JP6997288B2

JP6997288B2 - ブレーキディスクおよびブレーキディスクの製造方法

Info

Publication number: JP6997288B2
Application number: JP2020503995A
Authority: JP
Inventors: クッカートハーゲン; ポタペンコイリヤ; プファイファートーマス; ウーカンジャン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2038-07-12
Also published as: WO2019020390A1; EP3658797A1; CN110914569A; EP3658797B1; JP2020528530A; DE102017212706A1; KR102566568B1; KR20200029489A; US20200217382A1

Description

本発明は、独立請求項の特徴を有するブレーキディスクおよびブレーキディスクの製造方法に関する。

ブレーキディスクは、ブレーキトルクを車両の減速時に車軸に伝達、かつブレーキ時に発生する運動エネルギーを短時間で熱の形態で蓄え（ｚｗｉｓｃｈｅｎｓｐｅｉｃｈｅｒｎ）、次に伝導、放射および対流によって再び放出する役割を担っている。

慣例のブレーキディスクは、耐熱性のねずみ鋳鉄から製造されることが多い。耐摩耗性のブレーキディスクは、非常に高価なオールセラミックブレーキディスクを使用するか、またはねずみ鋳鉄（ＧＧ）ディスクに向かって熱溶射法、例えばＨＶＯＦ法を用いて、摩耗保護層を噴射することにより製造される。そのために、高い耐摩耗性をもたらすＷＣベースの粉末が使用されることが多い。そのようなブレーキディスクは、独国特許出願公開第１０２０１１０８７１３６号明細書に記載されている。

すでに述べたように、ブレーキ時には熱が発生し、熱はブレーキディスク中に蓄えられる。極端な場合、すなわちフル走行からのブレーキ時には、温度は上昇し、最大８００℃まで上昇する。したがって、鋳鉄ブレーキディスクの摩耗保護層は、８００℃までの高温で十分な耐摩耗性を有さなければならない。

発明の開示
本発明は、基体からなる少なくとも１つの摩擦面を備えたブレーキディスクから出発する。その際、基体は、ねずみ鋳鉄から製造されていてもよい。摩擦面の少なくとも一部に、少なくとも１つのコーティングが施与されている。

本発明の本質は、該コーティングが、少なくとも炭化タングステン－クロム（Ｗ、Ｃｒ）_２ＣおよびニッケルクロムＮｉＣｒを含有することにある。

本発明の特に有利な態様では、該コーティングが、さらに炭化タングステンＷＣを含有することが提供されている。

炭化タングステン－クロム（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃは、クロムが異なる量で組み込まれている炭化二タングステンＷ_２Ｃである。したがって、この炭化混合物は、（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃと呼称される。この相は、８００℃までの高温でも、優れた耐酸化性および良好な耐摩耗性を有する。さらに、ニッケルの高温強度および高温耐酸化性は、クロムを有する合金により、大幅に上昇する。

該コーティングにおいて、有利には、炭化タングステン－クロム（Ｗ、Ｃｒ）_２ＣおよびニッケルクロムＮｉＣｒから構成される母材相中に、炭化タングステンＷＣが実質的に均一に埋め込まれている。

約６００℃のブレーキ温度から、有利には層表面に、とりわけ少なくとも酸化ニッケルタングステンＮｉＷＯ_４および／または酸化クロムタングステンＣｒＷＯ_４および／または酸化クロムＣｒ_２Ｏ_３および／または酸化タングステンＷＯ_３を含有し得る、非常に薄く、緻密な酸化物層が形成される。この酸化物層の形成により、摩耗保護層のさらなる酸化プロセスは著しく減速され、これによって、高温でのコーティングの酸化および機能性の損失が非常に効果的に回避される。

本発明によるコーティングは、基体に直接施与されていてよい。この場合、コーティングが基体の加工または改質された表面に施与されていることがとりわけ提供されている。

しかしながら、本発明によるコーティングは、少なくとも中間層を用いて基体に施与されていてもよく、ここで、中間層は、例えばニッケルＮｉを含有する金属中間層であってよい。しかしながら、中間層は、基体の表面の加工により、例えば再溶融プロセスにより実現することもできる。

本発明は、基体、とりわけねずみ鋳鉄から製造された基体からなる少なくとも１つの摩擦面と、摩擦面の少なくとも一部に施与された少なくとも１つのコーティングとを備えた、ブレーキディスクの製造にも関する。

