車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子和車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子，其具有鑄鐵基體、形成在所述鑄鐵基體上的氮擴(kuò)散層、形成在所述氮擴(kuò)散層上的氮化合物層以及形成在所述氮化合物層上并包含F(xiàn)e3O4的氧化鐵層。在“轎車-制動裝置-測功器試驗(yàn)程序”（基于JASO?C406:2000）的拋光和第一次再拋光中，所述拋光與第一次再拋光之間的摩擦系數(shù)變化比率為10%或以下。
【專利說明】車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子和車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造鑄鐵車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]要求用于滑動部分例如車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子、制動鼓、機(jī)械工具等的鑄鐵摩擦部件的摩擦表面具有高耐腐蝕性和高耐磨性。因此，已經(jīng)在鑄鐵摩擦部件的表面涂覆有涂層薄膜或磷酸鋅涂層。然而，涂層薄膜或涂層在長時間后磨損或脫層，因此難以確保足夠的耐腐蝕性和耐磨性。
[0003]與上述相比，已對在鑄鐵摩擦部件的摩擦表面進(jìn)行氮碳共滲處理的技術(shù)已進(jìn)行了研究和利用。氮碳共滲處理是能夠使氮和碳在Al轉(zhuǎn)變點(diǎn)(727°C)或以下、通常為550°C至580°C的處理溫度下同時進(jìn)行間隙擴(kuò)散的表面處理。在氮碳共滲處理中，由于在最外表面上形成氮化合物的硬質(zhì)層，因此可以提高鑄鐵摩擦部件的耐腐蝕性和耐磨性。此外，由于在氮碳共滲處理中不伴有相變，因此與滲碳處理等相比引起的應(yīng)變較小。作為氮碳共滲處理，可以例舉的是鹽浴氮碳共滲處理方法、氣體氮碳共滲處理方法、等離子體氮化處理方法等。
[0004]例如，JP-A-H06-307471和JP-A-2010-053926公開了通過鹽浴氮碳共滲處理在鑄鐵盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面上進(jìn)行氮碳共滲處理，以便在所述表面上形成Fe-C-N系化合物層，從而提高耐腐蝕性和耐磨性。然而，由于使用有害的氰化物，鹽浴氮碳共滲處理在安全性和環(huán)境負(fù)擔(dān)方面存在問題。此外，鹽浴氮碳共滲處理存在著易于在化合物層的最外表面上形成多孔層的問題。
[0005]JP-B2-3303741公開了一種氣體氮碳共滲處理，其中氮碳共滲處理過程在200Torr或以下的包含氨氣的氮化氣氛下，在450°C至560°C的處理溫度下進(jìn)行兩次，并在其間插入擴(kuò)散處理過程。在這種方法中，不使用有害的氰化物，并且可以使形成在鑄鐵摩擦部件表面上的化合物層致密。此外，由于能夠抑制化合物層的厚度過分增加，因此能夠提高表面耐用性。
[0006]然而，當(dāng)具有在其表面上通過上述方法形成的氮化合物層的鑄鐵摩擦部件長期暴露于外部環(huán)境時，由于溫度和濕度的影響可能在表面上形成紅鐵銹(Fe2O3X即使當(dāng)車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面經(jīng)歷過氮碳共滲處理時，如果表面被紅鐵銹(Fe2O3)侵蝕，則在制動時也可能發(fā)生振動或制動力可能降低。此外，近年來，具有高設(shè)計性能的鋁合金車輪已經(jīng)大量增加。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子表面上存在紅鐵銹(Fe2O3)時，即使使用肉眼從外部也能確定地觀察到，使得車輛的外觀變差。
[0007]針對上述問題，在通過氮碳共滲處理獲得的氮化合物層的表面上進(jìn)一步形成具有被稱為黑鐵銹的Fe3O4作為主要組分的氧化鐵層，是有效的。由于所述氧化鐵層均勻且致密，因此能夠有效地防止在鑄鐵摩擦部件的表面上形成紅鐵銹(Fe2O3)15
[0008]正如在JP-A-H03-285058中公開的，所述氧化鐵層通過被稱為蒸汽氧化處理的方法來形成，在所述方法中將目標(biāo)產(chǎn)品暴露于400°C至500°C的蒸汽I至1.5小時。然而，蒸汽氧化處理的條件設(shè)置困難。因此，當(dāng)溫度過高或處理時間過長時，會形成紅鐵銹(Fe2O3)15因此，在鑄鐵摩擦部件的整個摩擦表面上形成均勻且致密的黑氧化鐵層是非常困難的。
[0009]作為替代蒸汽氧化處理的方法，JP-B-S53-000371公開了一種方法，在所述方法中，將鋼材在氮化氣體和滲碳?xì)怏w的混合氣體中，在500°C至600°C下處理0.5至3小時，在所述處理溫度下將所述鋼材從爐取出，將其在空氣中保持60至120秒以便形成Fe3O4膜，然后將其上形成有所述膜的鋼材在油中冷卻至室溫。按照這種方法，可以連續(xù)地進(jìn)行氮碳共滲處理、氧化鐵層形成處理和冷卻處理，因此能夠在鋼材表面上形成質(zhì)量良好的氧化鐵層。
