KR20220164811A

KR20220164811A - 차량용 브레이크의 부품 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20220164811A
Application number: KR1020227042364A
Authority: KR
Inventors: 스벤 릴; 토비아스 뮐러; 악셀 바이저
Original assignee: 프리츠 빈터 아이젠기에쎄라이 게엠베하 & 코. 카게
Priority date: 2020-05-05
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2022-12-13
Also published as: US11859683B2; EP4146428A1; CN115551667A; JP2023518109A; US20230193967A1; JP7369307B2; WO2021224308A1; KR102578028B1; DE102020112100A1; MX2022013830A

Abstract

본 발명은 내마모성을 증가시키기 위한 코팅(B)을 구비한 표면(5a, 5b)을 갖는 금속 본체를 포함하는 차량용 브레이크 부품에 관한 것이며, 상기 코팅은 본체(2) 위에 놓인 중간층(Z) 및 중간층(Z) 위에 놓인 덮개층(D)을 포함하고, 이 덮개층(D)은 내부에 매립된 경질재료 입자(HP)를 갖는 스테인리스강 매트릭스(E)로 형성되어 있다. 이러한 부품에 더욱 최적화된 사용 특성을 제공하기 위해, 본 발명은 덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스(E)에 매립된 경질재료 입자(HP)가 10 ㎛ 내지 125 ㎛의 평균 입경을 갖는 것 그리고 경질재료 입자(HP)가 상기 경질재료 입자(HP)의 영향을 받지 않는 재료로 구성된 용융되지 않은 코어 영역(K)을 가지는 것을 제안하며, 상기 코어 영역(K)은 스테인리스강 매트릭스(E)의 재료와 각각의 경질재료 입자(HP)의 재료로 형성된 혼합 영역(M)으로 적어도 부분적으로 둘러싸여 있으며, 혼합 영역(M)을 통해 경질재료 입자(HP)가 각각의 경우에 통합 결합된 방식으로 스테인리스강 매트릭스(E)에 연결된다. 본 발명은 이러한 코팅 부품이 제조될 수 있는 방법을 또한 제안한다.

Description

차량용 브레이크의 부품 및 그 제조방법

본 발명은 차량용 브레이크 부품에 관한 것으로, 내마모성을 증가시키기 위해 기초부 위에 놓인 중간층과 중간층 위에 놓인 덮개층을 포함하는 코팅이 제공되는 표면을 갖는 금속 기초부를 갖고 있고, 이 덮개층은 내부에 경질재료 입자가 매립된 스테인리스강 매트릭스로 형성된다.

유사하게, 본 발명은 차량용 브레이크용 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 부품의 기초부 표면에 중간층이 형성되고, 후속적으로 레이저 빔이 중간층의 자유 표면에 도포된 스테인리스강 분말 위로 이동되는 추가의 레이저 증착 용접 방법에 의해 중간층 상에 덮개층이 생성되고, 이 덮개층은 내부에 경질재료 입자가 매립된 스테인리스강 매트릭스로 형성된다.

내부 환기식 브레이크 디스크로 설계된 이러한 유형의 부품이 DE 10 2008 053 637 B4로부터 알려져 있다. 이 브레이크 디스크에서, 브레이크 디스크의 마찰 링에 형성되고 제동 과정에서 마찰 링에 대항하여 눌려져서 브레이크 라이닝에 의해 하중을 받는 마찰 표면은 2층 코팅으로 덮여 있는데, 여기서 중간층은 브레이크 디스크의 기초부의 마찰 표면에 직접 적용되어 그 위에 놓이는 코팅의 외부 덮개층을 결합하는 역할을 하고 제동 과정에서 외부 층으로 도입된 열 에너지를 열적으로 분산시키는 역할을 한다. 중간층은 아연 기반 합금 및/또는 니켈 기반 합금으로 구성되는 반면에, 덮개층은 탄화물층 또는 금속 매트릭스 복합층이다. 브레이크 디스크의 냉각 채널 위의 코팅 두께가 냉각 채널들을 서로 구분하는 돌기 또는 웹 위의 코팅 두께보다 크다는 점에서 코팅의 두께는 내부 환기식 디스크의 기하학적 관계와 일치한다.

또한, DE 10 2005 008 569 A1은 마찰 표면에 2개의 층으로 구성된 코팅이 적용된 브레이크 디스크를 기술하고 있다. 층들은 코팅 분말로 생성된다. 코팅 분말은 요구되는 경도를 조정하기 위해 WC 또는 TiO₂와 같은 경질재료 입자가 통합된 니켈 기반 또는 니켈-코발트 기반 매트릭스를 형성하는 방식으로 구성된다. 각각의 코팅 분말은 고속 화염 용사에 의해 코팅될 브레이크 디스크의 표면에 적용되며, 여기서 먼저 얇은 중간층 및 후속적으로 두꺼운 덮개층이 용사된다. 이어서, 열처리가 수행되는데, 여기서 이전에 용사된 층은 용융되어 회주철 재료로 구성된 브레이크 디스크의 기초부에 재료 결합이 이루어지게 한다. 이에 의해, 덮개층의 결합이 중간층에 의해 보장되는 방식으로 층들의 인성 및 경도가 서로 조화된다.

