KR20220123063A - 마모 및 부식에 대한 보호가 제공되는 브레이크 디스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 기술 및 산업 플랜트 기술의 분야에 관한 것이고, 마모 및 부식에 대한 보호가 제공되는 브레이크 디스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 공지된 해법의 단점은 내부식 및 내마모 코팅이 브레이크 디스크의 마찰 표면에 적용되나, 제 1 제동 작동에서 즉시 벗겨진다는 것이다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 부식 및 마모에 대해 개선되고 지속적인 보호를 가지는 브레이크 디스크를 제공한다. 본 발명에 따라 부식 및 마모에 대한 보호의 관점에서 브레이크 디스크의 상당히 개선된 특성이 달성되며, 이는 AlSi-기반 확산층(3)을 가지는 적어도 마찰 표면(2)의 영역을 가지고, 이 확산층(3)은 0.1　mm 내지 0.6　mm의 층 두께를 가지고, 메인 금속성 바디(1)의 강철 또는 회주철과의 상호작용 공정에서 형성된다. 본 발명에 따른 브레이크 디스크는 예컨대 차량에서 사용될 수 있으며, 또는 산업용 브레이크를 위한 브레이크 시스템, 또는 윈드 터빈에 사용될 수 있다.

Description

마모 및 부식에 대한 보호가 제공되는 브레이크 디스크 및 그 제조 방법

본 발명은 차량 기술 및 산업 플랜트 기술의 분야에 관한 것이고 마모 및 부식에 대한 보호가 제공되는 브레이크 디스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 생산된 브레이크 디스크는 예를 들어, 차량에서 또는 산업용 브레이크를 위한 브레이크 시스템으로서 또는 윈드 터빈에서 사용될 수 있다.

차량에서 그리고 산업 어플리케이션에서 종래의 브레이크 디스크는 금속 소재 또는 세라믹 소재로 구성된 원피스 형태로 브레이크 디스크로서, 또는 하나 이상의 금속 소재 또는 세라믹 소재로 구성된 복합 브레이크 디스크 또는 다중부분 브레이크 디스크로서 설계된다.

브레이크 디스크는 다기능 영역을 가진다. 예를 들어, 모터 차량에서 브레이크 디스크는 프론트 액슬 및 리어 액슬 상에 스크류되고 이러한 목적을 위해, 첫째로 휠 림과 접촉하고 둘째로 휠 베어링과 접촉하는 평면 접촉 표면을 가진다. 전체 브레이크 디스크는 휠 볼트에 의해 접촉 표면을 통해 연결된다.

덧붙여, 브레이크 디스크는 제동 작동이 러빙(rubbing) 브레이크 라이닝과 연관해서 실행되는 마찰 표면을 갖는 영역을 구비한다.

발생하는 열의 보다 양호한 방산을 위해, 브레이크 디스크는 예를 들어, 내부로 환기되는 디스크 브레이크의 형태를 취할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 브레이크 디스크는 브레이크 디스크를 통해 흐르는 공기를 흡기하고, 열을 방산하고 따라서 브레이크 디스크의 냉각을 보장하는 브레이크 디스크 햇의 내부 상의 상응하는 환기 덕트를 가진다.

선행 기술에서 브레이크 디스크에는 마찰 표면의 영역에서 부식으로부터 단기간 보호가 제공되거나 환기 덕트의 영역에서 부식으로부터 장기간 보호가 제공된다. 부식으로부터 단기간 보호는 단기간 동안만 부식으로부터 브레이크 디스크를 보호한다.

선행 기술은 부식 및 마모로부터 브레이크 디스크를 보호하기 위한 다양한 해법을 개시한다.

DE 20 2018 107 169 U1는 20 wt% 미만의 텅스텐 카바이드 또는 다른 카바이드를 함유하는 금속 기반 물질을 포함하는 제 1 층, 및 제 1 층에 적용되고 20 wt% 내지 94 wt%의 텅스텐 카바이드를 함유하는 텅스텐 카바이드 함유 물질을 포함하는 제 2 층을 갖는, 특히 브레이크 디스크, 브레이크 드럼, 및 클러치 플레이트를 위한 코팅을 개시하고, 제 1 층 및 제 2 층은 열적으로 스프레이된 층이다.

DE 20 2018 102 703 U1는 마찰 표면으로서 조면화에 의해 형성된 표면을 갖고 조면화 후에 열 스프레잉 방식에 의해 마찰 표면에 적용된 코팅을 갖는 메인 바디를 구비한 차량용 브레이크 바디를 개시한다.