[0010]然而，按照J(rèn)P-B-S53-000371中公開的方法，在進(jìn)行氮碳共滲處理之后，將目標(biāo)產(chǎn)品從爐取出，由于其處于被加熱狀態(tài)，因此形成氧化鐵層，然后將目標(biāo)產(chǎn)物快速冷卻(油冷卻)。因此，在氮化合物層或以Fe3O4為主要組分的氧化鐵層中可能形成裂紋。此外，由于目標(biāo)產(chǎn)品在油中冷卻，油可能殘留在氧化鐵層表面上形成的多個孔中。
[0011]因此，當(dāng)長時間使用通過上述方法獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子時，以Fe3O4為主要組分的氧化鐵層在裂紋處脫層或者油殘留在孔中，因此摩擦特性高度可變。
[0012]專利文獻(xiàn)I JP-A-H06-307471
[0013]專利文獻(xiàn)2 JP-A-2OlO-O53926
[0014]專利文獻(xiàn)3 JP-B-3303741
[0015]專利文獻(xiàn)4 JP-A-HO3-285O58
[0016]專利文獻(xiàn)5 JP-B-S53-000371

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例通過以簡單的方法在構(gòu)成車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的軟質(zhì)氮化鑄鐵摩擦部件表面上形成均勻且致密的包含F(xiàn)e3O4的氧化鐵層，提供了具有增強(qiáng)的耐腐蝕性和耐磨性、并具有幾乎不受濕度和溫度影響而變的摩擦特性的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子可以包括:鑄鐵基體；形成在所述鑄鐵基體上的氮擴(kuò)散層；形成在所述氮擴(kuò)散層上的氮化合物層；以及形成在所述氮化合物層上并包含F(xiàn)e3O4的氧化鐵層，其中所述氧化鐵層可以構(gòu)成摩擦表面。在“轎車-制動裝置-測功器試驗(yàn)程序”(基于JASO C406:2000)的拋光和第一次再拋光中，所述拋光與第一次再拋光之間的摩擦系數(shù)變化比率可以為10%或以下。
[0019]在所述車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子中，在所述拋光和第一次再拋光任一情形中，在絕對濕度在3g/m3至35g/m3的范圍內(nèi)變化并且溫度在10°C至40°C的范圍內(nèi)變化的多種環(huán)境條件下，摩擦系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差可以為0.011或以下。
[0020]在所述車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子中，所述氮擴(kuò)散層的厚度可以為25 μ m至450 μ m，所述氮化合物層的厚度為5 μ m至25 μ m,并且所述氧化鐵層的厚度為2 μ m至7 μ m。所述氧化鐵層的有孔部分面積與表面的總面積之比為15%或以下。
[0021]在所述車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子中，所述有孔部分的孔徑的統(tǒng)計學(xué)眾數(shù)可以為2μπι或以下。
[0022]在所述車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子中，在所述氮化合物層和氧化鐵層中的任意層中可以不存在裂紋。
[0023]此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子可以如下制造:在500°C至590°C的處理溫度下對鑄造工件的表面進(jìn)行氣體氮碳共滲處理，從而形成氮擴(kuò)散層和氮化合物層，以及在進(jìn)行所述氣體氮碳共滲處理之后并且當(dāng)溫度變?yōu)?00°C至480°C時，將所述工件暴露于空氣中并將所述工件冷卻至室溫，從而在所述氮化合物層的表面上形成包含F(xiàn)e3O4的氧化鐵層。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有出色的耐腐蝕性和耐磨性以及幾乎不受濕度和溫度影響而變的摩擦特性，并且能夠長時間保持穩(wěn)定的制動性能且防止損害轉(zhuǎn)子外觀的鐵銹形成的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子。因此，其工業(yè)意義非常大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1A示出了在實(shí)施例1中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面附近的剖面SEM照片。圖1B示出了在實(shí)施例1中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的X-射線衍射分析結(jié)果。
