混合轻质制动盘及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种混合轻质制动盘(10)及其制造方法。混合轻质制动盘(10)具有制动室(14)和具有至少一个圆形的外摩擦表面(18)的摩擦环(16)。在该方法中，提供(60)由包含铝锻造合金的材料构成的制动室(14)，并且通过使用激光沉积焊接工艺或3D打印工艺在制动室(14)的边缘区域(28)上构建(64)由快速凝固的铝合金(54)组成的摩擦环(16)。

【技术实现步骤摘要】
混合轻质制动盘及其制造方法
本专利技术涉及一种用于制造混合轻质制动盘的方法以及一种混合轻质制动盘。
技术介绍
传统的制动盘主要由灰铸铁(GG15、GG25)或球墨铸铁(具有球状石墨的铸铁：GGG60、GGG70)制造，并且通过车削在切削过程中加工。用铝代替重灰铸铁材料的建议是现有技术中已知的。由于铝的密度低，制动盘的重量因此可以减小约50％。然而，这种制动盘具有明显的缺点。一方面，与灰铸铁材料相比，铝合金不具有所需的耐磨性，铝铸铁合金的熔点低于650℃。然而，当进行诸如所谓的AMS(AutomotorandSport，汽车和运动)测试的制动测试时，在速度从115km/h到0km/h的反复制动操纵过程中，在灰铸铁制动盘上测得高于750℃的温度。另一方面，与灰铸铁材料相比，铝合金具有高出许多倍的热导率，并且因此可以更快地将所产生的摩擦热量散发到环境空气中。现有技术中已知的一种可能的解决方案是由于高硅含量(所谓的过共晶铝-硅合金)而使熔点升高的铝合金。同时在这种情况下增加的硅含量导致耐磨性增加。在现有技术中还描述了使用通过喷射压制熔融金属制造的铝材料，其中在通过挤出的随后制造部件的过程中，保持了改进的机械性能和热性能。(PeterKrug：“喷射压制铝合金-要求轻质概念的不寻常的材料”，锻造学报2008年9月第34至36页。)这些铝材料(例如商业上可获得的铝材料)通过喷射压制粉末冶金工艺制造，并且具有高达35％的硅含量。通过在粉末冶金工艺中添加碳化硅，可以进一步提高耐磨性。已经使用具有由碳化硅组成的增强颗粒的铝制成的制动盘作为铸铝制动盘。然而，这些盘在市场上还没有能够在铸造性和后加工成本高的问题上彰显作用。另一种方法——其中通过由硬质金属(例如碳化钨-钴WC-Co)组成的涂层保护传统的铝-硅制动盘不受磨损，由于使用策略上重要的碳化钨和后加工所必需的金刚石工具导致了高成本。在现有技术中还描述了混合制动盘，其中所谓的室由铝锻造合金或铝合金构成，并且制动盘的摩擦负载摩擦表面由铸造灰铸铁材料构成。CN1039395509A公开了另一种混合制动盘的示例。该专利申请描述了一种用于轨道车辆的由Al/SiC(铝/碳化硅)和Cu/SiC(铜/碳化硅)复合材料组成的摩擦副，以及用于Al/SiC-Cu/SiC摩擦副的制造方法。由碳化硅-陶瓷结构形成的复合物嵌入摩擦副的摩擦表面中。在摩擦副的另一侧沿圆周方向布置有多个散热肋。在每个散热肋的中间形成有贯穿制动盘的通风通道。碳化硅-陶瓷结构嵌入在Cu/SiC制动衬片的摩擦表面中。在Cu/SiC制动片的另一侧上设置有格栅状的散热冷却肋。用于制造Al/SiC-Cu/SiC复合材料摩擦副的方法包括以下步骤：制造由碳化硅-陶瓷结构形成的复合物，碳化硅-陶瓷结构的预处理，制动盘和制动衬片铸造模具的构造和生产，制动盘和制动衬片的低压铸造，对制动盘和制动衬片进行热处理，对制动盘和制动成片进行精密加工并存储成品。