또한, US 5,407,035 A로부터 브레이크 디스크의 기초부에 놓인 중간층을 통해 그 위에 놓이는 덮개층의 결합이 달성되는 방식으로 브레이크 디스크의 마찰 ㅍ표면에 적어도 2층으로 코팅을 형성하는 것이 알려져 있는데, 여기서 중간층의 두께는 덮개층의 두께보다 상당히 작다.

서두에 나타낸 유형의 부품 및 방법이 WO 2020/043712 A1로부터 알려져 있다. 이에 의해, 이 문헌으로부터 공지된 부품은 표면을 구비한 금속 기초부를 포함하고, 표면에는 내마모성을 증가시키기 위해 기초부 위에 놓이는 중간층과 중간층 위에 놓이는 덮개층을 포함하는 코팅이 제공되고, 여기서 중간층은 덮개층보다 높은 인성을 가지며, 결국 덮개층은 중간층보다 높은 경도를 갖는다. 이러한 부품의 제조를 단순화하고 내마모성을 증가시키기 위해, 중간층은 각각의 경우에 Ni 또는 Cr 함량이 50 중량%를 초과하는 Ni 또는 Cr 합금으로 구성되고 옵션으로 내마모성을 향상시키도록 중간층에 경질재료 입자가 통합된다. 대조적으로, 덮개층은 내부에 경질재료 입자가 매립된 스테인리스강 매트릭스로 형성되며, 여기서 기초부의 열전도율은 중간층의 열전도율보다 1.5 내지 3배 더 크고, 덮개층의 열전도율은 기초부의 열전도율보다 2 내지 4.5배 더 크고, 여기서 중간층의 두께(Dz)와 덮개층의 두께(Dd)로부터 형성된 두께 비율(Vd = Dd/Dz)에 대해 Vd ≥ 1.5가 적용된다.

덮개층의 적용을 위해 WO 2020/043712 A1은 DE 10 2011 100 456 B4에 설명된 바와 같은 고속 레이저 증착 용접 방법을 제공한다. 이 방법에서, 하나 이상의 용융된 충전재를 갖는 용융조(molten bath)는 용융조 상에 조사되는 레이저 빔에 의해 코팅될 표면에 생성되고, 여기서 충전재의 분말은 레이저 빔에 의해 용융되고, 상기 충전재는 상기 용융조로부터 거리를 두는 레이저 빔에 의해 용융되고 완전히 용융된 형태로 상기 용융조에 공급된다. 이에 의해, 용융조와 레이저 빔의 초점이 20 m/min 이상의 속도로 코팅될 표면에 대해 서로 평행하게 이동되고 용융조에서 레이저 빔의 레이저 출력은 레이저 빔이 분말과 접촉하기 전에 레이저 출력의 60% 미만이 되도록 출력 밀도가 조정된다. 이러한 방법을 사용함으로써, 기초부 및 덮개층에 대한 중간층의 특히 집중적인 결합이 수행될 수 있어, 중간층으로부터 덮개층의 박리 또는 기초부로부터 전체 코팅의 박리의 위험성은 특정 규모로 최소화된다. 이에 의해, DE 10 2011 100 456 B4로부터 알려진 방법의 결정적인 이점은 용융조가 부품 표면에 갖는 응집체 상태로 충전재가 용융조에 공급된다는 점에서 볼 수 있다. 이것은 용융조에서 분말 입자를 용융시키기 위해 필요한 시간을 제거한다. 이것은 결국 층 형성에 필요한 시간을 감소시키고, 이는 공정 속도를 상당히 증가시킬 수 있게 한다.

종래 기술의 배경에 대해, 종래 기술과 비교하여 더욱 최적화된 사용 특성을 갖는, 서문에서 언급되고 위에서 상세히 설명된 유형의 브레이크 부품을 생성하는 과제가 발생하였다.

또한, 이러한 부품의 작업적으로 안정된 제조를 가능하게 하는 방법이 명시되어야 한다.

본 발명은 적어도 청구항 1에 나타낸 특징을 갖는 부품에 의해서 이 과제를 해결하였다.

이러한 부품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 청구항 5에 언급되어 있다.

본 발명의 유리한 실시예는 종속항에 나타나 있으며, 본 발명의 일반적인 개념으로 이하에서 상세히 설명된다.

따라서, 본 발명에 따른 차량용 브레이크의 부품은 표면을 구비한 금속 기초부를 포함하며, 표면에는 내마모성을 증가시키기 위해 기초부 상에 놓이는 중간층과 중간층 상에 놓이는 덮개층을 포함하는 코팅이 제공되고, 이 덮개층은 내부에 경질재료 입자가 매립된 스테인리스강 매트릭스로 형성된다.