[0026]圖2A示出了在實(shí)施例2中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面附近的剖面SEM照片。圖2B示出了在實(shí)施例2中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的X-射線衍射分析結(jié)果。
[0027]圖3A示出了在實(shí)施例3中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面附近的剖面SEM照片。圖3B示出了在實(shí)施例3中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的X-射線衍射分析結(jié)果。
[0028]圖4A示出了在比較例2中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面附近的剖面SEM照片。圖4B示出了在比較例2中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的X-射線衍射分析結(jié)果。
[0029]圖5A示出了在比較例3中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面附近的剖面SEM照片。圖5B示出了在比較例3中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的X-射線衍射分析結(jié)果。
[0030]圖6A示出了在實(shí)施例1中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面的SEM照片。圖6B示出了在實(shí)施例1中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的二值化處理的圖像。
[0031]圖7A示出了在比較例3中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面的SEM照片。圖7B示出了在比較例3中獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的二值化處理的圖像。
[0032]參考標(biāo)記列表
[0033]I氧化鐵層(Fe3O4層)
[0034]2通過氣體氮碳共滲處理形成的氮化合物層
[0035]3通過氣體氮碳共滲處理形成的氮擴(kuò)散層
[0036]4通過鹽浴氮碳共滲處理形成的氮化合物層
[0037]5通過鹽浴氮碳共滲處理形成的氮擴(kuò)散層
【具體實(shí)施方式】
[0038]1.車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子
[0039]本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子具有形成在鑄鐵基體上的氮擴(kuò)散層、形成在氮擴(kuò)散層上的氮化合物層以及形成在氮化合物層上并以Fe3O4作為主要組分的氧化鐵層的結(jié)構(gòu)，其中，以Fe3O4作為主要組分的氧化鐵層構(gòu)成摩擦表面。
[0040]此外，對于本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子來說，盡管對尺寸沒有特別限制，但以直徑為200mm至420mm、厚度為IOmm至40mm的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子作為實(shí)例。
[0041](I)鑄鐵基體[0042]本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子通過諸如砂型鑄造等的鑄造方法來形成，并且可以使用灰口鑄鐵或球墨鑄鐵例如FC200、FC250、F⑶450等作為其鑄鐵基體。
[0043](2)氮擴(kuò)散層
[0044]作為構(gòu)成本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的層之一的氮擴(kuò)散層，是當(dāng)進(jìn)行如后文所描述的氮碳共滲處理時氮以超飽和固溶體狀態(tài)溶解在鑄鐵基體中時形成的層。氮擴(kuò)散層的厚度被調(diào)整到優(yōu)選地為25μπι至450μπι，更優(yōu)選為50μπι至430μπι。當(dāng)?shù)獢U(kuò)散層的厚度小于25 μ m時，可能不能將氮化合物層的厚度形成得足夠厚。另一方面，當(dāng)?shù)獢U(kuò)散層的厚度超過450 μ m時，進(jìn)行氣體氮碳共滲處理的時間延長，因此生產(chǎn)率降低。
[0045](3)氮化合物層
[0046]由于作為構(gòu)成本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的層之一的氮化合物層是Fe3N等的層并且非常硬，因此它可以提供具有高耐磨性和耐腐蝕性的摩擦表面。具體來說，由于前提是通過后文所描述的氣體氮碳共滲處理來形成本發(fā)明的示例性實(shí)施例的氮化合物層，因此可以使其表面光滑。
