专利名称：用于制造制动盘的方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于制造车辆制动盘的方法。
背景技术：
从现有技术一如在DE102004016098A1中所描述地一已知了一种车辆制动盘以及一种用于制造制动盘的方法。制动盘至少具有一基体，该基体在其外表面的区域中至少局部地带有耐磨层，该层被用作摩擦层，其中在该基体与至少一个外部耐磨层之间施加有作为附着力增强层和/或作为防腐蚀层的至少一个中间层，且所述至少一个中间层以电镀的方式被施加。DE102005008569A1中描述了一种摩擦元件及其制造方法，在该方法中，提供一摩
擦元件基体并施加一覆层。该覆层具有易熔合金并且被焊上。从DE10203507A1已知了一种车辆制动盘及其制造方法。该制动盘包括由金属材料、尤其是灰铸铁制成的基体，该基体具有至少一个摩擦面，所述摩擦面具有由大摩擦系数值的硬质材料组成的覆层。该基体沿着轴向平行于制动盘轴线的方向被车削去该覆层的层厚。该覆层例如由氧化铝、金刚石或陶瓷材料组成。DE10342743A1中描述了一种车辆制动盘及其制造方法。制动盘包括基体，该基体至少在外表面的区域中带有耐磨层，该耐磨层被用作摩擦层并具有一由用于在基体与至少一个耐磨外层之间增强附着力的材料组成的区域，其中由用于增强附着力的材料组成的该区域和耐磨外层被构造成至少一个梯度层/渐变型的层，所述梯度层的组分沿层厚方向变化。从DE10345000B3已知了一种用于制造制动部件的装置和方法，在所述用于制造制动部件的方法中，为该制动部件的环形制动面设置耐磨保护层，该耐磨保护层通过在表面侧熔化载体材料以及使覆层材料与该熔体混合而形成并且结合入所述载体材料中，其中，用于在表面侧熔化载体材料的能量输入通过光波、电弧、等离子体和/或电子束而实现，并尤其优选通过激光作为呈光波形式的辐射能作用到待熔化的表面上。
发明内容
本发明的目的是，提供一种改进的用于制造车辆制动盘的方法。按照本发明，这个目的通过具有权利要求1特征的车辆制动盘制造方法来实现。本发明的优选设计方案和改进方案在从属权利要求中给出。在用于制造车辆制动盘一该制动盘包括一由金属材料、特别是灰铸铁制成的基体，该基体具有摩擦面一的方法中，按照本发明，借助于渗碳、碳氮共渗、表面硬化、气体渗氮、氮氧共渗、气体碳氮共渗、离子渗氮、等离子氧化、渗硼、离子渗碳或离子渗硼来对所述摩擦面进行再处理。通过所述再处理，达到摩擦面的在表面附近的硬化，从而通过扩散入的原子，形成一耐磨、耐腐蚀的硬化的表面层。因此通过本发明的解决方案可以制造经济的制动盘，它具有比普通制动盘低的磨损，从而可更长时间地使用。本发明的解决方案使制动盘可具有均勻的摩擦系数值并降低在制动时出现的温度，由此可以避免所谓的制动性能衰减，亦即由于过热而造成的制动失效。此外，由于减小了制动时的振动和噪音，还可以提高舒适性。
借助于附图详细说明本发明的实施例，附图示出图1示出本发明制动盘的第一实施例的纵剖视，和图2示出本发明制动盘的第二实施例的纵剖视。
