JPH07224390A - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
- Publication number
- JPH07224390A JPH07224390A JP1660194A JP1660194A JPH07224390A JP H07224390 A JPH07224390 A JP H07224390A JP 1660194 A JP1660194 A JP 1660194A JP 1660194 A JP1660194 A JP 1660194A JP H07224390 A JPH07224390 A JP H07224390A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- base material
- alloy
- lower layer
- coating
- Prior art date
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- Braking Arrangements (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】耐摩耗性が良好で、基材とコーティング層との
密着性が向上した軽量な摺動部材を提供する。 【構成】Ti又はTi合金よりなる基材1の表面に2層
コーティングを施してなる摺動部材において、該2層コ
ーティングの下層2がTiC層であり、上層3が硬質薄
膜層(TiN、CrN等)であることを特徴とする。基
材1及び下層2の双方にTiが存在するので両者の密着
性が高まる。基材1がTi又はTi合金よりなるので軽
量であり、また上層3が硬質薄膜層であるため耐摩耗性
も良好である。
密着性が向上した軽量な摺動部材を提供する。 【構成】Ti又はTi合金よりなる基材1の表面に2層
コーティングを施してなる摺動部材において、該2層コ
ーティングの下層2がTiC層であり、上層3が硬質薄
膜層(TiN、CrN等)であることを特徴とする。基
材1及び下層2の双方にTiが存在するので両者の密着
性が高まる。基材1がTi又はTi合金よりなるので軽
量であり、また上層3が硬質薄膜層であるため耐摩耗性
も良好である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はTi又はTi合金を基材
とし、その表面にコーティングを施した摺動部材に関す
る。本発明の摺動部材は、自動車用ディスクブレーキ機
構等のディスクロータなどに利用して好適である。
とし、その表面にコーティングを施した摺動部材に関す
る。本発明の摺動部材は、自動車用ディスクブレーキ機
構等のディスクロータなどに利用して好適である。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車用ディスクブレーキ機構等
に用いられるディスクロータは、安価であり、材料の信
頼性が高く、製造が容易であることなどの点から、鉄
(鋳鉄)製のものが主流とされている。ところで、近
年、自動車エンジンの高速回転化、高出力化、又は低燃
費等の要求が高まっているが、この対応策として自動車
の軽量化が大きな課題となっている。
に用いられるディスクロータは、安価であり、材料の信
頼性が高く、製造が容易であることなどの点から、鉄
(鋳鉄)製のものが主流とされている。ところで、近
年、自動車エンジンの高速回転化、高出力化、又は低燃
費等の要求が高まっているが、この対応策として自動車
の軽量化が大きな課題となっている。
【0003】そこで、特開平4−337126号公報に
は、Ti又はTi合金を基材とし、その表面にコーティ
ングを施した、軽量かつ高強度で耐久性に優れたディス
クロータが開示されている。このディスクロータは、T
i又はTi合金よりなる基材の表面に、硬質クロム層の
下地層及び窒化チタン(TiN)層の表面層よりなる2
層コーティングを施したものである。
は、Ti又はTi合金を基材とし、その表面にコーティ
ングを施した、軽量かつ高強度で耐久性に優れたディス
クロータが開示されている。このディスクロータは、T
i又はTi合金よりなる基材の表面に、硬質クロム層の
下地層及び窒化チタン(TiN)層の表面層よりなる2
層コーティングを施したものである。