본 발명에 따라, 덮개층의 스테인리스강 매트릭스에 매립된 경질재료 입자는 10㎛ 내지 125㎛의 평균 입경을 가지며, 여기서 경질재료 입자는 영향을 받지 않는 경질재료 입자의 재료로 구성된 비용융 코어 영역을 갖고 있고, 코어 영역은 스테인리스강 매트릭스의 재료 및 각각의 경질재료 입자의 재료로 형성된 혼합 구역에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 이 혼합 구역을 통해 경질재료 입자가 각각의 경우에 스테인리스강 매트릭스에 물질적으로 결합된다.

차량용 브레이크용 부품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 상응하는 방식으로, 제1 단계에서 부품의 기초부의 표면 상에 중간층이 생성되고, 제2 단계에서 중간층의 자유 표면에 도포된 스테인리스강 분말 위로 레이저 빔을 이동시키는 레이저 증착 용접 방법에 의해 중간층 위에 덮개층이 생성되고, 덮개층은 내부에 경질재료 입자가 매립된 스테인리스강 매트릭스로 형성된다. 이에 따라 덮개층을 생성하는 동안 레이저 빔은 0.1 - 2,5 KW/mm²의 레이저 강도로 중간층에 도포된 스테인리스강 분말로 향하게 된다. 동시에, 도포된 스테인리스강 분말에 레이저 빔이 충돌하여 용융조를 형성하도록 스테인리스강 분말이 용융되는 스폿은 2.5 내지 15 mm의 직경을 갖도록 레이저 빔이 조정된다. 마지막으로, 본 발명에 따라, 이렇게 형성된 용융조에 평균 입경이 15㎛ 내지 125㎛인 경질재료 입자가 첨가된다.

본 발명은 코어 영역을 둘러싸는 혼합 구역을 통해 스테인리스강 매트릭스에 결합된 상기 코어 영역을 갖는 덮개층의 스테인리스강 매트릭스에 있는 경질재료 입자로 인해, 스테인리스강 매트릭스에서 경질재료 입자의 최적 유지가 보장된다는 지견에 기초한다. 동시에, 덮개층에 도입되기 전에 부여된 원래의 경도가 코어 영역에서 유지되기 때문에 본 발명에 따라 스테인리스강 매트릭스에 존재하는 경질재료 입자는 덮개층의 경도를 최적으로 지원한다. 따라서, 경질재료 입자가 본 발명에 따라 물질적으로 결합된 방식으로 고정되어 있는 덮개층은 본 발명에 따른 코팅 시스템으로 코팅된 브레이크 부품의 내마모성 및 유효성에 최적의 기여를 한다.

따라서, 본 발명에 따른 덮개층에서 경질재료 입자와 이들을 둘러싸는 스테인리스강 매트릭스 재료 사이에 중간층이 존재하며, 중간층은 경질재료 입자 및 스테인리스강 매트릭스 모두의 조성과 상이하다. 이 혼합층은 스테인레스강 매트릭스와 경질입자의 혼합 재료로 이루어지며 일반적으로 경질입자의 코어를 완전히 둘러싸고 있으며, 덮개층을 형성하기 위해 레이저 빔 처리가 실행되는 과정에서 경질입자가 부분적으로 용해될 때 형성되므로, 스테인리스강 매트릭스의 용융물과 경질재료 입자의 용융물은 혼합층의 형성하에서 서로 유입하게 된다. 본 발명에 따른 덮개층의 스테인리스강 매트릭스에 충분히 큰 입자만을 매립하고 그리고 본 발명의 요건에 따른 본 발명의 방법에서 스테인리스강 매트릭스에 경질재료 입자를 매립하는 데 필요한 레이저 에너지 밀도를 제한함으로써, 혼합층의 형성이 지원되고 동시에 경질재료 입자의 완전한 용융이 확실하게 방지된다.

결과적으로, 본 발명에 따라 덮개층에 매립된 경질재료 입자가 완전히 용융되지 않고 코어 영역에 유지된다는 사실은, 본 발명에 따라 형성된 코팅의 안정성을 최대화하고 관련한 효과를 최대화시킨다.

따라서, 덮개층을 생성하기 위해 사용되는 레이저 증착 용접 방법의 파라미터는 덮개층을 형성하기 위해 중간층에 도포된 스테인리스강 분말에 레이저 빔을 통해 국부적으로 입력되는 열이 레이저 스폿 영역, 즉 레이저 빔의 충돌 영역에서 분말을 용융하기에 충분하게 되는 방식으로 발명에 따라 선택되지만, 동시에 레이저 스폿에 형성된 용융조에 도입되는 경질재료 입자의 용융이 경질재료 입자의 주변 영역에 국한되어 유지되는 방식으로 제한된다. 이러한 방식으로, 경질재료 입자의 용융된 주변 영역 및 인접한 융융 스테인리스강 매트릭스로부터 형성되는 혼합 구역을 통해 경질재료 입자의 강력한 재료 결합이 단계적으로 제조되는 반면에, 경질재료 입자가 용융조에 도입된 상태에 유지된 채로 경질재료 입자의 코어 영역이 유지된다.

