摩擦制动体、摩擦制动器及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机动车的摩擦制动器的摩擦制动体、特别是制动盘，其中摩擦制动体具有基体，所述基体具有在基体的至少一个摩擦接触区域上的至少一个耐磨保护层，其中耐磨保护层在其背对基体的一侧上形成摩擦接触面。
2.此外，本发明涉及一种用于机动车的摩擦制动器，具有如上所述形成的至少一个摩擦制动体，具有至少一个配属于摩擦制动体的并可移动地布置的制动块。
3.此外，本发明涉及用于制造上述摩擦制动体的方法。


背景技术：

4.用于机动车的摩擦制动体、特别是用于摩擦制动器的制动盘已经从现有技术中已知。当按规定使用时，摩擦制动体、特别是制动盘与机动车的车轮抗扭地连接并与可移动的制动块对置地布置。如果制动块压在摩擦制动体上时，因此摩擦制动体与制动块之间产生摩擦（通过摩擦降低车轮的速度），从而使车轮制动。为了减少所出现的摩擦中的磨损，此外已知至少在基体的与制动块共同作用的摩擦接触区域中施加耐磨保护层。耐磨保护层减少了制动过程期间的磨损并且由此延长了摩擦制动体本身以及整个摩擦制动器的使用寿命。
5.从公开文献ep 3 034 902 a1中已经知道一种涂覆的制动盘，其中借助于激光堆焊制造具有嵌入的陶瓷颗粒的耐磨保护层。