【0004】なお、下地層としての硬質クロム層は、電
気メッキにより3〜500μmの厚さで形成され、表面
層としてのTiN層はPVD法により1〜30μmの厚
さで形成されている。また、このようにコーティング層
を2層設けるのは以下の理由による。つまり、表面層と
してのTiN層は硬くキズが付きにくいものであるが、
基材のTi又はTi合金に直接コーティングした場合、
Ti又はTi合金の表面強度が不十分であることから、
コーティングによる効果が十分に発揮されない。これに
対して、硬質Cr層の下地層を形成した後、TiN層を
形成することにより、TiN層は硬質Cr層を介して、
該硬質Cr層を媒体として基材と強く接合する。したが
って、このような2層コーティングとすることにより、
該コーティング層の剥離強度を向上させることができ
る。
気メッキにより3〜500μmの厚さで形成され、表面
層としてのTiN層はPVD法により1〜30μmの厚
さで形成されている。また、このようにコーティング層
を2層設けるのは以下の理由による。つまり、表面層と
してのTiN層は硬くキズが付きにくいものであるが、
基材のTi又はTi合金に直接コーティングした場合、
Ti又はTi合金の表面強度が不十分であることから、
コーティングによる効果が十分に発揮されない。これに
対して、硬質Cr層の下地層を形成した後、TiN層を
形成することにより、TiN層は硬質Cr層を介して、
該硬質Cr層を媒体として基材と強く接合する。したが
って、このような2層コーティングとすることにより、
該コーティング層の剥離強度を向上させることができ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記2層コー
ティングとした従来のディスクロータにおいても、下地
層としての硬質Cr層と基材との密着性が十分であると
はいえず、このため密着性不足により、高負荷時に靱性
が低下してコーティング層が剥離するという問題があ
る。
ティングとした従来のディスクロータにおいても、下地
層としての硬質Cr層と基材との密着性が十分であると
はいえず、このため密着性不足により、高負荷時に靱性
が低下してコーティング層が剥離するという問題があ
る。
【0006】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、コーティング層と基材との密着性を向上させるこ
とによりコーティング層の剥離強度を高め、耐摩耗性が
良好で軽量な摺動部材を提供することを解決すべき技術
課題とするものである。
あり、コーティング層と基材との密着性を向上させるこ
とによりコーティング層の剥離強度を高め、耐摩耗性が
良好で軽量な摺動部材を提供することを解決すべき技術
課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項1記載の摺動部材は、Ti又はTi合金よりなる基材
の表面に2層コーティングを施してなる摺動部材におい
て、該2層コーティングの下層がTiC層であり、上層
が硬質薄膜層であることを特徴とするものである。
項1記載の摺動部材は、Ti又はTi合金よりなる基材
の表面に2層コーティングを施してなる摺動部材におい
て、該2層コーティングの下層がTiC層であり、上層
が硬質薄膜層であることを特徴とするものである。
【0008】また、上記課題を解決する請求項2記載の
摺動部材は、Ti又はTi合金よりなる基材の表面に2
層コーティングを施してなる摺動部材において、該2層
コーティングの下層がNi−Pめっき層であり、上層が
硬質薄膜層であることを特徴とするものである。
摺動部材は、Ti又はTi合金よりなる基材の表面に2
層コーティングを施してなる摺動部材において、該2層
コーティングの下層がNi−Pめっき層であり、上層が
硬質薄膜層であることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】請求項1記載の摺動部材では、基材及び下層中
に共にTiが存在するため、基材と下層との密着性が高
まる。請求項2記載の摺動部材では、下層にNi−Pめ
っき層を用いているが、このNi−Pめっき層はTi又
はTi合金と密着性が非常に良好である。
に共にTiが存在するため、基材と下層との密着性が高
まる。請求項2記載の摺動部材では、下層にNi−Pめ