또한, 마찰 표면의 형태로 제 1 표면, 마찰 표면에 인접한 메인 표면의 형태로 제 2 표면, 및 메인 표면에 적용된 메인 표면 코팅을 갖는 메인 바디를 구비한, 차량용 브레이크 바디가 DE 20 2018 102 704 U1부터 공지된다.

추가로, 경질물의 코팅을 갖는 적어도 하나의 마찰 표면을 갖는, 금속성 물질, 특히 회주철로 구성된 메인 바디를 포함하는 차량용 브레이크 디스크가 DE 102 03 507 A1로부터 공지되고, 코팅 아래의 메인 바디는 브레이크 디스크의 축에 축방향으로 평행한 방향으로 제거된 물질 두께를 갖고, 메인 바디는 코팅의 층 두께에 기반해서 대략 코팅의 층 두께 또는 +/- 20% 초과 또는 그 미만, 바람직하게 +/- 10%까지의 브레이크 디스크의 축에 축방향으로 평행한 방향에서 제거된 물질 두께를 가진다.

공지된 해법의 단점은 내부식 및 내마모 코팅이 브레이크 디스크의 마찰 표면의 표면에 적용되고, 마찰 표면이 단시간 후에 부식하고 부식 공정이 바로 기재를 손상시키는 바와 같이 제 1 제동 작동에서 즉시 벗겨진다는 것이다. 구체적으로, 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 경우에, 예를 들어, 세정 효과를 갖는 크게 감소된 횟수의 제동 작동이 기대될 것이고, 이는 상승된 부식의 시작을 야기하여, 불가피하게 고장을 초래한다. 이러한 고장은 잡음 문제로서 나타나고 극심한 경우에, 제동 성능의 손실로 이끌 수 있다. 게다가, 추가 단점은 발생하는 부식이 마찰 표면의 영역에서 마찰 표면에 더 빠른 마모를 야기할 수 있다는 것이다.

또 다른 단점은 카바이드, 예를 들어, 텅스텐 카바이드, 크롬 카바이드 또는 보론 카바이드에 기반한 층 시스템을 갖는 경질물로 코팅된 브레이크 디스크의 높은 소재 및 생산 비용이다.

부식 및 마모로부터 개선되고 일관된 보호를 갖는 브레이크 디스크를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 목적은 특허 청구항에 구체화된 본 발명에 의해 달성된다. 유리한 구성은 부수적인 청구항의 주제이고, 본 발명은 또한 상호 배제하지 않는다는 조건 하에 “그리고” 연결의 관점에서 개별적인 종속 특허 청구항의 조합을 포함한다.

본 발명의 목적은 마찰 표면이 형성된 적어도 하나의 영역 및 브레이크 디스크의 고정을 위해 형성된 접촉 표면을 갖는 적어도 하나의 영역을 갖는, 강철 또는 회주철로 구성된 메인 금속성 바디를 갖는 브레이크 디스크에 의해 달성되고, 적어도 마찰 표면의 영역에서 메인 금속성 바디 내에 존재하는 철, 알루미늄, 및 실리콘으로부터 형성된 확산층은 0.1　mm 내지 0.6　mm의 층 두께를 갖고 확산 공정을 통해 메인 금속성 바디의 강철 또는 회주철로 집합적으로 형성된다.

브레이크 디스크는 유리하게, 추가적으로 환기 덕트가 있는 브레이크 디스크이다.

유리한 구성에서, 확산층은 층 두께에서 철 및 알루미늄으로 구성된 계조화된 시스템의 형태를 취하고, 실리콘은 계조화된 층 시스템에서 균일하게 분포되고, 계조화된 층 시스템은 철의 비율이 층 표면을 향해 계속적으로 감소하고 알루미늄의 비율이 층 표면을 향해 계속적으로 증가하는 그러한 방식으로 특히 유리하게 형성된다.

그것은 적어도 하나의 확산층이 열 처리로 이어지는 AlSi₁₂ 및/또는 AlSi₆ 합금으로 메인 금속성 바디의 코팅에 의해 형성될 때 유리하다.

유사하게 그것은 접촉 표면의 영역 및/또는 환기 덕트의 영역이 추가적으로 확산층을 가질 때 유리하다.

또한 그것은 확산층이 메인 금속성 바디의 물질의 경도에 비해 더 큰 경도를 가질 때 유리하다.

브레이크 디스크의 유리한 실행에서, 확산층은 250℃ 내지 650℃에서 열 처리에 의해 그리고 40 내지 300 분의 처리 기간으로 형성된다.

유리하게, 환기 덕트는 확산층 및 0.01 mm-0.4 mm의 층 두께를 갖는 Al 기반 표면층을 가진다.