동시에, 경질재료 입자의 공급에도 불구하고 그 안에에 형성된 용융물이 최대한 오랫동안 용융 상태를 유지하는 방식으로 스테인리스강 분말에 레이저가 충돌하는 스폿의 직경 및 레이저 강도는 서로 조화된다. 그 결과, 용융조에 도입된 경질재료 입자는 용융물이 응고되기 전에 용융조 내에서 균일하게 분포될 수 있는 충분한 시간을 갖는다.

결과적으로, 본 발명에 따라 코팅된 부품은 경질재료 입자가 덮개층에 균질하게 균일한 분포로 존재하는 것을 특징으로 한다. 이는 결국 본 발명에 따른 부품에서 덮개층으로 덮인 표면에 걸쳐 분포되는 높은 내마모성이 존재하는 균일성에 기여한다.

덮개층을 생성하기 위해 사용되는 레이저 빔의 레이저 강도가 최대 1.2 KW/mm²인 경우, 최적화된 제조 결과가 본 발명에 따른 방법에서 달성될 수 있다.

이에 의해, 본 발명에 따라 규정된 레이저 강도는 레이저가 본 발명에 따라 규정된 덮개층의 매트릭스를 형성하는 스테인리스강 분말에 충돌하는 스폿의 크기를 고려하여 달성될 수 있는데, 여기에서 덮개층의 생성에 사용되는 레이저 빔의 레이저 출력은 6 - 25 KW이다.

레이저 빔이 스테인리스강 매트릭스를 형성하는 분말에 충돌하는 스폿 영역에서 레이저 강도 및 입력되는 국부적인 열을 통한 다른 교정 변수는 스폿의 직경이다. 본 발명에 따라, 스폿의 직경은 2.5 - 15 mm이고, 여기서 적어도 8 mm의 직경은 실제 테스트 동안 특히 적합한 것으로 입증되었고 최적화된 처리 결과는 최대 12.5 mm의 스폿 직경으로 달성될 수 있었다.

본 발명에 따라 적용된 덮개층의 두께는 연마 후에 전형적으로 50 내지 200 ㎛, 특히 50 내지 150 ㎛이고, 여기서 80 내지 140 ㎛의 덮개층 두께는 실제 시험에서 특히 유리한 것으로 입증되었다. 한편 연마하지 않은 상태에서 덮개층의 두께는 일반적으로 50 - 300 ㎛이다.

코팅될 부품의 각각의 표면에 본 발명에 따라 제공된 중간층의 적용은 원칙적으로 증착 용접, 스프레이 용접 또는 플라즈마 용접과 같은 임의의 열적 적용 방법으로 수행될 수 있다. 이를 위해 필요한 기술은 기본적으로 종래 기술로부터 알려져 있다. 예를 들어, 이미 위에서 언급되고 DE 10 2011 100 456 B4에 명시된 고속 레이저 증착 용접 방법은 이러한 목적을 위해 적합하다.

중간층은 종래 기술에서 이러한 목적을 위해 이미 사용되는 강, 특히 충분한 인성을 갖는 자체로 공지된 스테인리스강 재료로 구성될 수 있다. 이러한 스테인리스강 재료의 예는 미국 표준 AISI/ASTM에 따라 표준화된 강 316L이다.

본 발명에 따른 코팅에 제공된 중간층은 여러 기능을 수행한다. 한편으로, 중간층은 코팅으로 피복되는 각 부품의 표면에 존재하는 기공이나 분출부와 같은 요철 및 오목부를 보상하는 역할을 한다. 다른 한편으로, 중간층은 온도와 관련된 응력을 흡수하고 보상한다.

이러한 요건을 충족시키기 위해, 중간층은 50 - 200 ㎛, 특히 50 - 150 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 여기서 80 - 140 ㎛의 중간층 두께는 실제 테스트에서 특히 유리한 것으로 판명되었다.

본 발명에 따라, 덮개층의 매트릭스는 스테인리스강으로 형성된다. 이들 스테인리스강은 특히 오스테나이트계 스테인리스강을 포함한다. 이에 적합한 것은 예를 들어 재료 번호 1.4404로 표준화되거나 번호 시리즈 316 - 431L의 미국 표준 AISI/ASTM에 따라 표준화된 스테인리스강이다. 그러므로, 감소되거나 효과가 없는 Ni 함량을 가진 강이 특히 바람직하다.