っき層を用いているが、このNi−Pめっき層はTi又
はTi合金と密着性が非常に良好である。
【0010】請求項1及び請求項2記載の摺動部材は、
基材がTi又はTi合金よりなるので軽量であり、また
上層が硬質薄膜層であるため耐摩耗性も良好である。
基材がTi又はTi合金よりなるので軽量であり、また
上層が硬質薄膜層であるため耐摩耗性も良好である。
【0011】
【実施例】以下、本発明の摺動部材をTi合金製ディス
クロータに適用した実施例を説明する。 (実施例1)本実施例1のTi合金製ディスクロータ
は、図1の部分断面図に示すように、基材1と、基材1
の表面に形成された下層2と、下層2の表面に形成され
た上層3とから構成されている。
クロータに適用した実施例を説明する。 (実施例1)本実施例1のTi合金製ディスクロータ
は、図1の部分断面図に示すように、基材1と、基材1
の表面に形成された下層2と、下層2の表面に形成され
た上層3とから構成されている。
【0012】基材1はTi合金(Ti−6Al−4V)
よりなるディスクロータ形状をなしている。また、下層
2は厚さ30μmのTiC層よりなり、上層3は厚さ4
μmの硬質薄膜層としてのTiN層よりなる。本実施例
1のTi合金製ディスクロータは以下のように製造し
た。まず、上記組成のTi合金よりなるディスクロータ
形状の基材1を準備した。TiC粉末(平均粒径50μ
m)を基材1の表面に供給しながら、CO2 ガスレーザ
を用い、出力3kW、ビーム径φ4.0μmの条件でT
iC粉末を溶融、合金化させた。これにより、基材1の
表面にTiC層を形成した。このTiC層の表面を機械
加工により平滑化するとともに該TiC層を所定厚さ
(本実施例1では、30μm)に仕上げて、基材1の表
面にTiC層よりなる下層2を形成した。そして、PV
D法により、通常実施されている条件(基材温度500
℃、バイアス電圧−200V、真空度7.0×10-2P
aで、下層2の表面に厚さ4μmのTiN層よりなる上
層3を形成した。
よりなるディスクロータ形状をなしている。また、下層
2は厚さ30μmのTiC層よりなり、上層3は厚さ4
μmの硬質薄膜層としてのTiN層よりなる。本実施例
1のTi合金製ディスクロータは以下のように製造し
た。まず、上記組成のTi合金よりなるディスクロータ
形状の基材1を準備した。TiC粉末(平均粒径50μ
m)を基材1の表面に供給しながら、CO2 ガスレーザ
を用い、出力3kW、ビーム径φ4.0μmの条件でT
iC粉末を溶融、合金化させた。これにより、基材1の
表面にTiC層を形成した。このTiC層の表面を機械
加工により平滑化するとともに該TiC層を所定厚さ
(本実施例1では、30μm)に仕上げて、基材1の表
面にTiC層よりなる下層2を形成した。そして、PV
D法により、通常実施されている条件(基材温度500
℃、バイアス電圧−200V、真空度7.0×10-2P
aで、下層2の表面に厚さ4μmのTiN層よりなる上
層3を形成した。
【0013】(実施例2)本実施例2のTi合金製ディ
スクロータは、TiC層よりなる下層2の厚さを150
μmとし、かつ、TiN層よりなる上層3の厚さを6μ
mとすること以外は上記実施例1と同様の構成で、その
製造方法も実施例1と同様である。 (実施例3)本実施例3のTi合金製ディスクロータ
は、上層3をTiN層の代わりに硬質薄膜層としてのC
rN層とすること以外は上記実施例1と同様の構成で、
その製造方法も実施例1と同様である。
スクロータは、TiC層よりなる下層2の厚さを150
μmとし、かつ、TiN層よりなる上層3の厚さを6μ
mとすること以外は上記実施例1と同様の構成で、その
製造方法も実施例1と同様である。 (実施例3)本実施例3のTi合金製ディスクロータ
は、上層3をTiN層の代わりに硬質薄膜層としてのC
rN層とすること以外は上記実施例1と同様の構成で、
その製造方法も実施例1と同様である。
【0014】(実施例4)本実施例4のTi合金製ディ
スクロータは、TiC層よりなる下層2の厚さを150
μmとし、かつ、CrN層よりなる上層3の厚さを6μ
mとすること以外は上記実施例3と同様の構成で、その
製造方法も実施例3と同様である。 (実施例5)本実施例5のTi合金製ディスクロータ
は、下層2をTiC層の代わりにNi−Pめっき層と