[0047]另一方面，當(dāng)通過鹽浴氮碳共滲處理來形成氮化合物層時，在其表面附近形成多孔層。當(dāng)形成多孔層時，車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的初始磨損量增加，并且隨著外部環(huán)境變化，摩擦系數(shù)極大變化，使得無法獲得穩(wěn)定的制動特性。此外，在制動時產(chǎn)生噪音。
[0048]氮化合物層的厚度根據(jù)車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的尺寸、使用條件等適合地選擇。例如，對于上述尺寸來說，氮化合物層的厚度優(yōu)選為5 μ m至25 μ m,更優(yōu)選為10 μ m至20 μ m。當(dāng)?shù)衔飳拥暮穸刃∮? μ m時，不能獲得足夠的耐腐蝕性和耐磨性。另一方面，當(dāng)?shù)衔飳拥暮穸瘸^25 μ m時，不能確保獲得進(jìn)一步的效果并且進(jìn)行氣體氮碳共滲處理的時間延長，因此生產(chǎn)率降低。
[0049](4)以Fe3O4為主要組分的氧化鐵層
[0050]均勻且致密的以Fe3O4為主要組分的氧化鐵層形成在氮化合物層的表面上。在形成有氧化鐵層的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子中，能夠進(jìn)一步提高由氮化合物層賦予的高耐磨性和耐腐蝕性。因此，即使在車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子長時間暴露于外部環(huán)境時，也能有效地防止在其表面上形成紅鐵銹(Fe2O3X因此，可以穩(wěn)定地維持制動特性并防止車輛外觀變差。
[0051]氧化鐵層的厚度優(yōu)選地為2 μ m至7 μ m,更優(yōu)選地為3 μ m至6 μ m。當(dāng)氧化鐵層的厚度小于2 μ m時，不能獲得足夠的耐腐蝕性和耐磨性。另一方面，當(dāng)氧化鐵層的厚度超過7 μ m,不能確保獲得進(jìn)一步效果。
[0052]此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在氮碳共滲處理后，如后文所述將轉(zhuǎn)子在爐中冷卻至預(yù)定溫度并暴露于空氣中，并且將在空氣中的冷卻速率控制在確定范圍內(nèi)。此后，形成以Fe3O4為主要組分的氧化鐵層。因此，在氧化鐵層和氮化合物層中不會產(chǎn)生由冷卻所伴隨的熱沖擊造成的裂紋。
[0053]根據(jù)在例如JP-B-S53-000371中公開的技術(shù)，由于存在少量裂紋，因此氧化鐵層脫層或在裂紋處具有由溫度和濕度的影響造成的缺陷，并且雨水等通過裂紋到達(dá)氮擴(kuò)散層并進(jìn)一步到達(dá)鑄鐵基體。結(jié)果，難以長期維持車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的摩擦和外觀特性。與此相比，由于在氧化鐵層和氮化合物層中不存在裂紋，因此本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子對溫度和濕度具有明顯提高的耐受性。
[0054](5)表面的有孔面積比[0055]在本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子中，有孔部分的面積與表面的總面積之比(在后文中被稱為“有孔面積比”)優(yōu)選為15%或以下，更優(yōu)選為10%或以下。在這里，如下計算有孔面積比。也就是說，使用圖像分析軟件對車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面照片圖像進(jìn)行二值化處理，使得有孔部分為黑色，其他部分為白色。將通過所述處理獲得的圖像(在后文中稱為“二值化處理圖像”)的有孔部分(黑色部分)計算為與有孔部分具有相同面積的圓的直徑(圓等效直徑)，并將其設(shè)定為有孔部分的孔徑。從所述孔徑計算有孔部分的面積，以便計算二值化處理圖像中有孔部分的面積比。對每個樣品的25個視野(25張SEM照片)計算面積比，并將通過平均所述面積比而獲得的值設(shè)為有孔面積比。
[0056]在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，根據(jù)適合的條件對車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子進(jìn)行后文中所述的氣體氮碳共滲處理，以便將有孔面積比控制在確定范圍內(nèi)。同時，當(dāng)表面的有孔面積比超過15%時，即，當(dāng)車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子經(jīng)歷鹽浴氮碳共滲處理，使得在表面附近區(qū)域中鑄鐵基體被侵蝕并由此形成多孔層時，車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的初始磨損量大并且形成紅鐵銹(Fe2O3),或者在制動時產(chǎn)生噪音。