또한 그것은 착색 물질이 적어도 확산층 내에 존재할 때 유리하다.

본 발명은 또한 본 발명의 브레이크 디스크를 생성하기 위한 공정에 의해 달성되고, 메인 금속성 바디의 표면은 적어도 형성된 마찰 표면의 영역에서 기계적으로 가공되고, 그런 후에 AlSi 기반 합금이 코팅 공정에 의해 적어도 형성된 마찰 표면의 영역에서 증착되고, 그런 후에 브레이크 디스크의 열 처리가 보호 가스 분위기 하에 수행되고, 최종으로 메인 금속성 바디의 표면은 적어도 마찰 표면의 영역에서 기계적으로 가공된다.

유리하게, 접촉 표면 및/또는 환기 덕트가 AlSi 기반 합금으로 추가적으로 코팅된다.

또한 그것은 코팅이 AlSi₁₂ 또는 AlSi₆ 합금으로 수행될 때 유리하다.

공정의 유리한 구성에서, 기계적 가공 및/또는 코팅 공정이 보호 가스 분위기 하에서 수행된다.

공정의 또 다른 유리한 구성에서, 브레이크 디스크의 열 처리는 40 내지 300분의 처리 기간 동안 그리고 250℃ 내지 650℃의 온도에서, 특히 유리하게 550℃ 내지 600℃의 온도에서 수행된다.

선행하는 청구항 11항 내지 15항 중 적어도 하나에 청구된 바와 같은 공정에서, 브레이크 디스크는 보호 가스 분위기 하에 250℃ 내지 650℃의 온도로 코팅 전에 예열된다.

덧붙여, 공정의 유리한 구성에서, 브레이크 디스크는 보호 가스 분위기 없이 150℃ 내지 200℃의 온도로 코팅 전에 예열된다.

그리고 또한 유리하게, 코팅은 아크 와이어 스프레잉, 스플랫의 증가된 운동 에너지로 수정된 아크 와이어 스프레잉, 고속 와이어 플레임 스프레잉, 액체 알루미늄 딥핑, 페인트 딥핑, 페인트 스프레잉, 레이저 분말 빌드업 용접, 분말 스프레잉 또는 전착도장에 의해 실행된다.

추가적으로 그것은 페인트로의 코팅이 5 내지 240 초의 기간에 걸쳐 250℃ 내지 650℃의 온도로 브레이크 디스크의 제 1 유도 가열의 실행으로 이어질 때 유리하다.

그리고 또한 유리하게, 착색 물질은 코팅 전에 또는 그 동안 채워지고, 적어도 마찰 표면(2)의 영역에 확산층(3) 내에 컬러 마킹을 생성하도록 사용된다.

본 발명은 메인 금속성 바디 상에 임의의 추가층 없이 생성된, 개선된 내부식 및 내마모 특성을 갖는 브레이크 디스크를 제공하는 것에 제 1 시간 동안 성공했다. 개선된 내부식 및 내마모 특성은 적어도 마찰 표면의 영역에서 달성되고, 접촉 표면의 영역 및/또는 환기 덕트의 영역은 또한 마모 및 부식으로부터 진보적인 보호를 가질 수 있다.

본 발명의 문맥에서, 브레이크 디스크는 메인 금속성 바디 및 직경형 배열에서 마찰 표면, 접촉 표면 및 랜드에 의해 형성된 환기 덕트와 같은 다른 기능화된 영역으로 구성되는 제동 시스템의 구성요소를 의미하는 것으로 이해되어야만 한다.

본 발명의 문맥에서 메인 금속성 바디는 강철 또는 회주철로부터 본 발명에 따라 생성된 기능화된 영역을 갖는 형성된 브레이크 디스크를 의미하는 것으로 이해되어야만 한다.

본 발명의 문맥에서 마찰 표면은 그를 통해 제동 작동이 적절하게 형성된 브레이크 라이닝과 연관해서 달성되는 하나의 부분 형태 또는 두 개의 부분 형태로 디스크와 유사한 표면을 의미하는 것으로 이해되어야만 한다.

본 발명의 문맥에서 접촉 표면은 휠의 림 및/또는 휠 베어링 또는 샤프트와 접촉하고 일반적으로 그에 접착성으로 본딩되는 메인 금속성 바디의 영역을 의미하는 것으로 이해되어야만 한다.

본 발명의 문맥에서 환기 덕트는 두 개의 마찰 표면 사이에 형성되고 브레이크 디스크로부터 열을 방출하고 따라서 브레이크 디스크를 냉각하는 효과를 갖는 메인 금속성 바디의 영역을 의미하는 것으로 이해되어야만 한다. 환기 덕트는 마찰 표면의 정반대로 대향하는 영역을 연결하는 랜드에 의해 형성된다. 환기 덕트는 또한 마찰 표면에서 홀 또는 슬롯으로서 형성될 수 있다.