具体实施例方式在所有附图中，相互对应的部件配备有相同的附图标记。图1示出本发明制动盘BS的第一实施形式的纵剖视。制动盘BS由一由金属材料、例如灰铸铁制成的基体G形成。基体G具有摩擦面R，此摩擦面借助于渗碳、碳氮共渗、 表面硬化、气体渗氮、氮氧共渗、气体碳氮共渗、离子渗氮、等离子氧化、渗硼、离子渗碳或离子渗硼来进行再处理，使得形成硬化的表面层0。在碳氮共渗中，碳和少量的氮扩散入摩擦面R的要硬化的表面层0中，碳氮共渗在750°C至930°C的温度下进行。这时，所产生的碳氮共渗深度根据所选择的温度不同而在 0. 06mm至0. 6mm之间。在高温的温度范围内，氮的渗入量小于在低温的温度范围内的渗入量，亦即可根据所希望的性能来选择温度。在碳氮共渗后制动盘BS或摩擦面R在约150°C 至200°C的温度下淬火和回火。在表面硬化中，摩擦面R被渗碳、淬硬和回火，其中，要硬化的表面层0首先在合适的渗碳剂中被增浓碳，然后进行淬硬和回火。通过这样的方法，调整硬度和硬化层深。所述渗碳例如可以在盐浴中、在颗粒材料中、在大气炉中借助气体渗碳来进行或在低的压力下在具有等离子支持或没有等离子支持的情况下进行。因为不是要对整个制动盘BS而是仅对摩擦面R进行渗碳，因此制动盘BS的不需被渗碳的部分用耐热的防护膏覆盖。当在盐浴中渗碳时不需要这种覆盖，这是因为仅把要渗碳的摩擦面R浸入盐浴中。由此可以达到制造工艺的简化。在渗碳后摩擦面R通过淬火来硬化。这种淬火可以例如在一液态淬火介质例如水、淬火油、聚合物中、在盐熔液中或在金属熔液中进行。替代地，所述淬火也可在气态淬火介质中进行，例如在氮气、氦气中借助于气体喷射场或通过高压气体淬火工艺来进行。在淬硬后使摩擦面R回火。通过表面硬化形成在摩擦面R上的被硬化的表面层0具有比未被硬化的摩擦面R好得多的耐磨和耐腐蚀性。在发生在500°C至590°C之间的温度下的气体渗氮中，氮通过扩散进入摩擦面R的要硬化的表面层0中。因为这时实际上不出现制动盘的变形和尺寸变化，因此不需要费事的再加工、例如再次研磨。渗氮深度高达1mm。通过这种方法可以达到特别高的抗腐蚀性。 在气体渗氮中，以悬挂在一气密性的炉子内或立在装料装置上的方式对制动盘BS进行加热，在加热期间和处理时间期间，制动盘暴露在含氮气体例如氨气中。制动盘BS的不需要渗氮的区域事先用防护膏覆盖。通过气体渗氮形成的、由铁和氮的金属间化合物组成的化合层高达20 μ m厚，并在小脆性的同时具有高的硬度。在该化合层下面有一扩散区，该扩散区进入材料内部达0.8mm深。这里氮溶入已存在的铁的晶体点阵内，并与合金元素如铬、 钼、钛、铝或钒形成特种氮化物。这种特种氮化物对于高硬度和耐磨性是至关重要的。所需要的处理时间取决于所要渗氮的材料和表面层0的要达到的层厚。通过气体组分的匹配可以在摩擦面R上实现具有所希望的性能的、最佳的表面层0。渗氮的另一种方法变型是离子渗氮。在这种方法中，制动盘BS在一真空炉中在 400°C至580°C的温度下借助于电离气体渗氮，亦即使氮扩散入所要硬化的表面层0中。制动盘BS的不需硬化的部分事先用防护膏覆盖。所述气体例如氮、甲烷、氨或氢通过600V至 1000V的高电压和低的压力由不导电的气体转变成部分电离的、导电的等离子体。所需要的处理时间取决于所要渗氮的材料和表面层0的要达到的层厚。通过气体组分以及压力和温度的匹配，可在摩擦面R上实现具有希望的性能的、优化的表面层0。离子渗氮后的表面层 0的层组分与在气体渗氮时已经提到过的表面层组分相当。在气体碳氮共渗中，要硬化的表面层0被增浓氮和碳。