用于制造摩擦制动体的方法与流程

1.本发明涉及一种用于制造摩擦制动体、尤其制动盘的方法和设备，该摩擦制动体具有带有摩擦接触区域的基体，其中，在摩擦接触区域上通过激光堆焊借助于指向摩擦接触区域的激光射束来制造磨损保护层，其中，磨损保护层在激光堆焊时用至少一种粉末状添加物质来产生。


背景技术：

2.用于制造上述类型的摩擦制动体的方法已经从现有技术中已知。为了降低由于在运行中的摩擦所出现的磨损而已知的是，为摩擦制动体设置磨损保护层，该磨损保护层是耐磨的并且为摩擦制动体确保了高的使用寿命。为了制造磨损保护层，激光堆焊已经被证明是有利的。在此，基体的有待涂覆的表面借助于激光射束来局部熔化并且添加粉末状添加物质。添加物质在到达熔融的表面之前被激光射束至少部分液化或完全熔化，从而在所熔化的表面与添加物质之间形成材料锁合的连接。与经热注射成型的层相比，通过激光堆焊所施加的层由于材料锁合的连接通常具有更高的层附着性和更好的抗分层性。由公开文献ep 3 034 902 a1例如已知一种规定了激光堆焊的相应的制造方法。


技术实现要素：

3.具有权利要求1的特征的按照本发明的方法具有以下优点：在组合至少两种不同的粉末状添加物质时，这些添加物质不是作为混合物而是单独地输送给激光堆焊工艺并且单独地通过激光射束来得以熔化，以便确保磨损保护层中的最佳接合。按照本发明为此规定了，同时如此添加至少两种粉末状添加物质，使得它们在激光射束中的停留持续时间不一样长。由此实现了，不同的添加物质通过激光射束不同地受到影响，以便例如确保两种添加物质完全通过激光射束熔化或有针对性地不同程度地熔化。
4.优选添加物质中的每种添加物质分别通过至少一个喷嘴如此吹到基体上，使得其在到达基体之前进入激光射束中。通过将添加物质分别通过喷嘴吹到基体上，能够实现添加物质射束的有针对性的定向，该添加物质射束能够以成本有利的方式和方法实现激光射束的有针对性的到达和使用。
5.特别优选将至少两种添加物质以相对于激光射束的不同的角度吹入到激光射束中。通过不同的吹入角度实现了，添加物质在激光射束中停留不同的时间长度，直到它们到达基体。如果相对于激光射束的角度例如选择得较大，则与小的角度相比停留持续时间较短。由此，根据所设定的角度能够以简单的方式和方法使激光射束中的停留持续时间与相应的添加物质最佳地相适配。
6.优选以距激光射束相同或不同的径向间距在相对于激光射束相同或不同的轴向高度上吹入至少两种添加物质。通过喷嘴距激光射束的径向或者说侧向间距以及距基体的轴向间距（该轴向间距对应于激光射束的轴向高度或者说对应于沿激光射束的定向的间距），也能够以有利的方式对相应的添加物质在激光射束中的停留持续时间进行适配。
7.此外优选规定，如此选择角度，使得相应的添加物质通过激光射束熔化、尤其尽可能完全地或尽可能不完全地熔化。通过完全的熔化，尤其确保了相应的添加物质与基体的所熔化的区域、尤其与基体上的所熔化的铁基合金的有利的材料锁合的连接。由于不完全的熔化，能够避免相应添加物质的不期望的过高的熔化程度或者说离解。
8.此外优选规定，将相应的添加物质从至少两个喷嘴以两个物质射束吹入到激光射束中，从而使得相应的添加物质的物质射束在激光射束中汇合。通过从两侧吹入实现了，在激光射束中汇合的物质射束有利地相互混合并且/或者均匀地分布在基体的所熔化的表面中。因此，通过从两侧侧向射入添加物质产生了尤其在激光射束之内的汇合点，在该汇合点处两个物质射束汇合并且彼此混合。于是优选相同地选择两个物质射束的吹入角度，以便确保均匀的分布。如果物质射束由于不同的材料密度和/或体积流而不同，那么彼此不同的吹入角度则能够是有利的。
9.优选从至少两个喷嘴以相对于激光射束在直径方向上对置的方式或在激光射束的周缘上均匀地分布的方式吹入相应的添加物质的物质射束。
