制造制動盤的方法以及制動盤的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制造用于車輛的制動盤(1)的方法，其中保護(hù)層被設(shè)置在制動盤(1)的基底部件(2)上?；撞考凿X或鋁合金形成。該方法至少包含以下步驟：至少預(yù)加工坯件形式的基底部件(2)的摩擦表面(7、8)；至少將搪瓷涂層(10)施加在制動盤(1)的摩擦表面(7,8)上作為抗腐蝕和/或抗磨損層；以及，后處理至少部分涂覆的所述基底部件(2)，其中搪瓷涂層(10)冶金地結(jié)合到基底部件(2)的基底材料上。
【專利說明】制造制動盤的方法以及制動盤
[0001 ]本發(fā)明涉及一種制造車輛制動盤的方法以及一種用于車輛的制動盤。
[0002] DE-AS 1 625 680號專利文件涉及用于濕式離合器的摩擦部件以及具有支撐部和 應(yīng)用在支撐部上的至少一個燒結(jié)的、多孔的金屬摩擦襯片的制動器。摩擦襯片建議由金屬 纖維組成，其中孔隙度應(yīng)當(dāng)達(dá)到至少50%。一旦燒結(jié)的金屬纖維摩擦襯片已經(jīng)被固定的應(yīng) 用，則漿液形式的搪瓷熔塊被施加在摩擦表面上。
[0003] US 6,032,769 A號專利文件披露了一種制動盤，其包含具有肋部的基底部件。摩 擦環(huán)通過緊固到支撐肋的方式被安裝在核心上，核心可以由灰鑄鐵構(gòu)成。粘合劑被設(shè)置在 肋部和摩擦環(huán)之間以進(jìn)一步加固該連接，其中搪瓷同樣述及被用作粘合劑。粘合劑還被當(dāng) 做降低噪音的成分。
[0004] 出版物"RAL，Deutsches Institut fiir Giitesicherung und Kennzeichnung e · V ·[德國質(zhì)量保證和認(rèn)證研究院]，2007"、"PETZOLD，Armin; P0SCHMANN，Helmut， Email und Emailliertechnik[搪瓷以及搪瓷技術(shù)]，Deutscher Verlag fiir Grundstoffindustrie[德國基礎(chǔ)工業(yè)出版社],1992 and Dietzel, Adolf Η·"； "Emaillierung[搪瓷涂覆]，柏林，施普林格1981，頁1-2;頁38-42以及頁276"公開了搪瓷、 搪瓷的成分和產(chǎn)品以及涂覆搪瓷的方法。
[0005] DE 43 21 713 A1號專利文件公開了一種組裝的盤式制動器轉(zhuǎn)子及其制造方法。 盤式制動器轉(zhuǎn)子可以由具有20%-30%的重量比(wt.%)的碳化硅的鋁基體復(fù)合材料鑄造。 其環(huán)形壁表面被機(jī)械地粗糙化，以便涂層可以更好地粘附在環(huán)形壁表面上。該涂層被熱施 加，其中熱噴涂法--諸如舉例來說通過電弧等離子體的方式或通過電弧的方式--是被 推薦的。通過燃燒火焰的方式或爆震噴槍的方式的應(yīng)用也被認(rèn)為是可行的。涂層可以以兩 個步驟進(jìn)行：其中中間涂層可以在環(huán)形壁表面和外部涂層之間施加。用于外部涂層的適當(dāng) 材料被闡明為仿造的鑄鐵，其中通過示例的方式將鎳與石墨結(jié)合或鋁/鑄鐵復(fù)合材料被公 開作為中間涂層材料。
[0006] DE 1 285 692 A號專利文件公開了基部搪瓷，其由一或多種具有至少60%的Si〇2 組分的熔融的熔塊以及包含硼的研磨添加物組成。該研磨的添加物包含相對于熔融的熔塊 的5到50 %的硼砂。
[0007] 從DE 10 2010 049 797 A1號專利文件可知制動盤可以與輪轂一體制造，可以預(yù) 料的是制動盤的擺動可以由此被降低。制動盤的摩擦表面可以附加地設(shè)置有摩擦涂層，摩 擦涂層可以由硬質(zhì)金屬或陶瓷構(gòu)成。
[0008] EP 1 987 267 B1號專利文件涉及一種制動盤，其涉及意在實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)功能以及 其他制動功能的材料的使用。制動盤包括支撐或結(jié)構(gòu)盤，其側(cè)部裝配有第一和第二摩擦盤。 摩擦盤由執(zhí)行制動功能的適當(dāng)材料制造。結(jié)構(gòu)盤由復(fù)合材料制造。結(jié)構(gòu)盤的復(fù)合材料可以 由選自以下群組的樹脂構(gòu)成:環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、氰酸酯、氰環(huán)氧樹脂(Cyanepoxid)、陶瓷 樹脂或搪瓷以及上述各項(xiàng)的組合。摩擦盤可以由選自以下群組的材料構(gòu)成：鋼、鑄鐵、硬化 鋁、氧化鋁（陶瓷）、碳化硅、氮化硅、碳化鈦以及碳陶瓷。