し、この下層2の厚さを10μmとすること以外は上記
実施例1と同様の構成である。
スクロータは、TiC層よりなる下層2の厚さを150
μmとし、かつ、CrN層よりなる上層3の厚さを6μ
mとすること以外は上記実施例3と同様の構成で、その
製造方法も実施例3と同様である。 (実施例5)本実施例5のTi合金製ディスクロータ
は、下層2をTiC層の代わりにNi−Pめっき層と
し、この下層2の厚さを10μmとすること以外は上記
実施例1と同様の構成である。
【0015】本実施例のTi合金製ディスクロータは以
下のように製造した。まず、上記実施例1と同様のディ
スクロータ形状の基材1を準備した。この基材1の表面
に、無電解Ni−Pめっきにより厚さ10μmのNi−
Pめっき層(P含有量8wt%)よりなる下層2を形成
した。そして、上記実施例1と同様のPVD法により、
下層2の表面に厚さ4μmのTiN層よりなる上層3を
形成した。
下のように製造した。まず、上記実施例1と同様のディ
スクロータ形状の基材1を準備した。この基材1の表面
に、無電解Ni−Pめっきにより厚さ10μmのNi−
Pめっき層(P含有量8wt%)よりなる下層2を形成
した。そして、上記実施例1と同様のPVD法により、
下層2の表面に厚さ4μmのTiN層よりなる上層3を
形成した。
【0016】なお、下層2としてNi−Pめっき層を採
用した理由は、Ti又はTi合金にめっきできる材料は
限られており、Ti又はTi合金にめっきできる材料の
うちNi−Pめっき層が特に密着性の点で良いことを実
験で確認したからである。CuやスズもTi又はTi合
金にめっきできる材料であるが、これらはいずれも密着
性が不十分であった。
用した理由は、Ti又はTi合金にめっきできる材料は
限られており、Ti又はTi合金にめっきできる材料の
うちNi−Pめっき層が特に密着性の点で良いことを実
験で確認したからである。CuやスズもTi又はTi合
金にめっきできる材料であるが、これらはいずれも密着
性が不十分であった。
【0017】(実施例6)本実施例6のTi合金製ディ
スクロータは、Ni−Pめっき層よりなる下層2の厚さ
を100μmとし、かつ、TiN層よりなる上層3の厚
さを6μmとすること以外は上記実施例5と同様の構成
で、その製造方法も実施例5と同様である。
スクロータは、Ni−Pめっき層よりなる下層2の厚さ
を100μmとし、かつ、TiN層よりなる上層3の厚
さを6μmとすること以外は上記実施例5と同様の構成
で、その製造方法も実施例5と同様である。
【0018】(実施例7)本実施例7のTi合金製ディ
スクロータは、上層3をTiN層の代わりにCrN層と
すること以外は上記実施例5と同様の構成で、その製造
方法も実施例5と同様である。 (実施例8)本実施例8のTi合金製ディスクロータ
は、Ni−Pめっき層よりなる下層2の厚さを100μ
mとすること以外は上記実施例7と同様の構成で、その
製造方法も実施例7と同様である。
スクロータは、上層3をTiN層の代わりにCrN層と
すること以外は上記実施例5と同様の構成で、その製造
方法も実施例5と同様である。 (実施例8)本実施例8のTi合金製ディスクロータ
は、Ni−Pめっき層よりなる下層2の厚さを100μ
mとすること以外は上記実施例7と同様の構成で、その
製造方法も実施例7と同様である。
【0019】(比較例1)比較例1のTi合金製ディス
クロータは、下層2をTiC層の代わりにCrめっき層
とし、このCrめっき層の厚さを50μmとし、かつ、
TiN層よりなる上層3の厚さを5μmとすること以外
は上記実施例1と同様の構成である。この比較例1のT
i合金製ディスクロータは、上記実施例1と同様のディ
スクロータ形状の基材1の表面に、電気めっきにより硬
質Crめっき層を形成し、その上に上記実施例1と同様
のPVD法によりTiN層を形成したものである。
クロータは、下層2をTiC層の代わりにCrめっき層
とし、このCrめっき層の厚さを50μmとし、かつ、
TiN層よりなる上層3の厚さを5μmとすること以外
は上記実施例1と同様の構成である。この比較例1のT
i合金製ディスクロータは、上記実施例1と同様のディ
スクロータ形状の基材1の表面に、電気めっきにより硬
質Crめっき層を形成し、その上に上記実施例1と同様
のPVD法によりTiN層を形成したものである。
【0020】(比較例2)比較例2のディスクロータ