10.此外优选规定，至少两种添加物质的物质射束在激光射束中的汇合点中汇合。因此，在当前的激光堆焊中所使用的所有物质射束在激光射束中的一个位置中汇合并且有利地彼此混合。由于相对于激光射束的不同的入射角度或者说不同的径向间距，物质射束在此在到达汇合点之前已经在激光射束中停留不同的时间长度，并且由此被激光射束处理了不同的时间长度。
11.按照本发明的一种优选的改进方案，第一添加物质的物质射束在激光射束中的第一汇合点中汇合，并且第二添加物质的物质射束在激光射束的走向中的第二汇合点中汇合，其中，两个汇合点沿激光射束的射束方向相对于彼此间隔开。由此也进一步影响了添加物质在激光射束中的停留持续时间。第二汇合点尤其位于到达基体之前的激光射束中或替代地位于基体中，从而第二汇合点仅是假想的汇合点。
12.按照本发明的一种优选的改进方案，添加两个组类作为添加物质，即合金、尤其铁基合金以及硬质材料，其能够是最大程度上单一种类（sortenrein）的化合物，如碳化物、氮化物或硼化物。由此得到磨损保护层的在耐腐蚀性和耐磨性方面的有利特性。
13.具有权利要求11的特征的按照本发明的设备具有至少两个喷嘴，这些喷嘴用于将具有不同添加物质的材料流吹入到激光射束源的激光射束中，其中，喷嘴如此定向，使得材料流能够以不同的角度吹入到激光射束中。由此得到已经提到的优点。另外的优点和优选的特征以及特征组合尤其由前面的描述以及由权利要求得出。
附图说明
14.在下文中应借助附图来更详细地解释本发明。为此示出了：图1以简化的立体图示出了一种有利的摩擦制动体，并且图2和图3示出了用于制造摩擦制动体的设备和方法的有利的实施例。
具体实施方式
15.图1以简化的立体图示出了机动车辆的在此未详细示出的摩擦制动器2的构造为制动盘1的摩擦制动体。制动盘1圆环形地构造并且用于与摩擦制动器2的可位移的制动块
共同作用，该制动块能够挤压制动盘1的端侧中的至少一个端侧。在图1中并未示出可选地存在的制动盘固定鼓。
16.制动盘1具有基体3，该基体圆环形地构造并且在其端侧上分别具有摩擦接触表面4，该摩擦接触表面用于与摩擦制动器2的制动块共同作用。基体3优选由灰铸铁制成。摩擦接触表面4优选通过构造在基体3上的磨损保护层5形成。
17.按照本实施例，通过激光堆焊来制造磨损保护层5。为此，图2以简化的示图示出了用于执行激光堆焊方法的有利的设备6。设备6具有对用于产生激光射束9的激光射束源8进行承载的工作头7以及用于吹出不同粉末状添加物质的装置10。
18.装置10示例性地具有多个喷嘴11、12、13和14，这些喷嘴保持在工作头7处。在此，喷嘴对13和14或者说11和12围绕激光射束旋转对称地布置并且仅出于可描述的原因而示出为对。特别地，根据旋转对称性，至少三个喷嘴是有利的。在使用三个喷嘴的情况下，这些喷嘴以120
°
的角度错开地布置，在使用四个喷嘴的情况下，优选90
°
的角度错开。
19.在分配喷嘴11至14时，应该沿着激光射束9使得旋转对称性最大化。在使用2
×
3喷嘴时，喷嘴应该交替地分别错开60
°
。
20.作为离散的喷嘴（喷射器）的替代方案能够使用环形间隙喷嘴，该环形间隙喷嘴能够实现连续输送（类似于具有圆形基面的位于尖端上的金字塔的周侧面）。喷嘴11至14在此以确定的角度相对于激光射束9定向，从而离开相应的喷嘴11至14的物质射束s11至s14相对于激光射束9或者说该激光射束的中心纵轴线9`以预先确定的角度α11、α12或者说α13和α14来定向。