因此形成一由化合层和扩散层组成的渗氮层。碳氮共渗在500°C和630°C之间的温度下在可释放氮和碳的气体混合物中进行。这种气体混合物例如由氨和二氧化碳组成。在渗硼中，在850°C至950°C的温度下将硼引入要硬化的表面层0中。硼能以粉末形式或膏糊形式存在。制动盘BS被放入其中。不需渗硼的表面用防护膏覆盖。渗硼层一直延伸至250μπι的深度内。该渗硼层茎杆状地向上生长并能良好地锚固在基体G的材料上，但同时也带来约25%的体积增长。由此可以实现硬化表面层0的2000HV至2100HV的维氏硬度，从而显著减小制动盘BS的磨损。渗硼的一种方法变型方案是离子渗硼，其中借助于等离子体放电这样活化含硼的气体，使得硼可以从等离子体转移到所要硬化的表面层0内。离子渗硼在Imbar至IOmbar 的压力下和400°C至1200°C的温度下进行。所需的处理时间取决于所要渗硼的材料和表面层0所要达到的层厚。作为其他方法，还可采用渗碳、氮氧共渗、等离子氧化和离子渗碳。图2示出本发明制动盘BS第二实施形式的纵剖视图。在这种实施形式中在再处理之前在摩擦面R上施加一由碳化物、陶瓷、金属陶瓷或金属组成的覆层B，从而通过再处理在覆层B上形成一硬化的表面层0。在由碳化物形成的覆层B中，为了改善覆层B的性能还可包含另外的合金元素例如镍。由碳化物组成的覆层B例如是WCCr3C2Ni,亦即覆层B的这种实施形式由含量优选占约73%重量百分比的钨碳化物、含量优选占约20%重量百分比的铬碳化物、和含量优选占约2%重量百分比的镍构成。由碳化物组成的覆层B的另一种实施形式是WCQANi，亦即覆层B的这种实施形式由优选具有约80%重量百分比含量的钨碳化物、优选具有约10%重量百分比含量的钴、 优选具有约4%重量百分比含量的铬、和优选具有约重量百分比含量的镍构成。由陶瓷组成的覆层B例如由氧化钛(TiO2)和氧化铝(Al2O3)构成，氧化铝(Al2O3) 的含量优选在60%至97%重量百分比之间，氧化钛(TiO2)的含量优选在3%至40%重量百分比之间。由金属陶瓷组成的覆层B由一种由在金属间化合物基质一例如被称为316L的优质钢一内的陶瓷组成的复合材料形成，其中陶瓷优选占70%重量百分比的含量，而金属间化合物基质优选占30%重量百分比的含量。陶瓷优选由占97%重量百分比含量的氧化铝 (Al2O3)和占3%重量百分比含量的氧化钛组成。由金属组成的覆层B例如由铬钢构成，该铬钢优选具有18%重量百分比的铬含量。覆层B的原理性结构包括一硬的基质，该基质具有填入物。通过硬的基质可达到磨损的显著减小。通过填入物可以达到防腐蚀，通过减小振动和制动噪声可改善制动盘BS 的舒适性。通过借助于渗碳、碳氮共渗、表面硬化、气体渗氮、氮氧共渗、气体碳氮共渗、离子渗氮、等离子氧化、渗硼、离子渗碳或离子渗硼进行的再处理，进一步改善了这些有利性能。通过对制动盘BS的基体G在施加覆层B之前的预处理，例如通过摩擦面R的磨削， 可实现最佳的覆层B和覆层B在基体G上的最佳附着。可优选采用高速火焰喷涂、等离子体喷涂、冷气体喷涂或电弧线喷涂作为涂覆方法。高速火焰喷涂特别适于产生由碳化物组成的覆层B。等离子体喷涂适于产生由陶瓷、金属陶瓷或金属组成的覆层B。冷气体喷涂和电弧线喷涂也适于产生由金属组成的覆层B。在高速火焰喷涂时，在使用氧气和燃料的条件下在喷枪内产生化学反应。