は、コーティング処理層のない鋳鉄製のものである。 (評価)上記実施例1〜8及び比較例1〜2のディスク
ロータについて、引張試験を行ない基材と下層間の剥離
強度を調べた。ついで、摩擦試験を行い、2層コーティ
ングの耐摩耗性を調べた。その結果をまとめて表1に示
す。なお、この摩擦試験は、相手材としてブレーキパッ
ド材を用い、荷重:1960N(9.8×106P
a)、回転数:500rpm、無潤滑の条件で行った。
は、コーティング処理層のない鋳鉄製のものである。 (評価)上記実施例1〜8及び比較例1〜2のディスク
ロータについて、引張試験を行ない基材と下層間の剥離
強度を調べた。ついで、摩擦試験を行い、2層コーティ
ングの耐摩耗性を調べた。その結果をまとめて表1に示
す。なお、この摩擦試験は、相手材としてブレーキパッ
ド材を用い、荷重:1960N(9.8×106P
a)、回転数:500rpm、無潤滑の条件で行った。
【0021】
【表1】 *一部剥離が発生 表1からも明らかなように、下層が硬質Crめっき層で
ある比較例1の場合、硬質Crめっき層よりなる下層と
Ti合金製基材との密着性が低いのに対し、下層がTi
C層である実施例1〜4や、下層がNi−Pめっき層で
ある実施例5〜8は、下層2と基材1との密着性が向上
した。とくに、下層がTiC層である実施例1〜4は、
下層2と基材1との密着性が大幅に向上した。これは、
TiCをレーザにより基材と合金化しているので、基材
のTi合金とTiCが互いに溶融状態となり、このため
とくに基材との密着性が向上したためと考えられる。
ある比較例1の場合、硬質Crめっき層よりなる下層と
Ti合金製基材との密着性が低いのに対し、下層がTi
C層である実施例1〜4や、下層がNi−Pめっき層で
ある実施例5〜8は、下層2と基材1との密着性が向上
した。とくに、下層がTiC層である実施例1〜4は、
下層2と基材1との密着性が大幅に向上した。これは、
TiCをレーザにより基材と合金化しているので、基材
のTi合金とTiCが互いに溶融状態となり、このため
とくに基材との密着性が向上したためと考えられる。
【0022】また、TiN等のTiを含む層を上層3に
用いた実施例1、2、5、6においては、下層2及び上
層3中に共にTiが存在することとなり、下層2と上層
3との密着性も高まるものと考えられる。また実施例1
〜8において、下層2及び上層3の厚さが薄い方が、下
層2と基材1との密着性が向上することが確認された。
したがって、下層2及び上層3の厚さとしては、それぞ
れの層の機能を損なわない範囲内で薄いほど好ましい。
具体的には下層2の厚さは3〜200μm、特に3〜5
0μmとすることが好ましい。下層2の厚さが3μmよ
り薄いと基材との充分な密着性が得られず、200μm
より厚いと下層2内でクラックが発生し剥離する原因と
なる。また、上層3の厚さは1〜10μm、特に1〜6
μmとすることが好ましい。上層3の厚さが1μmより
薄いと耐摩耗性が不充分となり、10μmより厚いと上
層3と下層2の密着性が不良となる。
用いた実施例1、2、5、6においては、下層2及び上
層3中に共にTiが存在することとなり、下層2と上層
3との密着性も高まるものと考えられる。また実施例1
〜8において、下層2及び上層3の厚さが薄い方が、下
層2と基材1との密着性が向上することが確認された。
したがって、下層2及び上層3の厚さとしては、それぞ
れの層の機能を損なわない範囲内で薄いほど好ましい。
具体的には下層2の厚さは3〜200μm、特に3〜5
0μmとすることが好ましい。下層2の厚さが3μmよ
り薄いと基材との充分な密着性が得られず、200μm
より厚いと下層2内でクラックが発生し剥離する原因と
なる。また、上層3の厚さは1〜10μm、特に1〜6
μmとすることが好ましい。上層3の厚さが1μmより
薄いと耐摩耗性が不充分となり、10μmより厚いと上
層3と下層2の密着性が不良となる。
【0023】さらに、下層が硬質Crめっき層である比
較例1は下層の一部が剥離したため、平均摩耗量が多い
のに対し、実施例1〜8では、下層の剥離がないため全
て摩耗量が上層3の厚さよりも少なくなっており、コー
ティング層の耐摩耗性が向上した。とくに、上層3がC
rN層である実施例3、4、7、8は、TiNに比べて
耐摩耗性が向上した。これは、硬さの高いCrNのため