21.喷嘴11、12在此用于吹出第一添加物质。喷嘴13和14用于吹出第二添加物质。如图2中所示出的那样，将添加物质以预先给定的角度α11至α14吹入到激光射束9中。在此，喷嘴11和12的吹入角度彼此对应，并且不同于喷嘴13和14的同样相同的吹入角度α13和α14，（α11＝α12≠α13＝α14）。在此，喷嘴11和12在不同侧部上或者说在直径方向上彼此对置地布置在工作头7处，喷嘴13和14相对于彼此也是这样。由此，喷嘴11、12、13、14的物质射束s11、s12、s13、s14在激光射束9中在汇合点tp1中汇合。在此，喷嘴11、12沿径向比喷嘴13、14与激光射束或者说激光射束源8更远地间隔开地布置在工作头7处。由于一方面不同的吹入角度α11、α12和另一方面不同的吹入角度α13、α14而确保了，物质射束s11至s14尽管如此沿轴向与基体3间隔开地在激光射束9之内的汇合点tp1处汇合。
22.由于喷嘴11至14的有利的布置和定向而实现了，这两种添加物质在激光射束9中停留不同的时间长度。由于较小的角度α13、α14以及由于距激光射束源8的侧向间距而实现了，通过喷嘴13、14所吹出的第二添加物质比通过喷嘴11、12所吹出的第一添加物质更长时间地停留在激光射束9处。在此如此选择汇合点tp1，使得物质射束s11至s14在激光射束9之内汇合到基体3上，从而使添加物质熔化并且确保所吹入的添加物质与基体3的所熔化的区域有利地材料锁合地连接。因此，作为第一添加物质在此使用下述添加物质，该添加物质与第二添加物质相比需要在激光射束中的更短的用于熔化的停留持续时间。当例如不应熔化添加物质时，也能够相反地使用该原理。例如，在处理具有碳化铬的铁基合金时，应完全熔化铁基合金，而对于碳化铬来说表现为有利的是，熔化程度尽可能得低。对于这种情况，优选如此喷入碳化铬，使得与激光射束9的相互作用时间（停留持续时间）尽可能得短。
23.针对存在添加材料的特别高的热物理差异的情况，于是通过喷嘴11至14的吹入角
度和吹入位置来为这两种添加物质分别设定各自的汇合点。为此，图3以简化示图示出了另一种实施例，其中，相同的元件设有相同的附图标记并且就此而言参照上面的描述。在下文中应主要仅讨论差异。
24.如在前述实施例中那样，物质射束s13和s14在与基体3间隔开的之前所提到的汇合点tp1中汇合。相反，物质射束s11和s12在第二汇合点tp2中汇合，该第二汇合点沿轴向或者说沿激光射束9的射束方向与汇合点tp1间隔开。在此，汇合点tp2虽然处于激光射束9的射束方向中但是处于基体3之内。为此，吹入角度α11和α12选择得比在前述实施例中更小。由此实现了，第二添加物质比通过喷嘴11和12所吹出的第一添加物质拥有在激光射束9中的明显更长的停留持续时间。
25.按照另一种实施例，磨损保护层具有碳化铌(nbc)和不锈钢（例如铬钢或铬镍钢）。由于与不锈钢相比nbc的热稳定性更高而为nbc争取与激光的更长的相互作用时间。通过对碳化铌和不锈钢在基体3上方在激光射束9中的停留时间进行适配，确保了两种添加物质的有效的熔化直至完全熔化。碳化铌的所熔化的部分在凝固期间以作为nbc精细分布的方式沉淀在不锈钢基质中，并且因此在涂层之内产生均质的硬度分布。此外，对碳化物的剩余部分的表面进行熔化能够实现基质与硬质材料之间的材料锁合的连接，由此防止了硬质材料或碳化物在摩擦制动体受到热机械应力时可能被移除。因此按照本实施例规定，将碳化铌用作第二添加物质并且使其在激光射束9处经受较长的停留持续时间直至完全熔化。
26.按照另一种实施例，磨损保护层由碳化硅和不锈钢形成。由于碳化硅的高的导热能力而确保了从磨损保护层到基体中的有利的热传导，由此提高了摩擦制动体的热负荷能力。通过对按照图3的用于用作第一添加物质的碳化硅的汇合点tp2进行适配，降低了在激光堆焊时输送到碳化硅中的热能，由此降低了sic的离解并且最大程度上防止了在磨损保护层5中形成不期望的fe-si化合物，从而尤其防止了磨损保护层5的脆化。