[0009] 在車輛中，特別是在機(jī)動車輛中，制動盤可能是用于制動系統(tǒng)的最普遍的設(shè)計(jì)。盤 式制動器實(shí)質(zhì)上由制動盤和夾緊制動盤邊緣的制動鉗組成。制動盤在此處通過輪轂被連接 到被制動的車輪，輪轂可旋轉(zhuǎn)地被安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上。另一方面，制動鉗被固定到轉(zhuǎn)向節(jié)上。 實(shí)際的減速通過制動片完成，其可以抵靠制動盤被應(yīng)用并在制動盤和制動鉗之間被設(shè)置在 制動盤的兩側(cè)。
[0010] 根據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域，制動盤可以不僅由鐵(舉例來說灰鑄鐵(GG))構(gòu)成，還可以由碳 陶瓷或鋁構(gòu)成。制動盤在此應(yīng)該盡量具有耐磨損并幾乎不釋放細(xì)小灰塵的表面?？尚械淖?堅(jiān)硬的表面被期望以便于達(dá)到這樣的目的。舉例來說在鋁制動盤的情況下，碳化硅(SiC)相 應(yīng)地被添加，其被沉淀析出以作為表面上的抗磨損保護(hù)層。然而，由非鐵材料制造制動盤有 時是困難的并通常是高成本的。
[0011] 當(dāng)今的制動盤因此主要地由灰鑄鐵材料制成。以輕質(zhì)材料替換重的灰鑄鐵材料可 以實(shí)現(xiàn)每個制動盤一一舉例來說非通風(fēng)的16 "制動盤一一的重量減輕大約1.9kg，因此優(yōu)選 地以鋁材料進(jìn)行替換。除了整車重量的減輕，關(guān)于行駛動力的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)通過非簧載質(zhì) 量上的重量減輕來實(shí)現(xiàn)。然而，與鋁盤相關(guān)的問題為一方面鋁材料具有低熔點(diǎn)并且另一方 面不具備充分的耐磨性或作為用于制動盤的在摩擦學(xué)上適當(dāng)功能性表面的適當(dāng)?shù)哪Σ料?數(shù)。
[0012] 通過增加微粒加強(qiáng)材料作為合金成分在鋁制動盤上實(shí)現(xiàn)具有高耐磨性摩擦表面 的努力已經(jīng)相應(yīng)地被作出（參見以上內(nèi)容）。然而，為了這個目的，在機(jī)械預(yù)加工后，必須通 過在氫氧化鈉溶液中蝕刻使表面粗糙到這樣的程度一一摩擦表面形成具有摩擦片配合部 的功能摩擦系統(tǒng)以及在技術(shù)上有利的時間之后，可以通過形成"轉(zhuǎn)化膜"充分轉(zhuǎn)移摩擦能 量。這樣的錯合金可以或通過鑄造預(yù)制合金錯材料（Duralcan^)或通過粉末冶金生產(chǎn)（以 20-40%的碳化硅進(jìn)行PEAK噴涂壓實(shí)）來制造。然而，這樣的方法的缺點(diǎn)存在于這種合金系 統(tǒng)的低延展性以及通過金剛石研磨對部件進(jìn)行后加工的高成本。
[0013] 熱噴涂是形成這樣的保護(hù)層的另一個方式。在這種情況下，施加在制動盤的基底 部件的表面上的材料在熱作用下被預(yù)先軟化并通過氣體流的方式以單個粒子的形式被加 速。在粒子的沖擊下，純粹的機(jī)械連接在基底部件的表面沒有被熔融的情況下形成。材料可 以為金屬和氧化陶瓷或碳化物材料。在這種情況下，除了高成本以外的缺點(diǎn)尤其在于這樣 的保護(hù)層的耐久度。相應(yīng)地，通過噴砂的方式使表面僅適度粗糙化是可行的，其不能產(chǎn)生持 久、耐用的機(jī)械結(jié)合。然而，熱噴涂層的問題在于噴涂填充材料的高成本、應(yīng)用并產(chǎn)生同時 與防腐蝕結(jié)合的充足的粘合強(qiáng)度上的低效率。舉例來說，DE 10 2005 008 569 A1號專利文 件描述了通過熱噴涂施加在制動盤上的自熔性鎳基粉末合金，因此以這種方式一定的基本 粘附將在熔融之前已經(jīng)出現(xiàn)。在將制動盤調(diào)節(jié)到應(yīng)有尺寸之后，即在熱涂覆之前，被涂覆的 區(qū)域?qū)H僅被噴砂以便增加表面的粗糙度，這意味著似乎可實(shí)現(xiàn)噴涂層的良好粘附的良好 條件。DE 10 2009 003 161 A1號專利文件公開了輕質(zhì)金屬制動盤具有通過PTWA(等離子電 弧熱噴涂技術(shù))方式施加的熱噴涂層。噴涂層一一即隔熱摩擦層一一由包含納米晶體的金 屬合金形成。
[0014] 電沉積的鎳加上碳化硅強(qiáng)化層從現(xiàn)有文獻(xiàn)中是已知的。這些層生產(chǎn)上非常復(fù)雜。 在電沉積方法中，整個部件必須以例如鉻或鎳或鎳加上硬材料粒子涂覆。不光這種電沉積 涂層而且還有熱噴涂涂層在鹽霧試驗(yàn)中都是非常糟糕的：舉例來說，在熱噴涂層下的蠕變 甚至在附加了密封方法的情況下也無法可靠地防止。
[0015] 制動襯片和制動盤之間的磨損引發(fā)了顆粒 即細(xì)粉塵 排放。然而，除了細(xì) 粉塵的問題，生銹的制動盤結(jié)合昂貴的鋁輪圈的視覺效果也是明顯的。已知接近70%的細(xì) 粉塵顆粒來自灰鑄鐵盤材料。當(dāng)這些也來自于制動片的磨損粒子與鋁輪圈接觸時具有高達(dá) 700°C的非常高的溫度。在這種情況下，它們可以很容易地?zé)g進(jìn)入到鋁表面上的透明涂層 中并且移除灰黑色的沉積物甚至在清洗安裝并施加非常大的努力的情況下都是非常困難 的。當(dāng)制動襯片在長期的靜止后被銹蝕時，嘯叫或摩擦也被認(rèn)為是令人困擾的。