브레이크 디스크의 현저하게 개선된 내부식 및 내마모 특성은, 적어도 마찰 표면의 영역이 0.1 mm 내지 0.6 mm의 층 두께를 갖는 AlSi 기반 확산층을 갖고 메인 금속성 바디의 강철 또는 회주철과 연관해서 형성된다는 점에서 본 발명에 따라 달성된다.

브레이크 디스크의 코팅에서, 금속성 메인 바디 표면 상에 형성된 산화철이 첫째로 철 알루미나이드의 형성을 방해거나 방지하고, 추가적으로 내마모 및 내부식층의 취성 플레이킹을 트리거하는, 악화된 접착 조건을 제공하기 때문에, 산화철의 형성은 부식 및 마모로부터 보호의 형성에 대해 불리하다는 것이 발견되어왔다.

이를 방지하기 위해, 본 발명에 따라 제안된 것은 AlSi 기반 합금으로의 코팅 전에 적어도 마찰 표면의 영역에서 제 1 공정 단계에서 메인 금속성 바디를 기계적으로 가공하는 것이고, 기계적 가공이 약 45°의 블라스팅 각도에서 코란덤으로 회전의 방향으로 그리고 그와 반대로 두 개의 샌드블라스팅 작동에 의해 수행되는 것이 유리하게 제안된다. 이는 적어도 마찰 표면의 영역에서 증가된 표면 영역을 확립하고, 이는 생성될 내마모 및 내부식층에 대한 개선된 접착 및 확산 조건을 가능하게 한다.

그것은 금속성 메인 바디 소재의 기계적 가공이 표면의 기계적 가공 동안 그리고 그 후에 산화철의 즉각적인 형성을 방지하기 위해 보호 가스 분위기 하에 유효화될 때 특히 유리하다. 사용된 보호 가스는 예시를 통해, 아르곤 또는 질소일 수 있다. 본 발명의 확산층의 소망하는 성장 및 0.1 mm 내지 0.6 mm의 소망하는 층 두께에 대해 불리한 임의의 산화 과정을 방지하기 위해, 모든 공정 단계가 보호 가스 분위기 하에 수행되는 것이 특히 유리하게 추가로 제안된다.

본 발명에 따라 제안되는 것은 메인 금속성 바디의 표면의 기계적 공정이 적어도 마찰 표면의 영역에서 메인 금속성 바디의 물질에 대한 AlSi 기반 합금의 적용으로 이어지는 것이다. 유리하게, 메인 금속성 바디는 또한 산화철의 형성에 대항하도록 보호 가스 분위기 하에 AlSi 기반 합금으로 유사하게 코팅될 수 있다.

열적 코팅 공정의 채용은, 이어서 열 처리에 의해 메인 금속성 바디의 소재에서 본 발명의 확산층을 구현할 수 있도록 적어도 마찰 표면의 영역에서 양호한 접착력을 갖는 특히 미립자 AlSi 기반 층을 생성하는 것을 가능하게 한다.

코팅 물질로서 AlSi 기반 합금 조성물이 메인 금속성 바디의 소재 내의 확산을 통한 40 내지 300 분의 처리 시간 동안 250℃-650℃의 온도에서, 특히 550℃ 내지 600℃에서 본 발명의 열 처리에 의해 생성되고 놀랍게도 역시 반복되는 제동 작동에서 일관된 방식으로 유지되는 마모 및 부식으로부터 특히 유리한 보호를 달성함이 본 발명에 따라 발견되어왔다.

550℃ 내지 600℃의 범위에 있는 유리한 온도의 효과는 확산층의 생성에서 확산률이 증가되고 동시에 적용된 물질이 용융점 아래에서 유지된다는 것이다. 메인 금속성 바디로부터 떨어져 적용된 AlSi 기반 합금의 흐름은 회피된다.

코팅 전에 브레이크 디스크가 보호 가스 분위기 하에 250℃ 내지 650℃의 온도로 예열될 때, 확산 공정의 트리거에 특히 유리하다. 예열 중에 200℃보다 높은 온도에서 형성된 원치않는 산화철이 보호 가스 분위기의 사용에 의해 방지됨이 발견되어왔다.

놀랍게도 예열 온도가 150℃ 내지 200℃에서 설정될 때만 브레이크 디스크의 예열에서 보호 가스의 사용을 회피하는 것이 가능하다.