本発明の本質は、摩擦面の少なくとも一部を、少なくとも炭化タングステン－クロム（Ｗ、Ｃｒ）_２ＣおよびニッケルクロムＮｉＣｒでコーティングする工程に関する。

本発明のさらなる有利な態様は、従属請求項および実施例から読み取ることができる。

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
従来技術による穿孔およびコーティングが施されたブレーキディスクを示す図。強度のブレーキ操作後の、本発明によりコーティングが施されたブレーキディスク断面の顕微切片を示す図。本発明による製造方法を示す図。

実施例の説明
図１に示されるブレーキディスク１は、円環状ディスク形状のブレーキリング２および該ブレーキリング２と一体化して同軸の鉢形状（ｎａｐｆｆｏｅｒｍｉｇ）のハブ３を有する。摩擦リング２は、実際のブレーキディスクを形成する。ブレーキディスク１は、内部通気され、そのブレーキリング２は、二重壁になっている。ブレーキリング２の外側の端面は、ブレーキディスク１の円環状ディスク形状の摩擦面４を形成する。摩擦面４は、ブレーキディスク１を摩擦により制止させるため、ブレーキ時に図示されていない摩擦ブレーキパッドが押し付けられるブレーキディスク１の表面である。ブレーキディスク１は穿孔されており、すなわち、ブレーキディスクは、ブレーキリング２を貫通する穴５を有する。ブレーキディスク１は、ねずみ鋳鉄または鋼合金からなる。

ブレーキディスク１の摩擦面４は、耐摩耗性および耐腐食性を高める表面コーティングを備えている。表面コーティングは、例えば火炎溶射またはアーク溶射により施与されている熱粉体コーティングであってよい。摩擦面４の表面コーティングは、炭化物、とりわけ炭化金属、例えば炭化クロムまたは炭化タングステンを有することができ、これらは、母材へ、とりわけ、例えばニッケルまたはコバルトから構成される金属母材へ埋め込まれている。耐摩耗性および耐腐食性を高める摩擦面４の表面コーティングは、１つの層であっても複数の層であってもよい。

既に述べたように、図示された実施形態による本発明の本質は、鋳鉄ブレーキディスクにおける、炭化タングステンＷＣ、炭化タングステン－クロム（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃおよびニッケル－クロムＮｉＣｒからなる摩耗保護層の使用である。（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃは、クロムが異なる量で組み込まれている公知の炭化二タングステンＷ_２Ｃである。したがって、この炭化混合物は、（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃと呼称される。この相は、８００℃までの高温でも、優れた耐酸化性および良好な耐摩耗性を有する。さらに、ニッケルの高温強度および耐酸化性は、クロムを有する合金により大幅に上昇する。

コーティングにおいて、ＷＣは、（Ｗ、Ｃｒ）_２ＣおよびＮｉＣｒから構成される母材相に均一に埋め込まれている。約６００℃のブレーキ温度から、層の表面では、ＮｉＷＯ_４、ＣｒＷＯ_４、Ｃｒ_２Ｏ_３またはＷＯ_３を含有し得る、非常に薄く、緻密な酸化物層が形成される。この酸化物層の形成により、摩耗保護層のさらなる酸化プロセスは著しく減速され、これによって、高温でのコーティングの酸化および機能性の損失が有意に回避される。

図２は、８００℃を超えるブレーキフェーディング試験（Ｂｒｅｍｓｆａｄｉｎｇｔｅｓｔ）後の、ＷＣ－（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃ－ＮｉＣｒでコーティングされた鋳鉄ブレーキディスク断面の顕微切片を示す。

符号２０１は鋳鉄基体（エッチングして相変態させたもの）、符号２０２はニッケル中間層、符号２０３はＷＣ－（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃ－ＮｉＣｒ層を示す。

摩耗保護層２０３の表面に形成された酸化物層は、顕微切片の写真からは観察できないほど非常に薄い。フェーディング試験後、摩耗保護層２０３の表面はなお滑らかで、層厚は新品の状態とほぼ同じであり、このことは、８００℃を超える試験後の層がほとんど摩耗しなかったことを意味する。