[0016] 通過在制動盤的下游的真空清潔器捕獲所形成的細(xì)粉塵顆粒并將它們收集在過 濾部件一一例如紙過濾器一一中是可行的。同時這可以防止或最小化環(huán)境污染或弄臟鋁輪 圈，但它并未解決磨損和腐蝕這樣的基本問題。
[0017] 電沉積涂層以及熱噴涂層都不適于結(jié)合了充分的耐磨損性和優(yōu)化的摩擦系數(shù)以 及長期耐腐蝕性的摩擦襯片的制造。由于這些現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)，因此存在著對適當(dāng)涂層的 需求，該適當(dāng)涂層不僅滿足具有最低生產(chǎn)成本的部件的可靠功能的需求而且同時還可以被 整合到制造鋁制動盤的制造環(huán)節(jié)中。
[0018] 按照上述的問題，作為批量生廣的廣品，對于制動盤 特別是錯制動盤 的 簡單并可持續(xù)的生產(chǎn)中依然存在改進(jìn)的空間。
[0019] 在這個背景下，本發(fā)明解決的問題在于提供了制造用于車輛的制動盤的方法，其 允許低成本及可持續(xù)的大量制造。目的更進(jìn)一步在于陳述一種車輛制動盤，除了生產(chǎn)上是 便宜的，而且其特別地具有改進(jìn)的抗腐蝕的作用以及延長的使用壽命。
[0020] 對于與方法相關(guān)的部分問題的解決方案在權(quán)利要求1的對策中被陳述。與產(chǎn)品相 關(guān)的部分問題通過具有權(quán)利要求11的特征的制動盤被解決。各自的從屬權(quán)利要求進(jìn)一步公 開了本發(fā)明的特別有利的配置。
[0021] 應(yīng)當(dāng)注意的是，在以下說明書中單獨(dú)列出的特征的對策可以以任意期望的、技術(shù) 上有利的方式結(jié)合并公開了本發(fā)明的進(jìn)一步的配置。說明書特別地結(jié)合附圖附加地描述了 本發(fā)明的特征并對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明。
[0022] 本發(fā)明提出了以下制造用于車輛的制動盤的方法，其中保護(hù)層被設(shè)置在制動盤的 基底部件上的至少某些部分。基底部件以鋁或鋁合金形成。按照本發(fā)明，該方法至少包含以 下步驟：
[0023] 至少預(yù)加工坯件形式的基底部件的摩擦表面；
[0024] 至少在基底部件的摩擦表面上施加作為抗腐蝕和/或抗磨損層的搪瓷涂層，以及
[0025] 后處理至少某些部分具有涂層的基底部件，其中搪瓷涂層冶金地結(jié)合到基底部件 的基底材料上。
[0026] 按照本發(fā)明的搪瓷涂層優(yōu)選為熔融的混合物。在涂覆搪瓷的溫度上，玻璃成形氧 化物融化在一起以形成玻璃熔體。玻璃成形氧化物在此處可以為Si0 2、B203、Na20、K20&& Al2〇3?；滋麓砂鹕啊㈤L石、石英和氟化物，余量為碳酸鈉和硝酸鈉。Ti、Zr以及Mo的氧 化物可以作為遮光劑。
[0027] 優(yōu)選的搪瓷涂層包含以重量份比例示出的以下示例組分：
[0028]
[0029]
[0030] 為了獲得更高的機(jī)械強(qiáng)度，特定比例的堿土金屬鋁酸鹽被添加到搪瓷涂層中。堿 土金屬鋁酸鹽的比例相比以重量計(jì)的陶瓷熔塊的量處于3%到35%之間。摩爾比的稀土還 可以被添加到堿土金屬鋁酸鹽中以進(jìn)一步增加強(qiáng)度。堿土金屬鋁酸鹽優(yōu)選以硅酸鹽水泥 (堿土金屬硅鋁酸鹽）的形式被添加。重要的是選擇非常細(xì)的研磨度以便獲得高強(qiáng)度。與水 (H 20)結(jié)合的情況下，水化硅酸鈣形成細(xì)小的針狀結(jié)晶，其彼此間連鎖并因此導(dǎo)致高強(qiáng)度。 [0031]在優(yōu)選的發(fā)展中，所陳述的物質(zhì)是細(xì)粉狀且熔融的。該熔融物被淬火，即優(yōu)選地引 入到水中，其中合成的顆粒狀玻璃熔塊(陶瓷熔塊)在接下來的步驟中被再次細(xì)磨。在研磨 過程中，舉例來說30%到40%的水與黏土和硅砂粉被一起添加。根據(jù)搪瓷的類型，以上提到 的遮光劑和著色的氧化物也被添加。
[0032] 以此方式，搪瓷釉漿形成，其應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地靜置一段時間，優(yōu)選地是幾天，以在搪瓷 釉漿被進(jìn)一步使用之前改善其混合情況。舉例來說在浸漬涂覆之后，使用適當(dāng)?shù)母∵x劑確 保獲得均勻的層厚度，其中進(jìn)一步的細(xì)節(jié)在以下與可行的浸漬涂覆相關(guān)地被提供。
[0033] 如以上提到的，設(shè)置用于制動盤一一即用于基底部件一一的基底材料為鋁或鋁合 金。