그러나 본 발명에 따라서, 철, 알루미늄, 및 실리콘으로부터 성장된 확산층은 선행 기술로부터 공지된 바와 같이 메인 금속성 바디의 표면 상에 증착된 내마모 및 내부식층이 아니다. 대신에, 적어도 마찰 표면의 영역에서, 마모 및 부식으로부터 보호는 확산 공정에 의해 메인 금속성 바디 상에 코팅된 AlSi 기반 합금의 조절된 열 처리에 의해 형성된 순수한 확산층에 의해 배타적으로 제공된다.

본 발명에 따라서, 놀랍게도, 열 처리 동안 합금 성분과 같은 실리콘의 배합은 확산층에서 균일한 실리콘 크리스탈의 증착을 초래하여, 알루미늄과 연관해서 특히 균일하고 경성인 확산층으로 이끈다는 것이 발견되어왔다. AlSi 기반 합금에서 발견된 실리콘의 배합은 산소가 특히 유리한 방식으로 결합되고 따라서 산화철의 형성을 통한 메인 금속성 바디의 소재와의 산화 과정이 방지되는 추가 이점을 가진다. 산화철 형성의 방지는 0.1　mm 내지 0.6 mm의 층 두께를 갖는 메인 바디의 소재에서 철 알루미나이드의 방해받지 않는 신속한 성장을 가능하게 한다.

덧붙여, 실리콘의 제안된 배합이 마찰 표면의 근 표면 영역에서 알루미늄의 원치않는 산화를 방지함이 발견되었다. 이는 사용된 실리콘의 배합을 통해 AlSi 기반 합금에서 소망하는 철 알루미나이드의 효과적인 성장을 방지할 수 있는, 확산층에 개재된 산소의 레벨을 감소시킨다.

적용된 AlSi 기반 층이 최대 내재적 불침투성을 갖고 메인 금속성 바디의 표면의 양호한 습윤성을 부여하는 것은 확산에 의해 나중에 생성된 층의 품질에 있어서 중요하다. 이러한 목적을 위해, 그것은 적용될 AlSi 기반 합금의 용융된 액적(스플랫)이 높은 운동 에너지로 메인 금속성 바디의 표면을 칠 때 유리하다. 이것은 특히 아크 와이어 스프레잉, 스플랫의 증가된 운동 에너지로 수정된 아크 와이어 스프레잉, 고속 플레임 스프레잉(HVOF) 또는 고속 와이어 플레임 스프레잉의 코팅 방법을 통해 달성된다.

열적으로 개시된 확산 공정은 현저하게 더 높은 표면 경도를 갖는 철 알루미나이드로부터 형성된 확산층을 초래한다. 메인 금속성 바디를 위해 관례적으로 사용된 소재는 약 220 HV의 표면 경도를 갖는 강철 또는 회주철이다.

메인 금속성 바디의 소재로의 AlSi 기반 합금의 확산은 놀랍게도 적어도 기계적으로 후처리된 마찰 표면 상에 350 HV 내지 850　HV의 현저하게 더 높은 표면 경도를 초래한다. 확인된 경도는 여기서 전체 확산 구역에 걸쳐 발견되었다. 확산층에서 발견된 경도의 특정 기술적 효과는, 브레이크 디스크의 사용 기간에 긍정적인 효과를 갖고 추가로 미세 먼지의 방출을 현저하게 감소시키는, 브레이크 디스크의 감소된 마모가 달성된다는 것이다.

형성된 확산층의 추가 이점은, AlSi 기반 합금이 메인 금속성 바디의 소재 상에 직접 코팅되기 때문에 메인 급속성 바디와 그에 적용되는 마모 또는 부식층 사이에 접착력을 촉진할 필요가 없다는 것이고, 그것은 메인 금속성 바디의 소재와의 금속간 공정을 통한 철 알루미나이드로서 열적으로 개시된 확산 공정을 통해 직접 성장한다. 따라서 메인 금속성 바디의 표면으로부터 내마모 및 내부식층의 플레이킹 또는 탈착이 방지된다.

확산층, 및 브레이크 라이닝, 브레이크 디스크, 및 브레이크 캘리퍼의 상호작용은 추가로 감쇠 계수 및 내재된 주파수에서 긍정적인 변화를 초래한다. 개선된 기능 특성은 확산 폭 및 경도를 통해 브레이크 디스크에서 적극적으로 달성된다. 내재된 주파수 및 감쇠 계수는 감소되고, 따라서 러빙 및 브레이크 디스크 잡음의 발생으로서 전문가들 사이에 언급되는 것은 적어도 제동 작동에서 감소된다.

