングサイクル時間を大幅に短縮し得る。レーザービームおよび基材の表面に対する垂線との間の好ましいコーティング角度は、１０～３０°に設定される。

上述のように、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、レーザークラッディングコーティング技術と、ガスまたはプラズマ窒化および／または軟窒化プロセスとの組み合わせを含む方法を実施することが可能であり、場合によっては、レーザークラッディングでコーティングできないコーティングされていないパーツ（例えば、換気チャネルまたは冷却チャネル）の耐腐食性を改善するための後酸化（例えば、ＥＰ０７５３５９９Ａ１、ＥＰ０７５３５９９Ｂ１でそれぞれ、Ｈｏｐｐｅによって開示されている複合プロセス）がその後に続く。

軟窒化および酸化プロセスは通常、チャンバ内に含まれる基材に対応する処理を適用するためのガスまたはプラズマを含むプロセスチャンバ内で行われるため、プロセスチャンバ内に収容され、対応するガスまたはプラズマにさらされている基材の表面の各パーツが処理され得、特にブレーキディスクの場合、穴、溝、または換気チャンバが処理され得る。特定の軟窒化＋酸化プロセスは、以下の例の１つに示されているように、酸化層、白色層、および拡散層の３つの異なる層の形成を提供する。

一般的な一例では、本発明の方法は、以下を含む：
－完成した鋳鉄ブレーキディスク、つまり鋳造、機械加工、および精密旋削された部品の提供、
－ウォータージェットプロセスによるグラファイトラメラの低減または除去、
－レーザークラッディング、高速レーザークラッディング、または超高速レーザーアプリケーション（ＥＨＬＡ）（－最後のものは超高速材料堆積（ＥＨＬＡ）とも呼ばれる）などのレーザー材料堆積技術による単層または多層から作られたコーティングの提供、
－コーティングは、１０°～３０°の特定のコーティング角度を使用することからなる特定のレーザークラッディング堆積技術を使用して生成される、
－専用素材を使用し、コーティング技術およびコーティング特性の両立を実現。単層がすべての技術的要件（耐摩耗性、耐腐食性、耐割れ性）を満たすことが望ましい。
－必要に応じて、必要な幾何公差を得るために、コーティングされたブレーキディスクの表面の研磨。

本発明の方法のさらなる特定の例は、鋳鉄基材上に耐腐食性コーティング系を製造する方法であり、ここで、コーティング系は、少なくともレーザークラッディング上層を含み、上層に適用する前に、基材の表面をパルス流体ジェットプロセスによって機械的に活性化して、グラファイトラメラを減少または除去し、レーザークラッディング上層を含む基材は、基材のコーティングされていない領域に少なくとも軟窒化拡散層を生成するように処理される。

コーティングのない鋳鉄のブレーキディスクを示す。そのため、ブレーキディスクの表面は著しく腐食、磨耗にさらされ、その結果、パフォーマンス中に細かい粉塵が排出される。これらの理由から、腐食および摩耗を減らし、ブレーキディスク部品の寿命を延ばすために必要なコーティングソリューションが推奨される。熱スプレーコーティングを施した鋳鉄のブレーキディスクを示す。プロセス効率は、５０％未満であり、コーティング系は複雑である。レーザークラッディングとは対照的に、溶射プロセスでは冶金的結合がないため、コーティングと基材との間に許容できる接着を達成するには、粗い表面の活性化が必要である。レーザークラッディングには、溶射と比較して２つの大きな利点がある。１．レーザークラッディングで９０％超のプロセス効率、および２．レーザークラッディングにおけるコーティングと基材との間の冶金的結合により、コーティングおよび鋳鉄の十分な結合強度が保証される。前処理も後処理もなしで、ＥＨＬＡプロセスを使用して単層として堆積された１つのレーザークラッディングコーティングを備えた鋳鉄のブレーキディスクを示す。図３ａ）は、コーティングを堆積させた直後であり、その後のプロセスを一切行っていない、コーティングを有する基材表面を示し、図３ｂ）は、図３ａに示されているのと同じコーティングされた基材を示すが、研磨後のものであり、図３ｃ）は、本発明に従ってコーティングされた鋳鉄のブレーキディスクを示し、ＥＨＬＡプロセスを使用することによって単一層として堆積された１つのレーザークラッディングコーティングを有し、ここで、専用材料としてコーティングを生成するために、Ｍｅｔｃｏ（登録商標）Ｂｒａｋｅ粉末が使用された、図３ｄ）は、図３ｃ）に示したコーティングの写真を拡大したもので、コーティング構造内の非常に均一な硬質相の分布が観察され得る。本発明に従ってコーティングされた鋳鉄のブレーキディスクを示しており、１つのレーザークラッディングコーティングが複数回の実行で堆積され、前処理も後処理もされていない。本発明に従ってコーティングされた鋳鉄のブレーキディスクを示しており、１つのレーザークラッディングコーティングが複数回の実行で堆積され、前処理がされている。前処理によるグラファイトラメラの減少により、界面品質が大幅に改善された。本発明に従って堆積された鋳鉄のブレーキディスクを示し、１回の実行で単層として堆積された１つのレーザークラッディングコーティングを有し、ここで、後処理は、コーティングの堆積後に行われた；６ａ）は、コーティングされ、後処理された基材表面を示す；６ｂ）は、コーティング中にコーティングできなかったが、後処理中に改質された基材表面を示し、３つの異なる層：１つの酸化層、１つの白色層、および１つの拡散層が形成され、これらの３つの層は、換気チャネルなどのコーティングされていない領域を保護するための後処理により、鋳鉄のコーティングされていない基材表面に形成された。本発明に従って堆積された鋳鉄のブレーキディスクを示し、複数回の実行、１回の実行で単層として堆積された１つのレーザークラッディングコーティングを有し、ここで、前処理および後処理は、コーティングの堆積前に行われた；６ａ）は、コーティングされた基材表面を示し、界面でのグラファイトラメラの減少が観察され得る；６ｂ）は、コーティング中にコーティングできなかったが、後処理中に改質された基材表面を示し、３つの異なる層：１つの酸化層、１つの白色層、および１つの拡散層が形成され、これらの３つの層は、換気チャネルなどのコーティングされていない領域を保護するための後処理により、鋳鉄のコーティングされていない基材表面に形成された。