ＷＣ－（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃ－ＮｉＣｒでコーティングされた鋳鉄ブレーキディスクの一実施形態は、鋳鉄基体へ高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）を用いて摩耗保護層を直接コーティングすることである。鋳鉄基体への良好な層密着性を確保するために、鋳鉄基体の表面を、ＨＶＯＦコーティング前に、例えばサンドブラストにより粗面化することができる。

更なる実施形態は、摩耗保護層のＨＶＯＦコーティングの前に金属中間層を接着促進材として鋳鉄基体へ施与することである。このために、好ましくは、ニッケルまたはニッケル基合金を、金属中間層として使用する。

ＷＣ－（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃ－ＮｉＣｒ摩耗保護層の好ましい組成は、以下の通りである：
・ＷＣ３０～５０質量パーセント、
・（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃ２０～４０質量パーセント、
・ＮｉＣｒ１０～３５質量パーセント、
・および不純物。

図に基づいて、本発明によるブレーキディスクの製造方法を説明する。

（任意の）工程８０１では、この実施形態でねずみ鋳鉄として構成される基体を提供する。引き続き、工程８０２では、上述のように基体の摩擦面を加工する。

（任意の）工程８０３では、基体の摩擦面を上述した中間層で覆う。

その後、工程８０４では、本発明によるコーティングを施与する。

Claims

・基体（２０１）からなる少なくとも１つの摩擦面（４）と、
・前記摩擦面（４）の少なくとも一部に施与された少なくとも１つのコーティング（２０３）と
を備えた、ブレーキディスク（１）において、
・前記コーティング（２０３）が、少なくとも炭化タングステン（ＷＣ）３０～５０質量パーセント、炭化タングステン－クロム（（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃ）２０～４０質量パーセント、およびニッケルクロム（ＮｉＣｒ）１０～３５質量パーセント、を含有することを特徴とする、ブレーキディスク（１）。
前記コーティング（２０３）において、前記炭化タングステン－クロム（（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃ）およびニッケルクロム（ＮｉＣｒ）から構成される母材相中に、前記炭化タングステン（ＷＣ）が実質的に均一に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１記載のブレーキディスク（１）。
前記コーティング（２０３）が、酸化物を含有する表面層を有することを特徴とする、請求項１記載のブレーキディスク（１）。
前記表面層が、少なくとも酸化ニッケルタングステン（ＮｉＷＯ_４）および／または酸化クロムタングステン（ＣｒＷＯ_４）および／または酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）および／または酸化タングステン（ＷＯ_３）を含有することを特徴とする、請求項３記載のブレーキディスク（１）。
請求項１記載の前記コーティングから出発する前記表面層が、ある程度のブレーキ操作後にはじめて存在することを特徴とする、請求項３または４記載のブレーキディスク（１）。
前記コーティング（２０３）が、前記基体（２０１）に直接施与されていることを特徴とする、請求項１記載のブレーキディスク（１）。
前記コーティング（２０３）が、少なくとも１つの中間層（２０２）を用いて前記基体（２０１）に施与されていることを特徴とする、請求項１記載のブレーキディスク（１）。
前記中間層（２０２）が、ニッケル（Ｎｉ）を含有し、かつ／または前記基体（２０１）の表面の加工により実現されていることを特徴とする、請求項７記載のブレーキディスク（１）。
基体（２０１）からなる少なくとも１つの摩擦面と、前記摩擦面の少なくとも一部に施与された少なくとも１つのコーティング（２０３）とを備えたブレーキディスク（１）の製造方法において、
前記摩擦面の少なくとも一部を、少なくとも炭化タングステン（ＷＣ）、炭化タングステン－クロム（（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃ）およびニッケルクロム（ＮｉＣｒ）でコーティングし、前記コーティング（２０３）が、少なくとも炭化タングステン（ＷＣ）３０～５０質量パーセント、炭化タングステン－クロム（（Ｗ、Ｃｒ） _２Ｃ）２０～４０質量パーセント、およびニッケルクロム（ＮｉＣｒ）１０～３５質量パーセント、を含有する、工程（８０４）を特徴とする、方法。
前記コーティング（２０３）において、炭化タングステン－クロム（（Ｗ、Ｃｒ）_２Ｃ）およびニッケルクロム（ＮｉＣｒ）から構成される母材相中に、前記炭化タングステン（ＷＣ）が実質的に均一に埋め込まれていることを特徴とする、請求項９記載の方法。