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技術 ブレーキディスクおよびブレーキディスクの製造方法

出願人 ローベルトボツシユゲゼルシヤフトミツトベシユレンクテルハフツング
発明者 ハーゲンクッカートイリヤポタペンコトーマスプファイファーカンジャンウー
出願日 2018年7月12日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2020-503995
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-528530
状態 未査定
技術分野 ブレーキ装置 溶射または鋳込みによる被覆
主要キーワード 摩擦ブレーキパッド 円環状ディスク 摩耗保護層 ニッケル中間層 ブレーキリング 炭化金属 摩擦リング 金属中間層
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年9月24日)のものです。
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図面 (4)

課題・解決手段

本発明は、基体からなる少なくとも1つの摩擦面を備えたブレーキディスクから出発する。その際、基体は、ねずみ鋳鉄から製造されていてもよい。摩擦面の少なくとも一部に、少なくとも1つのコーティング施与されている。本発明の本質は、コーティングが、少なくとも炭化タングステンクロム(W、Cr)2CおよびニッケルクロムNiCrを含有することにある。本発明の特に有利な態様では、コーティングが、さらに炭化タングステンWCを含有することが提供されている。さらに、本発明は、本発明によるブレーキディスクの製造に関する。本発明によるコーティングは、800℃までの高温でも、優れた耐酸化性および良好な耐摩耗性を有する。

概要

背景

概要

本発明は、基体からなる少なくとも1つの摩擦面を備えたブレーキディスクから出発する。その際、基体は、ねずみ鋳鉄から製造されていてもよい。摩擦面の少なくとも一部に、少なくとも1つのコーティング施与されている。本発明の本質は、コーティングが、少なくとも炭化タングステンクロム(W、Cr)2CおよびニッケルクロムNiCrを含有することにある。本発明の特に有利な態様では、コーティングが、さらに炭化タングステンWCを含有することが提供されている。さらに、本発明は、本発明によるブレーキディスクの製造に関する。本発明によるコーティングは、800℃までの高温でも、優れた耐酸化性および良好な耐摩耗性を有する。

目的

本発明の本質は、該コーティングが、少なくとも炭化タングステン−クロム(W、Cr)2CおよびニッケルクロムNiCrを含有することにある

効果

実績

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請求項1

基体(201)、とりわけねずみ鋳鉄から製造された基体(201)からなる、少なくとも1つの摩擦面(4)と、・前記摩擦面(4)の少なくとも一部に施与された少なくとも1つのコーティング(203)とを備えた、ブレーキディスク(1)において、・前記コーティング(203)が、少なくとも炭化タングステンクロム((W、Cr)2C)およびニッケルクロム(NiCr)を含有することを特徴とする、ブレーキディスク(1)。

請求項2

前記コーティング(203)が、さらに炭化タングステン(WC)を含有することを特徴とする、請求項1記載のブレーキディスク(1)。

請求項3

前記コーティング(203)において、前記炭化タングステン−クロム((W、Cr)2C)およびニッケルクロム(NiCr)から構成される母材相中に、前記炭化タングステン(WC)が実質的に均一に埋め込まれていることを特徴とする、請求項2記載のブレーキディスク(1)。

請求項4

前記コーティング(203)が、酸化物を含有する表面層を有することを特徴とする、請求項2記載のブレーキディスク(1)。

請求項5

前記表面層が、少なくとも酸化ニッケルタングステン(NiWO4)および/または酸化クロムタングステン(CrWO4)および/または酸化クロム(Cr2O3)および/または酸化タングステン(WO3)を含有することを特徴とする、請求項4記載のブレーキディスク(1)。

請求項6

請求項1記載の前記コーティングから出発する前記表面層が、ある程度のブレーキ操作後にはじめて存在することを特徴とする、請求項4および/または5記載のブレーキディスク(1)。

請求項7

前記コーティング(203)が、前記基体(201)に直接施与されており、とりわけ、前記コーティング(203)が、前記基体の改質表面に施与されていることを特徴とする、請求項1記載のブレーキディスク(1)。

請求項8

前記コーティング(203)が、少なくとも1つの中間層(202)を用いて前記基体(201)に施与されていることを特徴とする、請求項1記載のブレーキディスク(1)。

請求項9

前記中間層(202)が、ニッケル(Ni)を含有し、かつ/または前記基体(201)の表面の加工により実現されていることを特徴とする、請求項8記載のブレーキディスク(1)。

請求項10

基体(201)、とりわけねずみ鋳鉄から製造された基体(201)からなる少なくとも1つの摩擦面と、前記摩擦面の少なくとも一部に施与された少なくとも1つのコーティング(203)とを備えたブレーキディスク(1)の製造方法において、前記摩擦面の少なくとも一部を、少なくとも炭化タングステン−クロム((W、Cr)2C)およびニッケルクロム(NiCr)でコーティングする工程(804)を特徴とする、方法。