특히 또한 AlSi 기반 합금의 적용이 메인 금속성 바디의 가열에 의해 선행될 때, AlSi 기반 합금으로 메인 금속성 바디의 코팅을 위해 특히 유리한 공정은 아크 와이어 스프레잉, 딥핑, 페인트 스프레잉, 레이저 분말 빌드업 용접 또는 분말 스프레잉인 것으로 발견되었다. 메인 금속성 바디의 사전 가열은 확산 공정의 더 빠른 개시를 초래하고 메인 금속성 바디 내에서 철 알루미나이드의 성장을 촉진한다.

열 처리 후에 마찰 표면의 영역에서 표면 및 접촉 표면의 최종 기계적 가공은 초과 Al 기반 표면층이 제거되는 기술적 효과를 달성하고, 공지된 가스 질화된 브레이크 디스크와는 대조적으로, 본 발명의 브레이크 디스크는 무석면 유기(NAO) 브레이크 라이닝 및 낮은 금속성(low-met) 브레이크 라이닝 모두로 사용될 수 있다.

최종 기계적 공정은 개선된 마모 및 부식 특성을 제거하지 않고 단순한 방식으로 브레이크 디스크의 임의의 가능한 휨을 추가로 교정할 수 있다. 게다가, 최종 기계적 가공은 불균형의 제거를 위한 추가 작동이 생략될 수 있는 효과를 달성한다.

신규한 브레이크 디스크는 현재 시판 중인 브레이크 디스크의 매우 현저한 단점을 제거한다. 예를 들어, 브레이크 라이닝의 높이가 브레이크 디스크의 마찰 표면의 높이보다 더 낮다는 것이 알려져 있다.

그러므로 브레이크 라이닝이 마찰 표면에 진입하여 마찰 라이닝이 브레이크 유닛으로부터 설치해제되는 임의의 뒤이은 결과적인 어려움 및 불편함을 방지하기 위해, 공지된 브레이크 디스크에는 마찰 표면의 외부 둘레 주위로 작동하는 챔퍼가 제공된다. 그러나, 마찰 표면의 외부 둘레에서 챔퍼의 형성은 마찰 표면의 생성에서 추가적인 작동 그리고 따라서 추가적인 제조 비용과 연관된다.

적어도 마찰 표면의 영역에서 철 알루미나이드로부터 형성된 진보적인 AlSi 기반 확산층을 갖는 본 발명의 브레이크 디스크는, 350　HV 내지 850　HV의 특정 경도가 브레이크 라이닝이 마찰 표면에 진입하는 것을 방지하기 때문에 이러한 단점을 제거한다.

본 발명의 유리한 실행에서, 브레이크 디스에서, 마찰 표면뿐만 아니라 접촉 표면의 영역 및 환기 덕트에도 본 발명의 AlSi 기반 합금이 제공될 수 있고 본 발명의 확산층이 형성될 수 있다.

접촉 표면의 영역에서 마모 및 부식으로부터 보호의 확립은 브레이크 디스크의 경우에, 예를 들어, 차량의 액슬에 대한 접착성 본딩에서 특성을 안정화하는데 있어서 확실한 감소가 있다는 기술적 이점을 제공한다. 이는 휠 볼트와 접촉하기 전에 브레이크 디스크의 미끄러짐을 방지한다.

환기 덕트의 영역에서 마모 및 부식으로부터 보호의 확립 효과는, 부식에 대한 낮은 경향성 때문에, 특히 또한 겨울 조건에서 염용액과 접촉하는, 환기 덕트의 평활한 표면이 유지되고, 환기 덕트를 통한 일관되고 마찰이 없는 흐름 그리고 따라서 제동 작동에서 열의 일정하게 양호한 제거가 가능해진다는 것이다.

환기 덕트를 위해 형성된 연결 랜드의 경우에 주조 물질 또는 강철 물질로의 AlSi 기반 합금의 열적으로 개시된 확산은 제 1 시간 동안 연결 랜드가 더 작은 벽 두께를 갖는 것을 가능하게 한다. 부식 보호의 부족 그리고 따라서 연관된 마모의 증가를 고려하여, 선행 기술로부터 시작된 것으로 알려진 연결 랜드는 5　mm의 최소 벽 두께를 가져야만 하는 것이 알려져 있다.

환기 덕트의 영역에서 마모 및 부식으로부터 진보적인 보호는, 중량 최적화되고 덜 고가로 브레이크 디스크가 제 1 시간 동안 제공되는 결과로서 약 40% 내지 50%에 의한 최소 지오메트리에서 현저한 감소를 가능하게 한다.