덮개층의 매트릭스에 매립된 경질재료 입자는 덮개층의 요구되는 경도 및 이와 관련된 내마모성을 보장한다. 이를 위해 적합한 경질재료 입자는 특히 금속 유사, 공유 또는 이온 탄화물이다. 본 발명에 따른 덮개층에 그리고 옵션으로 중간층에 존재하는 경질 재료는 특히 텅스텐 카바이드, 크롬 카바이드, 티타늄 카바이드, 바나듐 카바이드 또는 실리콘 카바이드를 포함한다. 덮개층의 전체 체적에 대해 덮개층의 강 매트릭스에 매립된 경질재료 입자의 체적 분율이 20 - 70 %일 때, 덮개층의 사용 특성에 관하여 최적인 경질재료 입자와 매트릭스 재료의 비율이 얻어진다. 더 높은 경질 재료 함량은 덮개층의 강도 및 열 전달 값을 악화시킬 것이다. 더 낮은 경질 재료 함량에서는, 요구되는 경도가 달성되지 않는다.

본 발명에 따른 덮개층의 스테인리스강 매트릭스에 매립된 경질재료 입자는 15 - 135 ㎛의 평균 입경으로 덮개층에 도입될 때 그 효과가 발생한다. 덮개층에 매립된 상태에서, 경질재료 입자의 변하지 않고 용융되지 않은 코어 영역은 여전히 15 - 125 ㎛의 직경을 갖는다. 따라서, 덮개층의 스테인리스강 매트릭스에 도입된 경질재료 입자가 최대 105 ㎛의 평균 입경을 갖는 경우, 실제 테스트에서 특히 가치가 있음이 입증되었다. 따라서, 본 발명에 따라 광범위한 입자 크기 스펙트럼을 갖는 경질재료 입자가 처리될 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 덮개층의 특별한 비용 효율적인 제조를 가능하게 한다. 더 까다로운 요건을 위해, 경질재료 입자의 입경은 더 엄격하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 적어도 20 ㎛, 특히 적어도 35 ㎛ 또는 적어도 45 ㎛의 평균 입경을 갖는 경질재료 입자를 덮개층에 통합하는 것이 편리할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 덮개층에 도입되는 경질재료 입자의 평균 입경은 바람직하게는 20 - 105 ㎛, 특히 35 - 105 ㎛ 또는 45 - 105 ㎛ 또는 20 - 60 ㎛이며, 여기서 평균 입경이 35 - 60 ㎛, 특히 45 - 60 ㎛인 경질재료 입자에 대해 특히 양호한 결과가 예상된다. 따라서, 20 - 60 ㎛, 특히 35 - 60 ㎛ 또는 45 - 60 ㎛의 경질재료 입자 부분은 레이저 스폿의 직경이 최대 8 mm인 적용에 특히 적합한 반면에, 35 - 105 ㎛, 특히 45 - 105 ㎛의 입자는 8mm 이상의 스폿 직경으로 처리하기 위해 적합하다.

DIN EN ISO 6507-1에 따라 결정된, 본 발명에 따른 코팅의 덮개층의 경도는 본 발명에 따른 경질재료 입자의 매립으로 인해 700 HV10 내지 1250 HV10이다. 전형적으로, 본 발명에 따른 코팅의 덮개층은 850 - 1050 HV10의 경도를 갖는다.

본 발명에 따른 부품은 본 발명에 의해 달성된 덮개층에 매립된 경질재료 입자의 균질한 분포로 인해, 덮개층의 자유 표면에서 결정된 표면 경도의 최소값(Hmin)과 덮개층의 자유 표면에서 결정된 표면 경도의 최대값(Hmax) 사이의 차이가 최대 250 HV10, 특히 100 HV10(즉, [Hmax - Hmin] ≤ 100 HV10)인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 본 발명에 따라 코팅된 부품이 브레이크 디스크의 마찰 링이고 코팅으로 피복된 표면이 마찰 링 상에 존재하는 마찰 표면인 경우에 특히 우수한 효과를 나타내며, 그 마찰 표면에 대해 브레이크 라이닝을 구비한 작동 장치가 제동 과정에서 작동한다. 따라서, 마찰 링은 지지부를 별도의 작업 단계에서 마찰 링에 주조하거나 마찰 링을 별도의 작업 단계에서 지지부에 주조하는 브레이크 디스크 또는 소위 "조립된 브레이크 디스크"의 경우와 같이, 특별한 조립 단계에서 브레이크 디스크의 각 지지부에 연결되는 브레이크 디스크의 별도로 제조된 부품일 수 있다. 마찬가지로, 마찰 링은 물론 지지부과 마찰 링이 서로 일체형으로 연결되어 있는, 특히 주조에 의해 일체형으로 제조된 브레이크 디스크의 일부일 수 있다.

본 발명에 따라 도포된 코팅층의 자유 표면에서의 거칠기 또는 요철이 지나치게 큰 것으로 판명된 경우, 당해 표면은 연마에 의해 충분한 평탄도 및 거칠기가 부여될 수 있다. 본 발명에 따라 코팅된 표면이 브레이크 디스크의 마찰 표면인 경우, 그 목표값은 DIN EN ISO 4288에 따라 결정된 1 - 3.2 ㎛, 특히 1.4 - 1.7 ㎛의 평균 거칠기(Ra) 및 최대 최대 20 ㎛의 평탄도 편차이다.