[0034] 舉例來說，對于不通風(fēng)制動盤來說，制動盤--即其中的基底郃件--可以通過 對可鍛合金(舉例來說A1 6061)的深度沖壓/鍛造被制造。同樣可行的是通過鑄造法一一舉 例來說低壓鑄造或砂模鑄造或使用HPDC法(高壓鑄造)--制造制動盤。各種鑄造方法因此 也適用于制造用于隨后的表面涂覆過程以及所需要的高烘烤溫度的制動盤。然而，當(dāng)使用 HPDC法時，非常好的真空環(huán)境應(yīng)當(dāng)被使用以便在必要的烘烤操作過程中（進(jìn)一步參見下文） 防止氣泡的形成(起泡問題）。
[0035] 基底部件一一即坯件一一在此包含外圍的外部制動環(huán)，其被提供用于與制動鉗的 制動片接觸，其中制動片或制動襯片自然地夾緊制動環(huán)的兩側(cè)一一即摩擦表面。在基底部 件的中心存在開口，其被設(shè)置在基底部件的突出部。環(huán)繞該開口存在優(yōu)選地設(shè)置有延伸穿 過該突出部的五個均勻間隔的通孔。所述的通孔用于接收車輪螺母，通過該車輪螺母使制 動盤與車輪的輪轂接合在一起。該突出部一一其還可以被設(shè)計(jì)為盤凸臺一一可以與制動環(huán) 一體制造，即同樣是鑄造，或作為分離的部件被適當(dāng)?shù)剡B接到制動環(huán)。由其本身可知的，該 基底部件可以被制造為不通風(fēng)的或通風(fēng)的制動盤。在通風(fēng)的制動盤的示例中，摩擦表面被 設(shè)置在外部盤上，其中相對的外部盤通過肋部被間隔開。由其本身可知的，每個外部盤當(dāng)然 地同樣僅具有一個摩擦表面。以此方式，同樣由其本身可知的，空氣間隙在外部盤之間形 成，由此原因，在這方面沒有進(jìn)一步的細(xì)節(jié)將被陳述。
[0036]接著對坯件的至少幾個部分進(jìn)行預(yù)加工，其中按照本發(fā)明，至少未來的摩擦表面 被預(yù)加工。預(yù)加工通過機(jī)械方法的方式進(jìn)行，其中預(yù)加工優(yōu)選地通過車削方法實(shí)施，更優(yōu)選 地通過干式車削方法執(zhí)行。被涂覆的該區(qū)域一一即舉例來說摩擦表面一一優(yōu)選地被加工以 使其具有舉例來說5到15μπι的粗糙度。預(yù)加工還可以通過噴砂執(zhí)行，其中進(jìn)一步適當(dāng)?shù)念A(yù)加 工的方法不應(yīng)當(dāng)被排除。原則上，預(yù)加工因此可以通過粗車削或通過具有附加的剛玉噴砂 的車削進(jìn)行。
[0037] 一旦至少摩擦表面已經(jīng)被預(yù)加工，則搪瓷涂層可以被施加。因此這可以通過噴涂 的方式進(jìn)行，然而其中通過刷涂或浸浴的應(yīng)用也可以是有利的。在這方面，有利的是所施加 的涂層 即搪瓷釉楽· 是濕搪瓷涂層。
[0038] 在噴涂的情況下，有利的是規(guī)定搪瓷涂層被施加作為水性懸液(搪瓷釉漿）。有利 的是至少預(yù)加工的區(qū)域是非常容易進(jìn)入的，因此噴涂裝置可以接著單獨(dú)地覆蓋被涂覆的區(qū) 域。涂層可以以基底部件優(yōu)選地旋轉(zhuǎn)的方式被施加?？尚械氖鞘怪苿颖P以60到120rpm的轉(zhuǎn) 速旋轉(zhuǎn)。搪瓷涂層可以通過在舉例來說2到4 bar的壓力下霧化來噴涂。搪瓷涂層相應(yīng)地可 以在非常短的時間內(nèi)（舉例來說20秒)被施加至所期望的材料厚度，其中搪瓷釉漿的輸送速 度通過對參數(shù)的自動監(jiān)控可被控制在較窄范圍內(nèi)--舉例來說通過計(jì)算機(jī)控制噴涂機(jī)器 人的方式一一以便能夠制造在每個示例中厚度上的輕微變動的各自的搪瓷涂層。單階段的 搪瓷涂層的操作可以在按照本發(fā)明的方法中被選擇。在這方面，可行的是省去基底搪瓷和 頂部涂層搪瓷的分別施加，因此僅單階段的施加是優(yōu)選的。同樣可行的是最初應(yīng)用更薄的 釉漿層并使其干燥，其中所述的操作可以重復(fù)地執(zhí)行以便施加到所期望的層厚度。具有固 定的被涂覆的制動盤的旋轉(zhuǎn)噴涂裝置也是可行的，但并非優(yōu)選的。在這方面，僅僅摩擦表面 的區(qū)域可以被提供搪瓷涂層。不僅在非通風(fēng)的制動盤而且在通風(fēng)的制動盤的情況下都是如 此。在進(jìn)一步可能的發(fā)展中，基底部件可以以浸浴進(jìn)行涂覆，其中水溶液(搪瓷釉漿）同樣被 提供。也是在這種情況下，僅僅制動環(huán)一一即僅僅摩擦表面一一可以被涂覆?；撞考诖?沒有完全浸入到浸浴中，而是僅僅對于浸沒制動環(huán)的一些部分來說足夠地深。如此，整個的 制動環(huán)通過旋轉(zhuǎn)制動盤的方式被涂覆。通風(fēng)的制動盤特別有利地通過浸浴方式被提供以搪 瓷涂層，因此濕搪瓷涂層還可以完全地進(jìn)入到兩個外部盤之間的空隙，以使摩擦表面相對 側(cè)上的內(nèi)表面可以被涂覆，其中肋部可以當(dāng)然地同樣被涂覆。對間隙的涂覆導(dǎo)致完全的防 腐蝕保護(hù)的有利結(jié)果，憑此制動盤的使用壽命被明顯延長，其中由于在摩擦表面上設(shè)置的 搪瓷涂層，摩擦表面上所附加的防磨損保護(hù)當(dāng)然同樣地有助于使用壽命的延長。