由此形成的压力使覆层材料的喷涂颗粒以非常高的速度施加到要涂覆的摩擦面R上。覆层材料可以作为线材或以粉末形式输入喷枪。在等离子体喷涂时，通过电弧和流过电弧的等离子气体产生等离子体。在由此形成的等离子气体流中引入粉末形式的覆层材料，该覆层材料被等离子体熔化，并通过等离子气体流喷射到待涂覆的摩擦面R上。在冷气体喷涂时，粉末形式的覆层材料以非常高的速度喷射到待涂覆的摩擦面R 上。为此加热到较低温度的工艺气体通过在一拉瓦尔喷管/收敛扩散喷管中的膨胀加速到超音速，由此形成一气体射流。在这个气体射流中注入覆层材料，这时粉末状的覆层材料被加速到这样高的速度，使得与其他热喷涂法相比，所述覆层材料即使在没有预先熔化的情况下在撞击到待涂覆的摩擦面R上时也形成致密的和牢固附着的层。在电弧线喷涂时，线状的覆层材料借助于电弧而熔化。由此形成的喷涂颗粒借助于雾化气体喷射到待涂覆的摩擦面R上。此外例如还可借助于激光束、电子束或感应来施加覆层B，其中覆层材料例如以粉末形式施加到待涂覆的摩擦面R上并借助于激光束或电子束或(电磁)感应而熔化。通过改变所述涂覆方法的方法参数可以优化覆层B，从而可以实现最佳地附着在基体G上的、具有最佳性能的覆层B，亦即具有最佳噪声性能、振动性能和温度性能的、耐磨耐腐蚀的覆层B。通过借助于渗碳、碳氮共渗、表面硬化、气体渗氮、氮共氧渗、气体碳氮共渗、离子渗氮、等离子氧化、渗硼、离子渗碳或离子渗硼进行的随后的再处理，进一步改善了这些有利性能。
权利要求
1.一种用于制造用于车辆的制动盘(BQ的方法，所述制动盘包括一由金属材料一特别是灰铸铁一制成的基体(G)，所述基体具有摩擦面(R)，其特征为借助于渗碳、碳氮共渗、表面硬化、气体渗氮、氮氧共渗、气体碳氮共渗、离子渗氮、等离子氧化、渗硼、离子渗碳或离子渗硼对所述摩擦面(R)进行再处理。
2.按权利要求1所述的方法，其特征为在进行所述再处理之前，在所述摩擦面(R)上施加一由碳化物、陶瓷、金属陶瓷或金属组成的覆层(B)。
3.按权利要求2所述的方法，其特征为借助于高速火焰喷涂、等离子体喷涂、冷气体喷涂或电弧线喷涂来施加所述覆层(B)。
4.按权利要求2或3所述的方法，其特征为在包含碳化物的覆层(B)内含有镍。
5.按权利要求2至4之任一项所述的方法，其特征为所述覆层(B)包含钨碳化物、铬碳化物和镍。
6.按权利要求2至4之任一项所述的方法，其特征为所述覆层(B)包含钨碳化物、钴、铬和镍。
7.按权利要求2或3所述的方法，其特征为所述覆层(B)包含氧化铝和/或氧化钛。
8.按权利要求2或3所述的方法， 其特征为所述覆层(B)包含铬钢。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造包括一基体(G)的车辆制动盘(BS)的方法，该基体由金属材料、特别是灰铸铁制成，该基体具有摩擦面(R)。根据本发明，摩擦面(R)借助于渗碳、碳氮共渗、表面硬化、气体渗氮、氮氧共渗、气体碳氮共渗、离子渗氮、等离子氧化、渗硼、离子渗碳或离子渗硼来再处理。
文档编号F16D65/12GK102308112SQ201080006981
公开日2012年1月4日 申请日期2010年1月27日 优先权日2009年2月9日
发明者O·伦巴赫, R·迈尔 申请人:戴姆勒股份公司