[0057]此外，作為統(tǒng)計學(xué)的眾數(shù)，有孔部分的孔徑優(yōu)選為2 μ m或以下，更優(yōu)選為0.7 μ m或以下，最優(yōu)選為0.5 μ m或以下。當(dāng)孔徑超過2 μ m時，水在有孔部分處侵蝕到氮擴(kuò)散層，使得即使有孔面積比小于15%，也可能形成紅鐵銹(Fe2O3)15在這里，統(tǒng)計學(xué)的眾數(shù)是指從25個視野的二值化處理圖像計算的孔徑中最頻繁地出現(xiàn)的值。
[0058](6)摩擦系數(shù)及其變化比率
[0059]如上所述，本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子具有將氮擴(kuò)散層、氮化合物層和包含F(xiàn)e3O4的氧化鐵層配置在鑄鐵基體上并控制其表面織構(gòu)的結(jié)構(gòu)。由此，轉(zhuǎn)子具有在“轎車-制動裝置-測功器試驗(yàn)程序”(基于JASO C406:2000)(以下稱為摩擦試驗(yàn))的拋光(第一次有效性試驗(yàn)之后的拋光) 和第一次再拋光(第二次有效性試驗(yàn)之后的拋光)中，所述拋光與第一次再拋光之間的摩擦系數(shù)的變化比率(Y )為10%或以下、優(yōu)選為9%或以下、更優(yōu)選為8%或以下的特點(diǎn)。當(dāng)變化比率超過10%時，難以針對外部環(huán)境的變化保持穩(wěn)定的制動特性。
[0060]此外,變化比率(Y )是指通過下式獲得的值:Y (%)= ( μ「μ^/μαΧΙΟΟ,其中μ^是在每種環(huán)境條件下的摩擦試驗(yàn)中通過拋光獲得的摩擦系數(shù)，μ !是在每種環(huán)境條件下的摩擦試驗(yàn)中通過第一次再拋光獲得的摩擦系數(shù)。
[0061]此外，本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子具有即使在拋光和第一次再拋光中絕對濕度和/或溫度的環(huán)境條件變化時，摩擦系數(shù)也幾乎不改變的特點(diǎn)。更具體來說，在拋光和第一次再拋光中的任一情形中，在絕對濕度在3g/m3至35g/m3的范圍內(nèi)變化并且溫度在10°C至40°C的范圍內(nèi)變化的多種環(huán)境條件下，摩擦系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ )為0.011或以下，并且不論車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子作為產(chǎn)品保存的情況如何，轉(zhuǎn)子的表面織構(gòu)都能夠保持在高性能下。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ )的值超過0.011時，表面織構(gòu)隨著車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子保存的情況或使用的環(huán)境條件而變，使得可能不能維持穩(wěn)定的制動特性。
[0062]在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，摩擦試驗(yàn)是指下述試驗(yàn)，其中第一次有效性試驗(yàn)以50km/h和100km/h的初始制動速度，在2.94m/s2至7.35m/s2的制動減速范圍內(nèi)進(jìn)行，拋光以65km/h的初始制動速度和3.5m/s2的制動減速進(jìn)行，以便馴順車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面，第二次有效性試驗(yàn)以50km/h、100km/h和130km/h的每種初始制動速度,在2.94m/s2至7.35m/s2的制動減速范圍內(nèi)進(jìn)行，第一次再拋光以65km/h的初始制動速度和3.5m/s2的制動減速進(jìn)行。
[0063]在摩擦試驗(yàn)中，拋光是被進(jìn)行以便馴順轉(zhuǎn)子和成為相對部件的制動片兩者的表面織構(gòu)，以使車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子與制動片發(fā)生充分接觸的試驗(yàn)。此外，經(jīng)歷過拋光和第二次有效性試驗(yàn)的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面，由于由拋光和第二次有效性試驗(yàn)造成向其施加熱量，而形成有細(xì)小裂紋或者有細(xì)小粉末附著于所述表面。因此，進(jìn)行第一次再拋光，以便在除去細(xì)小裂紋和細(xì)小粉末后再次馴順車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子和制動片。
[0064](7)磨損量
[0065]對于本發(fā)明的示例性實(shí)施例的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子來說，在摩擦試驗(yàn)的拋光和第一次再拋光中可以使用通用的不基于石棉的制動片作為與轉(zhuǎn)子相對的材料。在這種情形中，即使當(dāng)環(huán)境條件例如絕對濕度和/或溫度變化時，也能將車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的磨損量限制在預(yù)定值或以下。具體來說，當(dāng)絕對濕度在3g/m3至35g/m3的范圍內(nèi)變化并且溫度在10°C至40°C的范圍內(nèi)變化時，能夠使車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子磨損量的平均值為優(yōu)選2.35μπι或以下，更優(yōu)選2.30 μ m或以下。