[0039] 作為對僅對一些部分一一其中僅制動環(huán)（即摩擦表面)被涂覆一一進(jìn)行涂覆的替 代，基底部件還可以被完全地涂覆。在此情況下，因此完全地保護(hù)制動盤免受腐蝕。接著有 利地規(guī)定的是基底部件也被完全地預(yù)加工。如果可以有利地實(shí)施，則可以提供在兩個外側(cè) 盤之間的間隙中的預(yù)加工。
[0040] 搪瓷涂層可以通過噴涂裝置或浸浴方式被再次地提供。假如該制動盤要被完全地 涂覆，則該制動盤被完全地浸入到浸浴中。其旋轉(zhuǎn)并非必須的，但其是所期望的。如果搪瓷 涂層通過噴涂裝置的方式被應(yīng)用，則至少通過關(guān)于它們可以被感知的顏色來區(qū)分的搪瓷涂 層可以被施加。該突出部一一即盤凸臺一一可以舉例來說被制造為在低光下明亮反光。這 是有利的，因?yàn)橥怀霾勘旧砦聪衲Σ帘砻婺菢颖┞督o任何摩擦力。如果確定感知的色彩在 通過制動襯片的沖擊后一一即在各自摩擦表面受到磨損后一一保持不變，則摩擦表面當(dāng)然 能夠被提供具有特定可感知的顏色。
[0041] 如果制動盤的至少一些部分被涂覆，其在進(jìn)一步的步驟中被后處理。為了這個目 的有利地規(guī)定，搪瓷涂層在施加后首先被干燥，其中烘烤處理接著被提供。搪瓷涂層通過將 制動盤引入到干燥設(shè)備中被干燥，其中搪瓷涂層制動盤在大約60到80°C，也可以在大約80 至lj 120 °C，被干燥5到30分鐘的持續(xù)時間。在本方法的一個可能的發(fā)展中，干燥操作在空氣循 環(huán)烘箱中實(shí)施。為了隨后的熱處理，涂覆了搪瓷的制動盤例如在隧道爐中以大約550Γ被烘 烤一一即熔融。以這種方式，搪瓷涂層可以冶金地與基底部件的基底材料結(jié)合在一起。搪瓷 涂層與鋁表面之間的結(jié)合通過連鎖區(qū)域的形成產(chǎn)生，該連鎖區(qū)域舉例來說由鋁和搪瓷涂層 之間的反應(yīng)界限上的Al 2〇3的分解引發(fā)。Si4+在此擴(kuò)散進(jìn)入到鋁表面，并在此其還原為Si。此 外，通過在搪瓷釉漿中的堿金屬對鋁表面的堿性侵蝕也提升了粘附性。這種烘烤操作導(dǎo)致 了致密的、連續(xù)的氧化物層的形成，其對于雨水尤其對于鹽水的侵蝕具有高抗性。在這方 面，搪瓷涂層作為抗腐蝕涂層的首要功能被實(shí)現(xiàn)。
[0042] 按照本發(fā)明的搪瓷涂層由于不會經(jīng)受蠕變而不同于電沉積或噴涂涂層。如果蠕變 在保護(hù)層下發(fā)生，則鋁的氧化物相在涂層下形成，其接著導(dǎo)致了與頂部涂層的剝落相關(guān)聯(lián) 的體積的大量增加。同樣有利的是，如果由于局部的破壞(石塊的沖擊、機(jī)械劣化），搪瓷涂 層被移除直至基底材料，按照本發(fā)明的搪瓷涂層接著不會經(jīng)受進(jìn)一步的破壞。腐蝕的破壞 將接著僅在沒有搪瓷涂層的區(qū)域中出現(xiàn)，但不會進(jìn)一步延伸。按照本發(fā)明的搪瓷涂層的進(jìn) 一步的優(yōu)勢可以被認(rèn)為是所述涂層由于氧化鋁、硅酸鹽等的化學(xué)組分以及搪瓷典型的氣孔 和氣泡結(jié)構(gòu)而在重量上非常輕。
[0043]除了具有良好的抗腐蝕性，按照本發(fā)明的搪瓷涂層由于具有600到800 HV0.1的高 的層硬度而以良好的抗磨損性為特征，因此其硬度四倍于鋁基底材料。在這方面，搪瓷涂層 具有抗磨損層這樣的第二功能，其中搪瓷涂層實(shí)質(zhì)上形成了用于制動片的制動盤的摩擦配 合物，即用于其中的摩擦襯片。抗磨損性和/或抗熱裂化性可以通過使用"部分結(jié)晶搪瓷"來 進(jìn)一步增強(qiáng)，其中在玻璃基體中的結(jié)晶沉淀與常規(guī)搪瓷相比增加了抗磨損性。同樣有利的 是搪瓷的耐磨損性能可以通過包含納米級的硬質(zhì)材料被顯著地改善。這些碳化物硬質(zhì)材料 具有與非晶態(tài)的搪瓷基體相比明顯更高的抗磨損性?？鼓p性可以通過改變碳化物粒子的 尺寸進(jìn)一步被優(yōu)化。
[0044] 如上所述，鋁或鋁合金可以用作基底材料。此前或之后鋁被提到，其中鋁還應(yīng)當(dāng)被 認(rèn)為包括鋁合金。
[0045] 在烘烤步驟之后，搪瓷涂層表面可以經(jīng)受最終的處理一一即所提供的精加工處 理。優(yōu)選提供的是轉(zhuǎn)動摩擦表面以及將由于烘烤處理而產(chǎn)生的氧化物層去除。
[0046] 制動盤當(dāng)然還可以在沒有對摩擦表面區(qū)域進(jìn)行任何加工的情況下使用?？赡艿奶?動以及粗糙度可以通過使用較薄的搪瓷層被最小化以隨著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動燒結(jié)該層。同樣可行的 是通過后研磨對盤進(jìn)行后加工，其中金剛石或硬質(zhì)材料杯形砂輪可以被使用。同樣可以想 到的是通過車削執(zhí)行后機(jī)械加工，盡管由于由于高硬度帶來的脆度，但其是可行的，其中 PCD(多晶金剛石）可翻轉(zhuǎn)切削頭是優(yōu)選的。在精加工之后，至少在摩擦襯片一一即制動襯 片--的觸及區(qū)域中，搪瓷涂層可以具有Ra: 0.02到0.05μπι以及Rz :0.09到0.26μπι的粗糙度 值，其中該值當(dāng)然應(yīng)被認(rèn)為僅通過示例的方式被陳述。