본 발명에 따른 부품의 기초부를 구성하는 재료는 전형적으로 기초부가 주조에 의해 제조될 수 있게 하는 금속 주조 재료이다. 이것은 특히 열전도율이 본 발명의 요건에 특히 잘 부합하고 마찰 링의 제조에 특히 적합한 철 또는 알루미늄 주조 재료를 포함한다.

레이저 스폿에서 스테인리스강 매트릭스의 스테인리스강 분말로부터 형성된 용융조를 가능한 한 오랫동안 유지하기 위해, 레이저 빔의 충돌 전에 100 - 700 ℃의 예열 온도로 부품을 예열하는 것이 편리할 수 있다. 이러한 방식에서, 용융조로부터 부품의 기초부로의 열 소산이 지연될 수 있으므로, 덮개층의 매트릭스 재료의 응고도 더욱더 느리게 진행된다.

예열을 위해, 부품은 적절한 오븐에서 전체적으로 가열될 수 있다. 특정 표면 부분만 코팅해야 하는 부품 또는 커다란 부품의 경우에, 예열은 코팅할 표면 부분으로 제한될 수도 있다. 이에 의해, 서로 인접한 표면 섹션은 코팅을 선도하는 방식으로 차례로 연속적으로 가열될 수 있다. 이를 위해, 유도 가열이 특히 적합하다. 국부적으로 제한된 유도 가열이 레이저 스폿을 인도하는 방식으로 수행되는 경우 즉, 각 경우에 레이저 빔에 의해 스테인리스강 분말이 후속해서 용해되는 섹션에서 국부적으로 제한된 방식으로 레이저 빔을 유도하는 방식으로 부품이 연속적으로 가열되는 경우 특히 실용적이다.

250 - 350℃의 예열 온도가 본 발명의 목적을 위해 특히 적합한 것으로 입증되었다. 또한 예열은 덮개층과 중간층 사이 및 중간층과 기초부 사이의 응력 감소에 기여한다.

본 발명은 실시예/실시예들을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 회전축 X-X를 따른 단면의 자동차용 브레이크 디스크를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 브레이크 디스크의 원주 방향을 가로질러 정렬되어 있는, 브레이크 디스크에 생성된 코팅의 미세 단면들을 도시한다.

본 발명의 의미에서 부품을 구성하는 브레이크 디스크(1)는 통상적인 방식으로 설계되고 이러한 목적을 위해 DIN-EN 명칭 EN-JL1040으로 알려진 주철 재료로 주조된 기부 본체(2)를 갖는다.

브레이크 디스크(1)는 포트 모양(pot-shaped)의 지지부(3)과 그 위에 주조된 마찰 링(4)을 가지며, 마찰 링은 여기에서 고체 재료로 구성된 것으로 도시되어 있지만 내부 환기 마찰 링(4)으로서 통상적인 방식으로 설계될 수도 있다.

마찰 링(4)은 동일하게 일반적인 방식으로 회전축 X-X에 수직으로 정렬된 각각의 전방 표면에 환형 마찰 표면(5a, 5b)을 갖는다.

코팅을 위해 제공된 기부 본체(2)의 경우에, 마찰 표면(5a, 5b)은 기초부(2)의 주조 후에 알려진 방식으로 칩 제거 처리에 의해 준비되었는데, 마찰 표면은 상부측에 20 ㎛의 평균 거칠기 깊이(Rz)를 갖는다.

이러한 방식으로 처리된 기부 본체(2)의 마찰 표면(5a, 5b)에는 중간층(Z)과 덮개층(D)으로 이루어진 코팅(B)이 도포된다.

중간층(Z)은 분말 형태로 제공되는 상업적으로 입수 가능한 스테인리스강 재료, 예를 들어 316L이라는 명칭으로 표준화된 전술한 스테인리스강 재료로 제조되었다. 중간층(Z)의 두께(Dz)는 120 - 140 ㎛였다.

중간층(Z)의 적용을 위해, 브레이크 디스크는 여기에 도시되지 않은 회전 장치에 의해 브레이크 디스크(1)의 회전 축(X-X)를 중심으로 회전하는 방식으로 구동될 수 있는 도시되지 않은 클램핑 장치에 수평 위치로 위치되었다. 후속해서, 레이저 증착 용접에 의해 중간층(Z)이 생성되었다. 이를 위해, 여기에 도시되지 않은 레이저 빔 장치(레이저 헤드 직경 = 5 mm)는 마찰 링(4)의 내경에서 시작 위치에 위치되었고 브레이크 디스크(1)는 분당 60 회전으로 회전되었다. 시작 위치에서 시작하여, 레이저는 10 m/min의 속도로 마찰 링의 외주 방향에서 방사상으로 이동되었다. 레이저는 시작할 때 켜지고 외경에 도달할 때 꺼진다. 레이저 방사의 시작과 함께, 중간층(Z)의 강 분말 재료가 DE 10 2011 100 456 B4에 설명된 절차에 따라 각 경우에 레이저 빔에 의해 스윕된 영역에 추가되었다.