[0066]2.制造車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的方法
[0067]本發(fā)明的示例性實(shí)施例的鑄鐵摩擦部件的制造方法，包括在500°C至590°C的處理溫度下對通過鑄造方法獲得的鑄造工件進(jìn)行氣體氮碳共滲處理，從而在鑄鐵基體表面上形成氮擴(kuò)散層和氮化合物層的過程(在后文中稱為氣體氮碳共滲處理過程)，以及在所述氣體氮碳共滲過程之后當(dāng)環(huán)境溫度變?yōu)?00°C至480°C時，將工件暴露于空氣中并將其在氧氣下冷卻至室溫，從而在所述氮化合物層的表面上形成以Fe3O4為主要組分的氧化鐵層的過程(在后文中稱為氧化鐵層形成過程)。
[0068]在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，由于形成鑄造工件的過程可以通過常規(guī)方法來進(jìn)行，因此省略其描述，而對作本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特點(diǎn)的氣體氮碳共滲處理過程和氧化鐵層形成過程進(jìn)行描述。
[0069](I)成形過程
[0070]為了在通過鑄造方法獲得工件后除去殘余應(yīng)力，成形過程是在600°C至700°C的加熱溫度下進(jìn)行熱處理并對表面進(jìn)行切削加工等。形成過程的各種條件與現(xiàn)有技術(shù)的條件基本上相同。
[0071]此外，優(yōu)選地在將工件單獨(dú)放置I周至2周后進(jìn)行熱處理，而不是在通過鑄造方法獲得工件后立即進(jìn)行熱處理。與此相同，在將工件單獨(dú)放置預(yù)定時間段后進(jìn)行熱處理，并進(jìn)一步進(jìn)行切削加工，以便降低切削過程中的載荷。盡管原因不明，但據(jù)認(rèn)為工件的最外表面被空氣中的氮?dú)獾?br> [0072](2)氣體氮碳共滲處理過程
[0073]作為氮碳共滲處理方法，可以例舉的有鹽浴氮碳共滲處理方法、氣體氮碳共滲處理方法、等離子體氮碳共滲處理方法等。然而，從形成均勻的氮擴(kuò)散層和氮化合物層的觀點(diǎn)來看，需要通過氣體氮碳共滲處理方法來進(jìn)行氮碳共滲處理。
[0074]正如上面描述的，鹽浴氮碳共滲處理方法在安全性和環(huán)境負(fù)擔(dān)方面存在問題。此夕卜，車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的表面被侵蝕，使得在待形成的氮化合物層表面的附近區(qū)域中易于形成多孔層。因此，當(dāng)將通過鹽浴氮碳共滲處理進(jìn)行表面處理的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子實(shí)際使用在車輛中時，初始磨損量大，并且在制動時產(chǎn)生噪音。此外，按照等離子體氮碳共滲處理方法，需要在減壓(真空)中進(jìn)行處理，因此需要大型設(shè)施。此外，消耗大量電力，使得設(shè)施的運(yùn)行成本增加。
[0075]在氣體氮碳共滲處理方法中，可以使用現(xiàn)有技術(shù)的氣體氮化爐。此外，氣體氮碳共滲處理的條件應(yīng)該根據(jù)所使用的氣體氮化爐的功率等適合地調(diào)節(jié)。然而，從將氮擴(kuò)散層和氮化合物層的厚度控制在上述范圍內(nèi)的觀點(diǎn)來看，氣體氮碳共滲處理方法優(yōu)選地在下述條件下進(jìn)行。
[0076]處理溫度優(yōu)選地被設(shè)置為500°C至590°C，更優(yōu)選地530°C至590°C。當(dāng)處理溫度低于500°C時，不能形成具有足夠厚度的氮擴(kuò)散層和氮化合物層。另一方面，當(dāng)處理溫度超過590°C時，在鑄鐵基體中形成易碎奧氏體，因此可能不能穩(wěn)定地形成氮擴(kuò)散層和氮化合物層。
[0077]此外，處理溫度優(yōu)選地保持0.5至4小時，更優(yōu)選地I至3小時。當(dāng)處理時間少于
0.5小時時，不能形成具有足夠厚度氮擴(kuò)散層和的氮化合物層。另一方面，即使當(dāng)處理時間超過4小時時，氮擴(kuò)散層和氮化合物層也基本上不再生長，因此生產(chǎn)率降低。
[0078]作為氮供應(yīng)源，可以使用作為氮化氣體的NH3。同時，對碳供應(yīng)源沒有特別限制，只要它是滲碳?xì)怏w即可，例如可以使用含烴類醇例如CH3OH或CO、0)2等。具體來說，從以低成本有效地形成氮擴(kuò)散層和氮化合物層的觀點(diǎn)來看，通過NH3和CH3OH的混合氣體供應(yīng)氮和碳是優(yōu)選的。在這種情形中，NH3的流速優(yōu)選為4.5m3/h至5.5m3/h，CH3OH的流速優(yōu)選為