[0047]有利的是施加50μπι到ΙΟΟΟμπι的層厚度的搪瓷涂層。以這樣的方式，根據(jù)搪瓷涂層 的層厚度，制造能夠具有超過240，000km的使用壽命的制動盤是可能的。
[0048]為了確保足夠的高耐磨損性，被證明有利的是以這樣的方式調(diào)節(jié)搪瓷涂層的組 分，該方式為在燒結(jié)后一一即在烘烤操作后一一得到舉例來說650 HV0.1的硬度值。此外， 這個組分不會產(chǎn)生完全熔融的具有搪瓷的典型光滑表面的玻璃狀搪瓷涂層，而代之為由高 結(jié)晶相含量導(dǎo)致的較為粗糙的表面。晶體含量可以理想地為20%，或甚至為30-50%。
[0049] 由于摩擦層的優(yōu)良的抗腐蝕性和抗磨損性，按照本發(fā)明的搪瓷涂覆法典型地適用 于鋁制動盤的制造。按照本發(fā)明的方法進(jìn)一步提供了通過常規(guī)的摩擦襯片可以使用的方式 增加特定的氧化物以在寬的限定范圍中調(diào)節(jié)摩擦系數(shù)的可能性，其中抗腐蝕性和抗磨損性 與常規(guī)的灰鑄鐵制動盤相比是明顯改進(jìn)的。
[0050] 搪瓷涂層可以附加地被著色，由此以上已經(jīng)提到的各種顏色可以被單獨(dú)地選擇， 其中一旦磨損出現(xiàn)則搪瓷涂層同樣會顯示顏色。這有利地產(chǎn)生了安全特征，其將在以下進(jìn) 行闡述。
[0051]根據(jù)本發(fā)明，搪瓷涂層可以被應(yīng)用到整個制動盤上作為抗腐蝕保護(hù)，其中搪瓷涂 層還可以僅施加在摩擦表面的區(qū)域中作為具有適當(dāng)?shù)哪Σ料禂?shù)(避免研磨噪音）的磨損襯 片，以使搪瓷涂層作為摩擦配合物用于制動襯片。搪瓷涂層還可以被施加在遠(yuǎn)離摩擦襯片 接觸表面的區(qū)域中作為熒光的、裝飾性的、容易清潔的襯片，其中搪瓷涂層可以被應(yīng)用到接 觸區(qū)域中（盤凸臺、杯型臺）以為了便于制動盤的移除（防止卡在輪轂上）。原則上，由于致密 的、連續(xù)的搪瓷涂層可以更容易地被清潔，也因?yàn)閬碜灾苿右r片的任何熱粉塵顆粒不會容 易地?zé)g進(jìn)搪瓷涂層，所以搪瓷涂層在這個區(qū)域比其他層或涂層系統(tǒng)更具優(yōu)勢。按照本發(fā) 明的方法可以包含以下步驟:預(yù)加工、通過浸浴/噴涂施加釉漿、干燥并燒結(jié)以及精加工以 獲得期望的粗糙度。該搪瓷涂層可以附加地具有隔熱功能，以便所產(chǎn)生的熱不會很快地散 失。
[0052]雖然單級涂覆方法是優(yōu)選的，但可行的是將制動盤完全地浸入到低成本的搪瓷釉 漿中，其在兩個外部盤之間具有許多連接件的通風(fēng)盤中是特別有利地，其中高質(zhì)量的、著色 的搪瓷層接著在隨后的噴涂應(yīng)用中被施加在摩擦襯片表面和杯型臺接觸表面(盤凸臺）之 間的區(qū)域中一一即制動襯片觸及區(qū)域。在這方面，可行的是在未經(jīng)受磨損的制動盤的區(qū)域 中施加搪瓷涂層，其是低成本的并且不具有很好的抗磨損性，但應(yīng)當(dāng)被調(diào)整以使其具有與 被施加在磨損區(qū)域的搪瓷涂層相同的燒結(jié)溫度范圍。由于制動襯片進(jìn)行烘烤而可能在常規(guī) 的灰鑄鐵制動盤上產(chǎn)生的研磨噪音的問題基本上可以通過搪瓷涂層避免。如果搪瓷涂層被 著色，則其可以附加地被用于指示一一舉例來說將要進(jìn)行的對制動盤必要的替換。一旦制 動表面上著色的搪瓷層在一段時間后被磨損，即舉例來說當(dāng)具有其典型外觀的基底材料可 以看到時，這將被用作指示器以指示制動盤必須很快地進(jìn)行替換。舉例來說，如果鋁的銀色 光澤穿過著色的搪瓷涂層顯現(xiàn)出來，甚至不熟練的用戶同樣可以容易地辨別制動盤應(yīng)當(dāng)被 替換。在這個方面，另一安全特征被有利地建立。
[0053]以搪瓷涂層涂覆的基底部件的邊緣優(yōu)選地具有半徑R，其比在邊緣半徑的區(qū)域中 的搪瓷涂層的層厚度大至少三倍。以這樣的方式，均勻的層厚度在邊緣區(qū)域中被確保。過于 尖銳的過度或邊緣可能導(dǎo)致該處所形成的搪瓷層過薄。
[0054] 本發(fā)明因此提供了將搪瓷涂層至少施加在制動盤的摩擦表面上并至少使用這個 搪瓷涂層作為制動襯片的摩擦配合物。如果輕金屬制動盤舉例來說是通過仿造鑄鐵的方式 涂覆，尤其相應(yīng)可行的是避免將以其他方式出現(xiàn)并燒蝕進(jìn)入到輕金屬輪緣中的熱細(xì)粉塵。 對于本發(fā)明的目的有利的是，使用搪瓷涂層作為抗腐蝕層和抗磨損層制造的合成的制動盤 具有與常規(guī)的制動盤或具有舉例來說通過熱噴涂法的方式一一舉例來說以自熔粉末合 金一一施加涂層的制動盤相比實(shí)質(zhì)較長的使用壽命。