請求項11

前記コーティング(203)が、さらに炭化タングステン(WC)を含有することを特徴とする、請求項10記載の方法。

請求項12

前記コーティング(203)において、炭化タングステン−クロム((W、Cr)2C)およびニッケルクロム(NiCr)から構成される母材相中に、前記炭化タングステン(WC)が実質的に均一に埋め込まれていることを特徴とする、請求項11記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、独立請求項の特徴を有するブレーキディスクおよびブレーキディスクの製造方法に関する。

0002

ブレーキディスクは、ブレーキトルクを車両の減速時に車軸に伝達、かつブレーキ時に発生する運動エネルギーを短時間で熱の形態で蓄え(zwischenspeichern)、次に伝導放射および対流によって再び放出する役割を担っている。

0003

慣例のブレーキディスクは、耐熱性ねずみ鋳鉄から製造されることが多い。耐摩耗性のブレーキディスクは、非常に高価なオールセラミックブレーキディスクを使用するか、またはねずみ鋳鉄(GG)ディスクに向かって熱溶射法、例えばHVOF法を用いて、摩耗保護層噴射することにより製造される。そのために、高い耐摩耗性をもたらすWCベース粉末が使用されることが多い。そのようなブレーキディスクは、独国特許出願公開第102011087136号明細書に記載されている。

0004

すでに述べたように、ブレーキ時には熱が発生し、熱はブレーキディスク中に蓄えられる。極端な場合、すなわちフル走行からのブレーキ時には、温度は上昇し、最大800℃まで上昇する。したがって、鋳鉄ブレーキディスクの摩耗保護層は、800℃までの高温で十分な耐摩耗性を有さなければならない。

0005

発明の開示
本発明は、基体からなる少なくとも1つの摩擦面を備えたブレーキディスクから出発する。その際、基体は、ねずみ鋳鉄から製造されていてもよい。摩擦面の少なくとも一部に、少なくとも1つのコーティング施与されている。

0006

本発明の本質は、該コーティングが、少なくとも炭化タングステンクロム(W、Cr)2CおよびニッケルクロムNiCrを含有することにある。

0007

本発明の特に有利な態様では、該コーティングが、さらに炭化タングステンWCを含有することが提供されている。

0008

炭化タングステン−クロム(W、Cr)2Cは、クロムが異なる量で組み込まれている炭化タングステンW2Cである。したがって、この炭化混合物は、(W、Cr)2Cと呼称される。この相は、800℃までの高温でも、優れた耐酸化性および良好な耐摩耗性を有する。さらに、ニッケル高温強度および高温耐酸化性は、クロムを有する合金により、大幅に上昇する。

0009

該コーティングにおいて、有利には、炭化タングステン−クロム(W、Cr)2CおよびニッケルクロムNiCrから構成される母材相中に、炭化タングステンWCが実質的に均一に埋め込まれている。

0010

約600℃のブレーキ温度から、有利には層表面に、とりわけ少なくとも酸化ニッケルタングステンNiWO4および/または酸化クロムタングステンCrWO4および/または酸化クロムCr2O3および/または酸化タングステンWO3を含有し得る、非常に薄く、緻密な酸化物層が形成される。この酸化物層の形成により、摩耗保護層のさらなる酸化プロセスは著しく減速され、これによって、高温でのコーティングの酸化および機能性の損失が非常に効果的に回避される。

0011

本発明によるコーティングは、基体に直接施与されていてよい。この場合、コーティングが基体の加工または改質された表面に施与されていることがとりわけ提供されている。

0012

しかしながら、本発明によるコーティングは、少なくとも中間層を用いて基体に施与されていてもよく、ここで、中間層は、例えばニッケルNiを含有する金属中間層であってよい。しかしながら、中間層は、基体の表面の加工により、例えば再溶融プロセスにより実現することもできる。

0013

本発明は、基体、とりわけねずみ鋳鉄から製造された基体からなる少なくとも1つの摩擦面と、摩擦面の少なくとも一部に施与された少なくとも1つのコーティングとを備えた、ブレーキディスクの製造にも関する。

0014

本発明の本質は、摩擦面の少なくとも一部を、少なくとも炭化タングステン−クロム(W、Cr)2CおよびニッケルクロムNiCrでコーティングする工程に関する。

0015

本発明のさらなる有利な態様は、従属請求項および実施例から読み取ることができる。

図面の簡単な説明

0016

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
従来技術による穿孔およびコーティングが施されたブレーキディスクを示す図。
強度のブレーキ操作後の、本発明によりコーティングが施されたブレーキディスク断面の顕微切片を示す図。
本発明による製造方法を示す図。