3.0 X 10 5m3/h 至 1.0 X 10 4m3/h。
[0079]與通用的氣體氮碳共滲處理類似，氣體氮化爐中的壓力優(yōu)選被調(diào)節(jié)到比大氣壓高
0.2kPa 至 1.0kPa,通常高 0.5kPa 至 0.7kPa。
[0080](3)氧化鐵層形成過程
[0081 ] 氧化鐵層形成過程是在氮碳共滲處理過程后，在獲得的氮化合物層表面上形成以Fe3O4為主要組分的氧化鐵層的過程。由于所述氧化鐵層非常均勻且致密，因此與只進(jìn)行氮碳共滲處理的構(gòu)造相比，可以降低濕度和溫度的影響。由此，可以將車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的耐腐蝕性和耐磨性長期保持在高水平。特別是，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，由于能夠不使用特殊裝置并且不通過復(fù)雜過程來形成氧化鐵層，因此能夠?qū)⑴c氧化鐵層的形成相伴的生產(chǎn)率下降和成本增加抑制到最低水平，因此其工業(yè)意義非常大。
[0082]具體來說，在氮碳共滲處理之后，當(dāng)環(huán)境溫度變?yōu)?00°C至480°C、優(yōu)選為410°C至470°C、更優(yōu)選為420°C至460°C時，將車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子從氣體氮碳共滲爐取出并由此暴露于空氣中，然后在保持與空氣中的氧的接觸狀態(tài)的同時冷卻至室溫(20°C至25°C )。車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子在上述溫度范圍內(nèi)從氣體氮碳共滲爐取出，以便可以在氮化合物層表面上形成均勻且致密的以Fe3O4為主要組分的氧化鐵層。此外，當(dāng)車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子在上述溫度范圍內(nèi)取出時，可以使其表面的顏色帶有藍(lán)色，從而使外觀具有出色裝飾性。
[0083]當(dāng)取出車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子時的溫度低于400°C時，氮化合物層的氧化進(jìn)度降低，因此不能獲得均勻且致密的以Fe3O4為主要組分的氧化鐵層。此外，表面的顏色變污。另一方面，當(dāng)所述溫度超過480°C時，氧化鐵層中Fe2O3的比例增加，并且由于快速氧化和由溫度差造成的熱沖擊在所述氮化合物層中產(chǎn)生裂紋。
[0084]此外，本發(fā)明的示例性實(shí)施例具有在將車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子從氣體氮碳共滲爐取出后，將轉(zhuǎn)子持續(xù)暴露于空氣中，直至它冷卻至室溫的特點(diǎn)。正如在JP-B-S53-000371中所述，當(dāng)將目標(biāo)產(chǎn)品在空氣中保持預(yù)定時間，然后在隔絕氧氣接觸下進(jìn)行油冷卻時，油可能殘留在氧化鐵層表面上形成的多個孔中，這對摩擦特性有影響。因此，相應(yīng)的目標(biāo)產(chǎn)品不適合于用于車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子等的滑動部分的鑄鐵摩擦部件。與此相比，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，由于將轉(zhuǎn)子在與氧接觸下緩慢冷卻至室溫，因此不會引起上述問題。
[0085]此外，從車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子暴露于空氣中到室溫的冷卻速率優(yōu)選為1°C /min至10°c /min,更優(yōu)選為2V /min至8°C /min。當(dāng)冷卻速率低于1°C /min時,生產(chǎn)率降低,而當(dāng)冷卻速率超過10°C /min時，在氮化合物層或氧化鐵層中可能形成裂紋。此外，通常，在將車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子保持暴露于空氣中時，其以上述冷卻速率冷卻。
[0086]<實(shí)施例>
[0087]下面將通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更具體描述。此外，通過在后文中描述的摩擦試驗(yàn)，對通過實(shí)施例和比較例獲得的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的摩擦特性(摩擦系數(shù)、磨損量)進(jìn)行評估。
[0088]<摩擦試驗(yàn)>