[0055] 搪瓷涂層還可以被制造以使涂層通過熱量輸入被照亮，其中可以想到搪瓷涂層在 沒有預(yù)先暴露到光線的情況下發(fā)射光線。整個制動盤在原則上可以具有熒光的搪瓷涂層， 這導(dǎo)致用于夜間駕駛的進(jìn)一步的安全特征。這也使使用本發(fā)明的方法與現(xiàn)有方法相比制造 更薄的鋁制動盤是可行的，其中所述盤可以例如變薄1.75mm，因?yàn)橛操|(zhì)搪瓷涂層實(shí)質(zhì)上在 摩擦表面上沒有顯現(xiàn)出磨損(如果選擇特別高質(zhì)量的搪瓷涂層）。制動盤進(jìn)一步有利地被提 供一種搪瓷涂層，即重量優(yōu)化的，由于該搪瓷涂層含有比重為1.2到2. Og/cm3的輕質(zhì)氧化 物，因此搪瓷涂層與可比較的鋁層相比為重量為其幾乎一半，其中搪瓷涂層具有非常高的 抗磨損性。
[0056] 本發(fā)明進(jìn)一步有利的細(xì)節(jié)及效果在下文中以附圖中所示的各種示例性實(shí)施例為 基礎(chǔ)被更詳細(xì)地闡述。
[0057]圖1為按照本發(fā)明的制動盤的平面的概要圖；
[0058]圖2示出了圖1中的制動盤的剖視圖；
[0059] 圖3為圖2的細(xì)節(jié)圖；以及
[0060] 圖4示出了通風(fēng)制動盤的剖視圖。
[0061] 在各個附圖中相同的部件通常具有相同的附圖標(biāo)記，以使其通常僅進(jìn)行一次描 述。
[0062] 圖1為按照本發(fā)明的制動盤1的概要圖。所述的制動盤具有例如鋁（即舉例來說A1 6061)的環(huán)形基底部件2?；撞考?典型地具有外圍的外部制動環(huán)3,其目的在于與制動襯 片(未詳細(xì)示出）接觸。在基底部件2的中心存在開口 4，其被設(shè)置在基底部件2的突出部5中。 突出部5還可以指盤凸臺5。在所示的示例中圍繞開口 4設(shè)置有穿過突出部5的五個均勻間隔 的通孔6。所述的通孔6起到承接車輪螺母的作用(在此未詳細(xì)示出），通過該車輪螺母使制 動盤1可以與車輪(未不出）的輪轂(同樣未不出）接合在一起。
[0063] 圖2示出了穿過圖1所示的制動盤1的平面a-a的截面。如圖示，突出部5相對于基底 部件2的制動環(huán)3向外突出。制動環(huán)3包含兩個相互平行定向的制動表面一一即摩擦表面7、 8,也就是第一摩擦表面7和第二摩擦表面8。點(diǎn)劃線環(huán)形B在圖2上被畫出，其中環(huán)形B中的制 動環(huán)3的區(qū)域?yàn)閳D3中的部分。
[0064]圖3示出了圖2的環(huán)形B中的制動環(huán)3的細(xì)節(jié)。從制動環(huán)3的第一摩擦表面7的區(qū)域中 的制動環(huán)3的放大部分可以明顯看到搪瓷涂層10被應(yīng)用在基底部件2的表面9上的該區(qū)域 中。搪瓷涂層10在此還覆蓋外部周向表面。在這方面，整個制動盤1可以具有搪瓷涂層10。然 而，還可以想到的是僅摩擦表面7和8具有搪瓷涂層10。搪瓷涂層10具有雙重功能。搪瓷涂層 10首先提供了制動盤1的抗腐蝕保護(hù)。其次，搪瓷涂層10同時起到了作為制動盤1的摩擦層 的功能。
[0065] 邊緣14以半徑R制造，以使均勻的搪瓷層被應(yīng)用在這個區(qū)域中。半徑R在此大致是 搪瓷涂層10層厚度的3倍。較大的半徑是沒有問題的，而對于較小半徑，層厚度會不均勻地 分布在邊緣14的區(qū)域中。
[0066] 搪瓷涂層10還可以被施加在制動盤的至少一些部分中，其中僅摩擦表面7和8被提 供搪瓷涂層10。然而，如上所述，同樣可行的是向制動盤1提供完全的搪瓷涂層。該搪瓷涂層 可以通過噴涂裝置或浸浴的方式實(shí)施。
[0067] 圖4示出了制動盤1，其具有外部盤11和12,二者之間設(shè)置有肋部13,以形成通風(fēng)制 動盤1。通風(fēng)制動盤還可以僅在其摩擦表面7和8上具有搪瓷涂層10。然而，對于通風(fēng)制動盤1 有利的是以搪瓷完全涂覆。為了這個目的，通風(fēng)的制動盤1可以以浸浴設(shè)置，以同樣地使彼 此相對的外部盤11和12的內(nèi)表面以及肋部13以搪瓷涂覆。
[0068] 對于制動盤1同樣可行的是具有不同的搪瓷涂層。相應(yīng)優(yōu)選的是選擇用于摩擦表 面7和8的涂層，該涂層具有上述的具有必要的摩擦系數(shù)的雙重功能，以使制動盤1的功能可 以被維持。在遠(yuǎn)離這些需要用于減速車輛的表面處，制動盤可以具有一種搪瓷涂層，該搪瓷 涂層具有進(jìn)一步的功能一一舉例來說以信號傳遞效應(yīng)的方式一一使所述涂層在黑暗中也 是明亮發(fā)光的。完全處于本發(fā)明的目的中的還有以這樣的信號傳遞搪瓷涂層提供摩擦表 面。
[0069] 無論怎樣，制動盤應(yīng)當(dāng)在搪瓷涂層10應(yīng)用之前至少部分地預(yù)加工。有利的是對還 要被涂覆的制動盤1的區(qū)域進(jìn)行機(jī)械加工。
[0070] 一旦搪瓷涂層10已經(jīng)被施加，則干燥及烘烤處理被提供。機(jī)械后加工可以選擇性 地同樣被實(shí)施。
[0071] 附圖標(biāo)記清單
[0072] 1制動盤
[0073] 2基底部件
[0074] 3 制動環(huán)
[0075] 4 開口
[0076] 5突出部/盤凸臺
[0077] 6 通孔
[0078] 7第一制動表面/摩擦表面