と考えられる。
較例1は下層の一部が剥離したため、平均摩耗量が多い
のに対し、実施例1〜8では、下層の剥離がないため全
て摩耗量が上層3の厚さよりも少なくなっており、コー
ティング層の耐摩耗性が向上した。とくに、上層3がC
rN層である実施例3、4、7、8は、TiNに比べて
耐摩耗性が向上した。これは、硬さの高いCrNのため
と考えられる。
【0024】なお、上記実施例では、基材としてTi合
金を用いたが、Tiを用いた場合も同様の効果を奏す
る。また、上記実施例では、上層3の硬質薄膜層として
TiN層やCrN層を用いたが、これらの他にTiAl
N等の硬質薄膜層を用いることも可能である。
金を用いたが、Tiを用いた場合も同様の効果を奏す
る。また、上記実施例では、上層3の硬質薄膜層として
TiN層やCrN層を用いたが、これらの他にTiAl
N等の硬質薄膜層を用いることも可能である。
【0025】
【発明の効果】以上詳述したように請求項1記載の摺動
部材は、基材及び下層の双方にTiが存在するため両者
の密着性が高まり、基材に対する2層コーティングの剥
離強度が向上する。また、請求項2記載の摺動部材は、
下層にTi又はTi合金との密着性の良好なNi−Pめ
っき層を用いているため、基材に対する2層コーティン
グの剥離強度が向上する。
部材は、基材及び下層の双方にTiが存在するため両者
の密着性が高まり、基材に対する2層コーティングの剥
離強度が向上する。また、請求項2記載の摺動部材は、
下層にTi又はTi合金との密着性の良好なNi−Pめ
っき層を用いているため、基材に対する2層コーティン
グの剥離強度が向上する。
【0026】そして、基材がTi又はTi合金よりな
り、上層が硬質薄膜層である請求項1及び請求項2記載
の摺動部材は、軽量で、耐摩耗性も良好である。
り、上層が硬質薄膜層である請求項1及び請求項2記載
の摺動部材は、軽量で、耐摩耗性も良好である。
【図1】本実施例1に係るTi合金製ディスクロータの
部分断面図である。
部分断面図である。
1は基材、2は下層、3は上層である。
Claims (2)
- 【請求項1】 Ti又はTi合金よりなる基材の表面に
2層コーティングを施してなる摺動部材において、 該2層コーティングの下層がTiC層であり、上層が硬
質薄膜層であることを特徴とする摺動部材。 - 【請求項2】 Ti又はTi合金よりなる基材の表面に
2層コーティングを施してなる摺動部材において、 該2層コーティングの下層がNi−Pめっき層であり、
上層が硬質薄膜層であることを特徴とする摺動部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1660194A JPH07224390A (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1660194A JPH07224390A (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 摺動部材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07224390A true JPH07224390A (ja) | 1995-08-22 |
Family
ID=11920824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1660194A Pending JPH07224390A (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 摺動部材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07224390A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009015308A1 (en) * | 2007-07-26 | 2009-01-29 | Federal-Mogul Corporation | Dual coated cast iron brake rotor and method of construction |
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