鋳鉄のブレーキディスクは、本発明による方法で堆積された。

いくつかの本発明の実施例では、鋳鉄のブレーキディスクは、１５０～５００μｍの範囲の総コーティング層厚を有する単層レーザークラッディングコーティングでコーティングされ、ＡＳＴＭＥ２１０９－０１による気孔率は０．５％以下、平均微小硬度は約３５０ＨＶであり、本発明の範囲のプロセスパラメータでＥＨＬＡプロセスを使用することによる堆積効率は９０％以上であり、摩耗寿命（ＡＫマスター）は増加し、コーティングされていないねずみ鋳鉄ブレーキディスクよりも１０倍高い摩耗寿命を達成し、耐腐食性（ＡＳＴＭＢ１１７）は１０００時間以上であった。これらの実施例のいくつかでは、専用材料としてＭｅｔｃｏ（登録商標）Ｂｒａｋｅ粉末が使用された。

Claims

基材、好ましくはブレーキディスクの表面上に耐摩耗性および耐腐食性コーティング系を製造する方法であって、前記基材または前記基材の少なくとも前記表面が、鉄系材料または鋼材料のタイプの基材材料で作られ、前記コーティング系が１以上のコーティング層を含み、前記方法は、以下のステップ：
（１）前記コーティング系でコーティングされる前記表面を有する前記基材を提供するステップと、
（２）前記コーティング系の１以上のコーティング層を製造するための専用材料を選択するステップと、
（３）コーティングされる基材表面上に、レーザークラッディングプロセスを使用してコーティング系の１以上のコーティング層を生成するステップであって、ステップ（２）で選択された専用材料がコーティング層の生成のためのソース材料として使用されるステップと、を含み、
ステップ（３）を実施するために、レーザービームとコーティングされる前記基材表面との間に角度が形成されるように、コーティングされる前記基材表面に対して前記レーザービームが配置され、コーティング角度と呼ばれるこの角度は、前記１以上のコーティング層の製造中、１０°～３０°の値に維持されていることを特徴とする、方法。
前記基材材料は鋳鉄材料である、請求項１に記載の方法。
前記基材はブレーキディスクである、請求項１または２に記載の方法。
ステップ（３）の前記レーザークラッディングプロセスは、１０ｋＷ～３０ｋＷ、好ましくは１０ｋＷ～２５ｋＷの範囲のより高いレーザー出力レベルの実施によって行われる、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
ステップ（３）の前記レーザークラッディングプロセスは、１００ｍ／分～２００ｍ／分の範囲の高いプロセス速度を使用して実施される、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
ステップ（３）の前記レーザークラッディングプロセスは、５００ｃｍ^２／分～１２００ｃｍ^２／分の範囲の高い堆積速度を使用して実施される、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
前記ステップ（３）を実施する前に、前処理プロセスが実施され、前記前処理プロセスは、前記基材材料の溶接性を向上させるために、グラファイト、特にグラファイトラメラが前記基材から減少または除去されるステップを含む、請求項２～６のいずれか１項に記載の方法。
前記前処理プロセスは、パルス流体ジェットプロセス、好ましくはウォータージェットプロセスを使用することによる前記基材材料の表面活性化を含む、請求項７に記載の方法。
前記コーティング系は、レーザークラッディングを使用して生成された１つのコーティング層だけを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
前記コーティング系は、レーザークラッディングを使用して生成された２つ以上のコーティング層を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
前記コーティング系は、レーザークラッディングを使用して生成された前記１つのコーティング層だけからなる、請求項９に記載の方法。
前記コーティング系は、レーザークラッディングを使用して生成された前記２つ以上のコーティング層からなる、請求項１０に記載の方法。
前記ステップ（３）を実施した後、後処理プロセスが実施され、前記後処理プロセスは、前記基材のコーティングされていない表面を保護するために、軟窒化プロセスを使用して拡散層を形成するステップを含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
前記ステップ（３）を実施した後、後処理プロセスが実施され、前記後処理プロセスは、前記基材のコーティングされていない表面の耐腐食性および耐摩耗性を改善するために、軟窒化プロセスおよび酸化プロセスを含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。