중간층(Z)에 의해, 마찰 표면(5a, 5b)에 존재하는 요철은 균일해지고 기공(6)이 폐쇄되므로, 중간층(Z)을 적용한 후 덮개층(D)의 도포를 위해 최적으로 적합한 평평한 표면이 본체(2)로부터 멀어지는 쪽을 향하는 측면에 존재하였다.

3개의 테스트에서, 각각 위에서 설명한 방식으로 중간층(Z)으로 피복된 3개의 브레이크 디스크(1)에 덮개층(D)이 다음과 같이 적용되었다.

텅스텐 카바이드 입자인 경질재료 입자(HP)가 제공되었다.

경질재료 입자(HP)의 평균 입경은 25 - 60 ㎛였다.

중간층(Z)의 적용에 대한 회전 구동 방식으로 고정된 브레이크 디스크(1)에 대해, 강-철 목록에 따른 재료 번호 1.4404로 표준화된 스테인리스강으로 구성된 분말 층이 적용되었다.

레이저 빔이 분말에 인도되었으며, 레이저 빔은 테스트 1 및 테스트 2에서 직경 2.9 mm의 스폿 및 테스트 3에서 직경 1.2 mm의 스폿에서 아래에 놓인 분말 층의 부분에 충돌하였다.

테스트 1에서 레이저 강도는 0.2 KW/mm²였고, 테스트 2에서 레이저 강도는 2.20 KW/mm²였고, 본 발명에 따른 것이 아닌 테스트 3에서 레이저 강도는 3.50 KW/mm²였다.

회전 축(X-X)을 중심으로 브레이크 디스크(1)를 회전시킴으로써, 분말 층이 레이저 빔 아래에서 이동되었고, 이와 관련하여 레이저 스폿이 해당 회전 수까지 분말 층 위로 연속적으로 이동되었으며, 해당 회전 수 후에 스테인리스 분말은 완전히 용해되고 덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스(E)의 형성하에서 다시 다시 응고되었다.

레이저 빔의 스폿에서 각각의 경우에 스테인리스강 분말로부터 형성된 용융 수조 내로, 제공된 경질재료 입자(HP)의 양이 도입되었으며, 이는 용융조에 40%의 경질재료 입자(HP) 및 잔부의 스테인리스강 용융물로 구성된 강 용융물이 존재하도록 한다.

이러한 방식으로 제조한 덮개층(D)의 두께(Dd)는 250 ㎛였고, 표면 경도는 950 - 1500 HV10이었다.

이러한 방식으로 코팅된 브레이크 디스크(1)에서 원주 방향을 가로질러 정렬된 미세 단면들이 생성되었으며, 그 미세 단면들은 도 2(테스트 1), 도 3(테스트 2) 및 도 4(테스트 3)에 도시되어 있다.

도 2 내지 도 4는 브레이크 디스크(1)의 주철 재료(G), 주철 재료(G) 상에 놓인 중간층(Z) 및 내부에 경질재료 입자(HP)가 매립된 중간층(Z) 상에 놓인 덮개층(D)을 도시한다.

경질재료 입자(HP)는 각각 용융되지 않은 명확하게 보이는 내부 코어 영역(K)을 가지며, 이에 따라 경질재료 입자(HP)는 덮개층(D)의 생성 동안 레이저 빔에 의해 스텐레스강 분말로부터 생성된 용융조에 도입된 상태로 존재한다.

경질재료 입자(HP)의 코어 영역(K)은 각각의 경우에 혼합 구역(M)에 의해 둘러싸여 있으며, 혼합 구역에서 경질재료 입자(HP)의 재료는 덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스(E)의 스테인리스강 재료와 혼합된다. 혼합 영역(M)을 통해, 코어 영역(K)을 갖는 경질재료 입자(HP)가 스테인리스강 매트릭스(E)에 물질적으로 결합된다.

본 발명에 따라 실행된, 즉 0.1 ≤ 레이저 강도 ≤ 2.5인 레이저 강도를 사용한 테스트에서, 스테인리스강 매트릭스(E)에서 경질재료 입자(HP)의 코어 영역(K)은 명확하게 정의되는 형태로 존재한다.

대조적으로, 본 발명에 따른 것이 아닌 테스트 3에서는 지나치게 높은 레이저 강도로 인해, 경질재료 입자(HP)가 용융되고 심하게 변형되므로 그들의 모양이나 특성 관점에서 원래의 상태와 일치하지 않았다. 오히려, 도 4에서 전체적으로 어두운 점으로 보이는 영역은 경질상의 완전히 용융된 재료가 스테인리스강 매트릭스(E)의 스테인리스강 재료와 혼합되어 있는 혼합 영역으로만 구성된다.