[0079] 8第二制動表面/摩擦表面
[0080] 9 表面
[00811 10搪瓷涂層
[0082] 11外部盤
[0083] 12外部盤
[0084] 13 肋部
[0085] 14 邊緣
[0086] R 半徑
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制造用于車輛的制動盤（1)的方法，其中保護(hù)層被設(shè)置在所述制動盤（1)的基底 部件(2)上，所述基底部件(2)具有摩擦表面(7、8)，其中所述基底部件(2)由鋁或鋁合金構(gòu) 成并且搪瓷涂層(IO)至少被設(shè)置在所述摩擦表面(7、8)上， 所述方法至少包含以下步驟： -至少預(yù)加工坯件形式的所述基底部件(2)的所述摩擦表面(7、8); -至少在所述制動盤（1)的所述摩擦表面(7、8)上施加作為抗腐蝕和/或抗磨損層的所 述搪瓷涂層（10)，以及 -后處理至少部分被涂覆的所述基底部件(2)，其中所述搪瓷涂層（10)冶金地結(jié)合到所 述基底部件(2)的基底材料上。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述搪瓷涂層（10)為熔融混合物，該熔融混合物包含玻璃成形氧化物連同硼砂、長石、 石英、氟化物、蘇打、硝酸鈉以及遮光劑。3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中 所述搪瓷涂層(10)包含鈷、錳和/或鎳的氧化物。4. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中 作為抗腐蝕和抗磨損層的所述搪瓷涂層（10)具有硬度，所述硬度為鋁或鋁合金制的所 述基底部件(2)的數(shù)倍。5. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中 對至少部分所述制動盤（1)的預(yù)加工通過車削法的方式實(shí)施，優(yōu)選地通過干式車削法 實(shí)施。6. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中 預(yù)加工區(qū)域具有Rz 5到15μπι的粗糙度。7. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中 所述搪瓷涂層(10)通過噴涂被施加。8. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中 所述搪瓷涂層(10)以浸浴的方式施加。9. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中 施加的所述搪瓷涂層(10)被干燥，其中所述制動盤(1)隨后接受烘烤處理。10. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中 施加的所述搪瓷涂層(10)接受機(jī)械后加工。11. 一種用于車輛的制動盤，其通過前述任一權(quán)利要求所述的方法制造，包含鋁或鋁合 金的基底部件(2)以及摩擦表面(7、8)，所述摩擦表面(7、8)具有至少部分地設(shè)置的保護(hù)層， 其特征在于， 搪瓷涂層（10)，所述搪瓷涂層（10)被設(shè)置作為至少所述摩擦表面(7、8)上的防腐蝕和/ 或防磨損層。12. 如權(quán)利要求11所述的制動盤，其中 所述搪瓷涂層(10)被完全地設(shè)置在所述基底部件(2)上。13. 如權(quán)利要求11或12所述的制動盤。 其中所述搪瓷涂層(10)具有50到1000 ym之間的厚度。14. 如權(quán)利要求11到13中任一項(xiàng)所述的制動盤， 其中設(shè)置有所述搪瓷涂層（10)的所述基底部件（2)的邊緣具有半徑R，所述半徑R比在 所述邊緣半徑的區(qū)域中的所述搪瓷涂層(10)的所述層厚度大至少3倍。15. 如權(quán)利要求11到14中任一項(xiàng)所述的制動盤，其中 至少處于所述摩擦表面上的所述搪瓷涂層包含以重量比計(jì)的以下組分： SiO2 5-50%； BaO 2-20%； B2O3 0.5-10%； Li2O 0.5-15% ； K2O 5-30% ； Na2O 5-44% ； Sb2O3 0.5-25%;以及 TiO2 2-40%。16. -種將搪瓷涂層（10)作為至少制動盤（1)的摩擦表面(7、8)上的防腐蝕和/或防磨 損層的用法，所述制動盤(1)通過前述權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法制造。
【文檔編號】F16D65/12GK105960544SQ201580007291
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2015年1月29日
【發(fā)明人】邁克·布羅達(dá), 克萊門斯·瑪麗亞·瓦普特, 伊萬·布魯根, 托馬什·帕維爾·格拉比克, 安妮特·布雷特施奈德, 沃爾夫?qū)於?
【申請人】福特全球技術(shù)公司