[0089]使用具有表1所示的組成的制動片，并通過全尺寸制動測功計摩擦試驗(yàn)機(jī)，在表2中示出的各種環(huán)境條件下進(jìn)行摩擦試驗(yàn)。具體來說，如上所述，在第一次有效性試驗(yàn)后，進(jìn)行拋光、第二次有效性試驗(yàn)和第一次再拋光。結(jié)果，在拋光和第一次再拋光中，在各種環(huán)境條件下獲得了摩擦系數(shù)。此外，在拋光和第一次再拋光中，在各種環(huán)境條件下分別測量制動片和車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的磨損量。此時，制動片的磨損量通過千分尺(MitutoyoCorporation, 0MV-25M)測量，`車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的磨損量通過輪廓測量儀(KosakaLaboratory Ltd.，DR-200X63)測量。
[0090]此外，表2中示出的各種環(huán)境條件是從可以根據(jù)通常使用車輛時的環(huán)境條件在實(shí)驗(yàn)上重現(xiàn)的環(huán)境條件中任意選擇的。因此，不應(yīng)將本發(fā)明的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的特征解釋為限于表2中所示的環(huán)境條件。
[0091]〈表1>
[0092]
【權(quán)利要求】
1.一種車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子，包括: 鑄鐵基體； 氮擴(kuò)散層，該氮擴(kuò)散層形成在所述鑄鐵基體上； 氮化合物層，該氮化合物層形成在所述氮擴(kuò)散層上；以及 氧化鐵層，該氧化鐵層形成在所述氮化合物層上并包含F(xiàn)e3O4, 其中，所述氧化鐵層構(gòu)成摩擦表面，并且 其中，在“轎車-制動裝置-測功器試驗(yàn)程序”(基于JASO C406:2000)的拋光和第一次再拋光中，所述拋光與所述第一次再拋光之間的摩擦系數(shù)變化比率為10%或以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子，其中，在任一所述拋光和所述第一次再拋光情形中，在絕對濕度在3g/m3至35g/m3的范圍內(nèi)變化并且溫度在10°C至40°C的范圍內(nèi)變化的多種環(huán)境條件下，摩擦系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.011或以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子，其中，所述氮擴(kuò)散層的厚度為25μ m至450 μ m,所述氮化合物層的厚度為5 μ m至25 μ m,并且所述氧化鐵層的厚度為2 μ m至7μπι，并且 其中所述氧化鐵層的有孔部分面積與表面的總面積之比為15%或以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子，其中，所述氮擴(kuò)散層的厚度為25μ m至450 μ m,所述氮化合物層的厚度為5 μ m至25 μ m,并且所述氧化鐵層的厚度為2 μ m至7μπι，并且 其中所述氧化鐵層的有孔部分面積與表面的總面積之比為15%或以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子，其中，所述有孔部分的孔徑的統(tǒng)計學(xué)眾數(shù)為2μηι或以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子，其中，所述有孔部分的孔徑的統(tǒng)計學(xué)眾數(shù)為2μηι或以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項所述的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子，其中，所述氮化合物層和所述氧化鐵層中的任意一層中均不存在裂紋。
8.—種制造權(quán)利要求1至6的任意一項所述的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的制造方法，該制造方法包括: 在500°C至590°C的處理溫度下對鑄造工件的表面進(jìn)行氣體氮碳共滲處理，從而形成氮擴(kuò)散層和氮化合物層；以及 在進(jìn)行所述氣體氮碳共滲處理之后，當(dāng)溫度變?yōu)?00°C至480°C時，將所述工件暴露于空氣中并將所述工件冷卻至室溫，從而在所述氮化合物層的表面上形成包含F(xiàn)e3O4的氧化鐵層。
9.一種制造權(quán)利要求7所述的車輛盤式制動器轉(zhuǎn)子的制造方法，該制造方法包括: 在500°C至590°C的處理溫度下對鑄造工件的表面進(jìn)行氣體氮碳共滲處理，從而形成氮擴(kuò)散層和氮化合物層；以及 在進(jìn)行所述氣體氮碳共滲處理之后，當(dāng)溫度變?yōu)?00°C至480°C時，將所述工件暴露于空氣中并將所述工件冷卻至室溫，從而在所述氮化合物層的表面上形成包含F(xiàn)e3O4的氧化鐵層。
【文檔編號】F16D65/092GK103671639SQ201310389132
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】須貝幸廉, 關(guān)克司, 高田卓彌 申請人:曙制動器工業(yè)株式會社