1 : 브레이크 디스크
2 : 브레이크 디스크(1)의 기초부
3 : 브레이크 디스크(1)의 지지부
4 : 브레이크 디스크(1) 의 마찰 링
5a, 5b : 마찰 링(4)의 마찰 표면
6 : 기공
B : 코팅
D : 코팅(B)의 덮개층
Dd : 덮개층(D)의 두께
Dz : 중간층(Z)의 두께
E : 덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스
G : 브레이크 디스크(1)의 주철 재료
HP : 경질재료 입자
K : 경질재료 입자들의 코어 영역
X : 브레이크 디스크(1)의 회전축
Z : 코팅(B)의 중간층
M : 경질재료 입자(HP)를 둘러싸는 혼합층

Claims

내마모성을 증가시키기 위해 기초부(2) 위에 놓여 있는 중간층(Z)과 중간층(Z) 위에 놓여 있는 덮개층(D)을 포함하는 코팅(B)이 제공되는 표면(5a, 5b)을 가지고 있는 금속 기초부를 갖는 차량용 브레이크 부품으로서, 덮개층(D)은 경질재료 입자(HP)가 매립된 스테인리스강 매트릭스(E)로 형성되는, 상기 차량용 브레이크 부품에 있어서,
덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스(E)에 매립된 경질재료 입자(HP)의 평균입경은 10㎛ 내지 125㎛이고, 상기 경질재료 입자(HP)는 영향을 받지 않는 경질재료 입자(HP)의 재료로 구성된 비용융 코어 영역(K)을 가지고 있고, 이 코어 영역(K)은 적어도 일부 섹션에서 스테인리스강 매트릭스(E)의 재료 및 개별적인 경질재료 입자(HP)의 재료로 형성된 혼합 영역(M)에 의해 둘러싸여 있고, 혼합 영역(M)을 통해 경질재료 입자(HP)는 각각의 경우에 스테인리스강 매트릭스(E)에 물질적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부품.
제1항에 있어서,
덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스(E)는 재료 번호 1.4404인 스테인리스강으로 구성되거나, 또는 번호 316 - 431L로 미국 표준 AISI/ASTM에서 표준화된 스테인리스강 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부품.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
덮개층(D)의 표면 경도가 850 내지 1050 HV10인 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부품.
제3항에 있어서,
덮개층(D)의 자유 표면에서 결정된 표면 경도의 최소값(Hmin)과 덮개층(D)의 자유 표면에서 결정된 표면 경도의 최대값(Hmax) 사이의 차이가 최대 100 HV10인 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부품.
차량용 브레이크용 부품의 제조 방법으로서, 제1 단계에서, 부품(1)의 기초부(2)의 표면에 중간층(Z)이 생성되고, 제2 단계에서, 중간층(Z)의 자유 표면에 도포된 스테인리스강 분말 위에 레이저 빔을 이동시키는 레이저 증착 용접 방법에 의해, 중간층(Z) 상에 덮개층(D)이 생성되고, 덮개층(D)은 경질재료 입자(HP)가 매립된 스테인리스강 매트릭스(E)로 형성되는, 상기 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법에 있어서,
덮개층(D)의 생성 동안 0.1 - 2,5 KW/mm²의 레이저 강도를 가진 레이저 빔이 중간층(Z)에 도포된 스테인리스강 분말에 보내지고, 스폿에서 레이저 빔은 도포된 스테인리스강 분말에 충돌되어 스테인리스강 분말을 용융하여 직경이 2.5 - 15 mm인 용융조를 형성하며, 이렇게 형성된 용융조에 평균 입경이 15 ㎛ 내지 135 ㎛인 경질재료 입자(HP)가 첨가되는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제5항에 있어서,
덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스(E)에 매립된 경질재료 입자(HP)는 최대 105 ㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제6항에 있어서,
덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스(E)에 매립된 경질재료 입자(HP)는 최대 60 ㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스(E)에 매립된 경질재료 입자(HP)는 최소 20㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제8항에 있어서,
덮개층(D)의 스테인리스강 매트릭스(E)에 매립된 경질재료 입자(HP)는 최소 45 ㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
덮개층(D)의 생성에 사용되는 레이저 빔의 레이저 강도는 최대 1.2 KW/mm²인 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
덮개층(D)의 생성에 사용되는 레이저 빔의 레이저 출력은 6 내지 25 KW인 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
부품은 레이저 빔의 충돌 전에 100 내지 700℃의 예열 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제12항에 있어서,
부품 전체가 스테인리스강 분말의 도포 전에 예열 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제12항에 있어서,
부품은 스테인리스강 분말이 레이저 빔에 의해 후속적으로 용융되는 섹션에서 국부적으로 제한된 방식으로 예열 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제14항에 있어서,
부품은 레이저 빔을 유도하는 방식으로 예열되는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
예열은 유도 가열에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크용 부품의 제조 방법.