技术实现要素：

6.本发明的公开，根据本发明的具有权利要求1的特征的摩擦制动体具有有利地增加摩擦制动体的抗裂性的优点。根据本发明，这是通过逐级或连续地增加从基体开始到摩擦接触面的耐磨保护层的硬度来实现的。由此，涂层的抗裂性从摩擦接触面向基体增强，由此避免裂纹向基体扩展。由此产生一种摩擦制动体，该制动体一方面在摩擦接触面上具有特别高的硬度并且由此具有耐磨性并且同时具有足够的延展性和抗裂性，以防止摩擦接触面上产生的裂纹扩展到基体。由此摩擦制动体也能够承受热机械应力，例如在全制动时可能出现的应力，而不会在基体中形成裂纹或将裂纹扩展到基体，由此整体提高机械强度和坚固性，包括在耐腐蚀性方面。因此，在出现裂纹的情况下，裂纹扩大在根据本发明的摩擦制动体上优选地沿着硬质材料发生，因为硬质材料作为夹杂物降低了耐磨保护层的断裂韧性，所以根据本发明在摩擦接触面的区域但是比在基体的区域更强地发生。
7.根据本发明的优选扩展方案，耐磨保护层具有从基体开始到摩擦接触面增加的碳化物形成元素和碳的份额。由此，实现了耐磨保护层的硬度朝摩擦接触面方向上的增加，如上所述。特别是在激光堆焊中，碳化物形成元素被引入到耐磨保护层中。优选地，耐磨保护层具有铁基合金，在其中碳化物形成元素被吸收并在必要时被熔化。
8.优选地钒、铌、钛和/或铬作为碳化物形成元素存在。在凝固中，通过碳化物形成元素与基础合金的碳原子反应，在耐磨保护层中精细分布地形成金属碳化物，这增加了层硬度并且由此增加了耐磨保护层的耐磨性。
9.此外优选地规定，从基体开始到摩擦接触面的耐磨保护层中的碳含量线性或递减地增加。线性增加对耐磨保护层的抗裂性有特别积极的影响。碳浓度递减增加的特征在于，从基底开始，碳浓度梯度朝涂层表面的方向减少。递减增加结合了增加的抗裂性和在制动中尽可能长时间地维持耐磨保护层的摩擦系数。
10.特别优选的是多层、特别是三层地构造耐磨保护层，其中硬度随着层的增加而增加。因此，在这种情况下，确保了从基体开始到摩擦接触面的耐磨保护层的硬度的逐级增加或逐级的硬度走势。所述耐磨保护层原则上可以具有至少两层、优选地是三层或者三层以上，它们一起在所述基体上形成所述耐磨保护层，其中所述层与所述基体平行地逐层叠加。
11.特别优选地，布置在基体上的第一层耐磨保护层的碳含量小于0.2重量百分比、特别是小于0.1重量百分比。因此，第一层主要用作延性缓冲层，不含或仅含低碳化物份额和低碳含量。
12.在第一层上优选地布置第二层，其碳含量高于第一层中的碳含量，其中碳含量在0.2 重量百分比和1.5 重量百分比之间，特别是在0.1 重量百分比和1.0 重量百分比之间。在此第二层表示到第三层的过渡区域，第三层位于第二层的背对第一层的一侧。通过过渡层的引入不仅改善了第一层和第三层之间的附着，而且降低了制动时耐磨保护层的层系统中的热机械应力。
13.优选地，如上所述，位于或布置在第二层背对第一层的一侧的第三层具有所述层的最高碳含量、特别是大于1.0重量百分比的碳含量。因此，第三层作为具有最高层硬度和耐磨性的实际耐磨保护层。
14.优选地，这样选择碳含量和碳化物形成元素的比例，使得碳原子完全或几乎完全结合在碳化物中。碳化物形成的金属原子的含量优选地与涂层中的碳含量类似地形成，因为为了形成金属碳化物除了碳也需要碳化物形成的金属原子、如钒、钛、铌或铬。
15.此外优选地规定，存在的碳化物形成元素比铬具有更高的碳亲和力。由此确保了在有利于提高耐磨保护层的耐腐蚀性的铬的可选的附加合金化的情况下，铬不用作碳化物形成剂并且由此可用于耐磨保护层5的腐蚀防护。
16.根据本发明的具有权利要求11的特征的摩擦制动器的特征在于所述摩擦制动器体的根据本发明的构造。由此产生了前面提到的好处。
17.根据本发明的具有权利要求12的特征的方法的特征在于，所述耐磨保护层的制造具有从基体开始到摩擦接触面逐级或连续增加的硬度。为此，从基体开始到摩擦接触面的碳化物形成元素和碳的份额特别地增加。在此特别是，使用钒、钛、铌和/或铬作为碳化物形成元素，其中碳含量优选地从基质开始到摩擦接触面线性或递减地增加。尤其耐磨保护层多层、特别是三层地制造，其硬度随着层的增加而增加。
附图说明
18.其它优点和优选特征和特征组合特别地从前面的描述以及权利要求中得出。在下文中，本发明将根据附图进行更详细地阐述。
19.图1在透视图中示出了有利的摩擦制动体，以及图2示出了摩擦制动体的示意性剖面图，以阐述摩擦制动体的有利的结构以及有利的制造方法。
具体实施方式
20.图1在简化的透视图中示出了机动车的此处未更详细地示出的摩擦制动器2的构造为制动盘1的摩擦制动体。制动盘1圆形地构造并且用于与摩擦制动器的可移动的制动块共同作用，摩擦制动器的可移动的制动块可压在制动盘1的端侧中的至少一个端侧上。可选地存在的制动盘槽在图1中未示出。
21.制动盘1具有圆形地构造且在其端侧上分别具有由基体3上的耐磨保护层5形成的摩擦接触面4的基体3。基体3优选由灰铸铁制成并且耐磨保护层5至少在基体3的相应端侧的摩擦接触区域上延伸。例如，在基体3上通过激光堆焊工艺制造耐磨保护层。
22.在此，耐磨保护层5的特征在于，它具有从基体3到自由的摩擦接触面4的增加硬度。特别地，耐磨保护层在轴向上或从基体3开始到摩擦接触面4的方向上具有逐级或连续的硬度走势。根据图1的实施例，耐磨保护层5多层地，即双层地构造，因此耐磨保护层5由两层5_1和5_2形成，其中外部层5_1比位于层5_1和基体3之间的层5_2具有更高的硬度。尤其两个层5_1、5_2的不同硬度是由碳化物形成元素和碳的不同份额确保的。通过从基体3开始到摩擦接触面4处的层表面增加耐磨保护层的硬度，得到了改进的制动盘1的抗裂性。特别地，通过有利的构造确保了避免裂纹扩展到基体3中。这是通过碳和碳化物形成元素、例如钒、钛、铌或铬在耐磨保护层5内的分级分布来实现的。在凝固中，由于碳化物形成元素与碳原子的反应，在耐磨保护层5中精细分布地形成金属碳化物，这增加了相应层5_1、5_2的层硬度并且由此增加了耐磨保护层5的耐磨性。碳和碳化物形成元素的含量在此朝摩擦接触面4的方向增加，其中，其根据图1的本实施例，从层5_2到层5_1呈阶梯状增加。根据替代实施方式，耐磨保护层5的硬度或碳和碳化物形成元素的含量从基体3开始到摩擦接触面4连续增加。
23.特别地，耐磨保护层5具有铁基合金，其碳含量在耐磨保护层5内从基体开始到摩擦接触面4趋于增加。例如，这是通过改变涂层材料来实现的。碳含量在此优选地至少基本上线性或递减地增加，其中线性增加改善了抗裂性，并且递减的增加确保了摩擦接触面4上的摩擦系数尽可能长地维持。
24.图2示出了制动盘1的另一个实施例，其中图2示出了制动盘1的切口的纵向剖面图。与前一实施例不同的是，耐磨保护层5现在构造为三层，其中第三层5_3存在于基体3和先前的层5_2之间。碳含量因层而异，以确朝保沿摩擦接触面4的方向逐级增加。
25.基体3上的第一层5_3在此主要用作不含或仅含少量碳化物份额的延性缓冲层并且因此仅具有优选小于0.1重量百分比的低碳含量。
26.第二层5_2表示到外层5_1的过渡区域，外层形成摩擦接触面4。通过层5_2不仅提高了层5_1和层5_3之间的附着，而且在用制动盘1制动时降低了层系统中的热机械应力。对此层5_2比第一层5_3具有更高的碳含量，优选在0.1重量百分比和1.0 重量百分比之间。
27.第三层5_1起实际耐磨保护层的作用并且因此形成摩擦接触面4。第三层5_1的特征在于碳含量最高并且由此层硬度最高。因此，层5_1的碳含量优选地高于1.0 重量百分比。
28.因为除了碳，碳化物形成元素、例如钒、钛、铌或铬也用于金属碳化物的形成，所以如上所述，碳化物形成元素的含量优选地类似于碳含量在层5_1至5_3中分布或变化。优选地，这样选择碳含量与碳化物形成的金属原子的比例，使得碳化物中的碳原子在相应的层
5_1至5_3中完全结合。此外，优选的是合金化的碳化物形成的金属原子比铬具有更高的碳亲和力。由此实现了在有利于提高耐磨保护层的耐腐蚀性的铬的附加合金化的情况下，铬不用作碳化物形成剂并且由此可用于耐磨保护层5的腐蚀防护。