배타적으로 본 발명의 AlSi 기반 합금으로 코팅된 브레이크 디스크의 국부 영역이 특정 열 처리에 영향받는 것이 고안가능하다. 이는 확산 공정이 활성화되고 따라서 브레이크 디스크가 배타적으로 이들 영역에서 구체적으로 기능화되는 효과를 달성한다. 예를 들어, 마모 및 부식으로부터 개선된 보호가 달성되어야만 하는 메인 금속성 바디의 소재의 영역에서, 특정 열 처리가 단독으로 수행되는 것이 가능하다. 따라서 전체 브레이크 디스크의 완벽한 열 처리는 불필요하고, 이는 본 발명의 브레이크 디스크의 생산을 덜 고가이고 보다 시간 효율적으로 만든다.

브레이크 디스크 및 생산 공정의 특히 유리한 구성에서, 컬러 마킹이 확산층 내에 생성되는 코팅 전에 또는 그 동안, 착색 물질이 공급된다. 이는 특히, 확산층에 마찰 표면의 영역에서, 예를 들어, 마모 인디케이터로 사용될 수 있는 컬러 섀도우가 생성되는 효과를 달성한다. 그러나 착색 물질이 온도 인디케이터이고 마찰 표면의 예를 들어, 브레이크 디스크의 작동 온도에 관한 정보를 제공하는 것 역시 가능하다.

이하에서는 본 발명을 실시예를 통하여 더 상세히 설명한다.

도 1 - 브레이크 디스크를 통한 횡단면의 개략도, 및
도 2 - 확산층을 갖는 브레이크 디스크의 개략적인 부분도.

회주철로부터 구성된 차량을 위해 내부적으로 환기되는 브레이크 디스크가 제공되고, 이는 220 HV의 경도를 가진다. 브레이크 디스크는 서로 정반대로 대향하게 배열된 두 개의 표면(2), 및 액슬에 브레이크 디스크의 고정을 위한 접촉 표면(6)을 가진다. 두 개의 마찰 표면(2)은 랜드의 형태로 환기 덕트(4)에 의해 연결된다. 뒤이은 확산층의 형성에 대해 개선된 확산 조건을 제공하기 위해, 코란덤(99.81% Al₂O₃, 0.1% Na₂O, 0.04% TiO_2, 0.02%　SiO_2, 0.03% Fe₂O₃)에 의해 그리고 보호 질소 가스 분위기를 사용하여, 두 개의 마찰 표면(2)의 표면이 45°의 각도에서 브레이크 디스크의 회전의 방향에서 그와 반대로 2회 기계적으로 가공되고, 따라서 오염 및 산화철이 제거된다. 덧붙여, 회주철의 라멜라형 구조는 근 표면 영역에서 수정되고 제거된다.

이어서, 브레이크 디스크는 코팅 공장으로 보내져 마찰 표면(2), 접촉 표면(6), 및 환기 덕트(4)의 영역에서 0.4 mm의 층 두께를 갖는 AlSi₁₂ 합금으로 아크 와이어 스프레잉에 의해 보호 질소 가스 분위기 하에 코팅된다. 코팅 후에, 전체 브레이크 디스크의 열 처리가 보호 아르곤 가스 분위기 하에 오븐에서 수행된다. 열 처리는 240 분 동안 580℃에서 수행되고, 그런 후에 브레이크 디스크는 냉각된다. 열 처리는 170 μm 내지 200 μm의 층 두께를 갖는 철 알루미나이드의 확산층(3), 및 약 50 μm의 층 두께를 갖는 Al 기반 표면층을 형성했다.

그런 후에 초과 Al 기반 표면층은 마찰 표면(2) 및 접촉 표면(6)의 영역에서 그라인딩에 의해 기계적으로 가공되고, 배타적으로 성장된 철 알루미나이드로 구성된 확산층(3)이 마찰 표면(2) 및 접촉 표면(6)의 영역에 남는 바와 같이, 확산층(3)으로 하향 제거된다. 실리콘은 확산층에 균일하게 분포된다. 환기 덕트(4)의 영역에서 어떠한 표면의 기계적 가공도 없다.

마찰 표면(2), 접촉 표면(6), 및 환기 덕트(4)는 350　HV의 경도를 갖고 마모 및 부식으로부터 장기간 보호를 가진다.