0017

実施例の説明
図1に示されるブレーキディスク1は、円環状ディスク形状のブレーキリング2および該ブレーキリング2と一体化して同軸鉢形状(napffoermig)のハブ3を有する。摩擦リング2は、実際のブレーキディスクを形成する。ブレーキディスク1は、内部通気され、そのブレーキリング2は、二重壁になっている。ブレーキリング2の外側の端面は、ブレーキディスク1の円環状ディスク形状の摩擦面4を形成する。摩擦面4は、ブレーキディスク1を摩擦により制止させるため、ブレーキ時に図示されていない摩擦ブレーキパッド押し付けられるブレーキディスク1の表面である。ブレーキディスク1は穿孔されており、すなわち、ブレーキディスクは、ブレーキリング2を貫通する穴5を有する。ブレーキディスク1は、ねずみ鋳鉄または鋼合金からなる。

0018

ブレーキディスク1の摩擦面4は、耐摩耗性および耐腐食性を高める表面コーティングを備えている。表面コーティングは、例えば火炎溶射またはアーク溶射により施与されている熱粉体コーティングであってよい。摩擦面4の表面コーティングは、炭化物、とりわけ炭化金属、例えば炭化クロムまたは炭化タングステンを有することができ、これらは、母材へ、とりわけ、例えばニッケルまたはコバルトから構成される金属母材へ埋め込まれている。耐摩耗性および耐腐食性を高める摩擦面4の表面コーティングは、1つの層であっても複数の層であってもよい。

0019

既に述べたように、図示された実施形態による本発明の本質は、鋳鉄ブレーキディスクにおける、炭化タングステンWC、炭化タングステン−クロム(W、Cr)2Cおよびニッケル−クロムNiCrからなる摩耗保護層の使用である。(W、Cr)2Cは、クロムが異なる量で組み込まれている公知の炭化二タングステンW2Cである。したがって、この炭化混合物は、(W、Cr)2Cと呼称される。この相は、800℃までの高温でも、優れた耐酸化性および良好な耐摩耗性を有する。さらに、ニッケルの高温強度および耐酸化性は、クロムを有する合金により大幅に上昇する。

0020

コーティングにおいて、WCは、(W、Cr)2CおよびNiCrから構成される母材相に均一に埋め込まれている。約600℃のブレーキ温度から、層の表面では、NiWO4、CrWO4、Cr2O3またはWO3を含有し得る、非常に薄く、緻密な酸化物層が形成される。この酸化物層の形成により、摩耗保護層のさらなる酸化プロセスは著しく減速され、これによって、高温でのコーティングの酸化および機能性の損失が有意に回避される。

0021

図2は、800℃を超えるブレーキフェーディング試験(Bremsfadingtest)後の、WC−(W、Cr)2C−NiCrでコーティングされた鋳鉄ブレーキディスク断面の顕微切片を示す。

0022

符号201は鋳鉄基体(エッチングして相変態させたもの)、符号202はニッケル中間層、符号203はWC−(W、Cr)2C−NiCr層を示す。

0023

摩耗保護層203の表面に形成された酸化物層は、顕微切片の写真からは観察できないほど非常に薄い。フェーディング試験後、摩耗保護層203の表面はなお滑らかで、層厚新品の状態とほぼ同じであり、このことは、800℃を超える試験後の層がほとんど摩耗しなかったことを意味する。

0024

WC−(W、Cr)2C−NiCrでコーティングされた鋳鉄ブレーキディスクの一実施形態は、鋳鉄基体へ高速フレーム溶射HVOF)を用いて摩耗保護層を直接コーティングすることである。鋳鉄基体への良好な層密着性を確保するために、鋳鉄基体の表面を、HVOFコーティング前に、例えばサンドブラストにより粗面化することができる。

0025

更なる実施形態は、摩耗保護層のHVOFコーティングの前に金属中間層を接着促進材として鋳鉄基体へ施与することである。このために、好ましくは、ニッケルまたはニッケル基合金を、金属中間層として使用する。

0026

WC−(W、Cr)2C−NiCr摩耗保護層の好ましい組成は、以下の通りである:
・WC 30〜50質量パーセント
・(W、Cr)2C 20〜40質量パーセント、
・NiCr 10〜35質量パーセント、
・および不純物

0027

図に基づいて、本発明によるブレーキディスクの製造方法を説明する。

0028

(任意の)工程801では、この実施形態でねずみ鋳鉄として構成される基体を提供する。引き続き、工程802では、上述のように基体の摩擦面を加工する。

0029

(任意の)工程803では、基体の摩擦面を上述した中間層で覆う。

0030

その後、工程804では、本発明によるコーティングを施与する。

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