1 - 메인 금속성 바디
2 - 마찰 표면
3 - 확산층
4 - 환기 덕트
5 - 회전축
6 - 접촉 표면

Claims (20)

1. 브레이크 디스크로서,
   마찰 표면(2)이 형성된 적어도 하나의 영역, 및 상기 브레이크 디스크를 고정하기 위한 접촉 표면(6)이 형성된 적어도 하나의 영역을 갖는 강철 또는 회주철로 구성된 메인 금속성 바디(1)를 가지고,
   상기 메인 금속성 바디(1) 내에서 적어도 상기 마찰 표면(2)의 영역에 존재하는 철, 알루미늄, 및 실리콘으로부터 형성된 확산층(3)은, 0.1　mm 내지 0.6　mm의 층 두께를 가지고, 확산 공정을 통해 상기 메인 금속성 바디(1)의 강철 또는 회주철과 집합적으로 형성되는, 브레이크 디스크.
2. 제1항에 있어서,
   환기 덕트가 추가적으로 존재하는, 브레이크 디스크.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 확산층(3)은 층 두께에서 철 및 알루미늄으로 구성된 계조화된 층 시스템의 형태를 취하고, 상기 계조화된 층 시스템에는 실리콘이 균일하게 분포되는, 브레이크 디스크.
4. 제1항에 있어서,
   상기 계조화된 층 시스템은, 철의 비율이 층 표면을 향해 계속적으로 감소하고 알루미늄의 비율이 층 표면을 향해 계속적으로 증가하도록 형성되며, 상기 계조화된 층 시스템에는 실리콘이 균일하게 분포되는, 브레이크 디스크.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 하나의 확산층(3)은, 상기 메인 금속성 바디를 AlSi₁₂ 및/또는 AlSi₆ 합금으로 코팅한 후 열 처리하여 형성되는, 브레이크 디스크.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   접촉 표면(6) 및/또는 환기 덕트(4)의 영역이 추가적으로 상기 확산층(3)을 가지는, 브레이크 디스크.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 확산층(3)은 상기 메인 금속성 바디(1)의 물질의 경도에 비해 더 큰 경도를 가지는, 브레이크 디스크.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 확산층(3)은 250℃ 내지 650℃에서 및 40 내지 300 분의 처리 기간의 열 처리에 의해 형성되는, 브레이크 디스크.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   환기 덕트(4)는 확산층(3) 및 0.01 mm - 0.4 mm의 층 두께를 갖는 Al-기반 표면층을 가지는, 브레이크 디스크.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 확산층(3) 내에 착색 물질이 존재하는, 브레이크 디스크.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법으로서,
    상기 메인 금속성 바디(1)의 표면은 적어도 형성된 마찰 표면(2)의 영역에서 기계적으로 가공되고, 그 후 AlSi-기반 합금이 코팅 공정에 의해 적어도 형성된 마찰 표면(2)의 영역에서 증착되고, 그 후 상기 브레이크 디스크의 열 처리가 보호 가스 분위기 하에 수행되고, 마지막으로 상기 메인 금속성 바디(1)의 표면은 적어도 마찰 표면(2)의 영역에서 기계적으로 가공되는, 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,
    접촉 표면(6) 및/또는 환기 덕트(4)가 AlSi-기반 합금으로 추가적으로 코팅되는, 제조 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    코팅은 AlSi₁₂ 또는 AlSi₆ 합금으로 수행되는, 제조 방법.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    기계적 가공 및/또는 코팅 공정이 보호 가스 분위기 하에서 수행되는, 제조 방법.
15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브레이크 디스크의 열 처리는, 40 내지 300분의 처리 기간 동안, 및 250℃ 내지 650℃의 온도에서, 특히 유리하게는 550℃ 내지 600℃의 온도에서 수행되는, 제조 방법.
16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브레이크 디스크는 코팅 전에 보호 가스 분위기 하에 250℃ 내지 650℃의 온도로 예열되는, 제조 방법.
17. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브레이크 디스크는 코팅 전에 보호 가스 분위기 없이 150℃ 내지 200℃의 온도로 예열되는, 제조 방법.
18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅은, 아크 와이어 스프레잉, 스플랫의 증가된 운동 에너지로 수정된 아크 와이어 스프레잉, 고속 와이어 플레임 스프레잉, 액체 알루미늄 딥핑, 페인트 딥핑, 페인트 스프레잉, 레이저 분말 빌드업 용접, 분말 스프레잉, 또는 전착도장에 의해 실행되는, 제조 방법.
19. 제18항에 있어서,
    페인트로의 코팅 후에, 5 내지 240 초의 기간에 걸쳐 250℃ 내지 650℃의 온도로 상기 브레이크 디스크의 제 1 유도 가열이 실행되는, 제조 방법.
20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅 전 또는 코팅 중에 착색 물질은 채워지고, 상기 착색 물질은 적어도 마찰 표면(2)의 영역에서 확산층(3) 내에 컬러 마킹을 생성하도록 사용되는, 제조 방법.

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