在这种情况下，Al/SiC-Cu/SiC复合材料摩擦副旨在能够：容易地制造，具有低重量和高且稳定的摩擦系数，具有良好的导热性能和长的使用寿命，并且旨在适用于现有的轨道车辆。CN104235237A中描述了一种由碳化硅(SiC)泡沫-陶瓷和铝合金构建的复合材料制成的道路车辆制动盘及一种用于制造道路车辆制动盘的方法。具有碳化硅泡沫陶瓷结构的增强铝合金制动盘的主体由增强铝合金材料(例如铝合金或纳米陶瓷颗粒或碳纳米管)制成。碳化硅泡沫陶瓷结构被铸造在制动盘的两个对称的摩擦表面上。摩擦表面上可以形成用于散热的凹槽或轴向孔。在非摩擦表面的圆周方向上铸造多个散热冷却肋。在盘主体上形成紧固孔。该制造方法包括以下步骤：制造碳化硅泡沫陶瓷结构，陶瓷结构的预加工，制动盘的铸造模具的构造和生产，制动盘的低压铸造，制动盘的热处理，制动盘的精加工和成品的储存。为了制造混合制动盘，也考虑使用例如3D和激光沉积焊接的增材制造方法。通过3D打印，可以使用塑料、合成树脂、陶瓷和金属作为材料。例如，US9,144,940B2描述了一种使用基于电子照相术的增材制造系统来打印三维部件和支撑结构的方法。该方法包括使用第一电子照相机从包含第一和第二共聚物的可溶性辅助材料形成支撑结构的背衬层，并将形成的背衬层从第一电子照相机转移到转移介质上。此外，CN104404508A描述了一种用铝合金制造结构部件的基于激光的增材制造方法。基于激光的增材制造方法的特征在于在工作台上放置自主氩气保护装置，在自主氩气保护装置内放置由铝合金构成的基材，预先注入超纯氩气，其中空腔中氧含量低于70μl/l，并且使用定制的粉末进料装置，从而通过使用激光束在熔池中供给按照规定的质量比均匀混合的铝、铁基合金、稀土材料La2O3和其他超细金属粉，以便由此形成与基材进行冶金结合的激光束涂层。数控工作程序然后对所有层一层一层地进行激光束涂覆，直到最终制成三维金属部件。以这种方式，可以制造具有快速凝固结构和复杂几何形状的高性能、完全紧凑的铝合金结构部件。根据说明书，基于激光的增材制造方法具有制造成本低、制造时间短、材料用量高和性能稳定并且能够快速制造复杂的组分、显着提高铝合金结构部件的强度性能、以及减少在合金中的结构缺陷(例如气孔、裂纹、残余应力等)的特点。韩国专利KR101587411B1描述了用于3D-金属打印机的热处理装置以及与此相关的用于结构的热处理的方法。热处理装置包括3D-金属打印机、用于控制3D-金属打印机的操作的主控制部件和热处理单元，该3D-金属打印机通过利用激光熔化金属粉末来堆叠和处理结构。热处理单元在堆叠期间对各层进行热处理。热处理装置因此通过对平坦的层进行热处理，对结构及其内部进行热处理，这是在用3D-金属印刷机进行结构的堆叠和处理期间所必需的。在EP0833698B1中描述了一种制造陶瓷-金属结构的方法，其中特别提供了一种用于在不能被材料润湿的固体基质上制造由非润湿的可液化材料(例如液化金属如铝、铜、镁等)构成的结构的解决方案。在一个实施例中描述了用于制造例如可用于轻质机动车辆制动器的陶瓷-金属带的方法。该方法包括以下步骤：-在形成的固体模具上沉积一层不可湿润的陶瓷粉末，-在非湿润的陶瓷粉末层上沉积一层可湿润的粉剂，-使金属与可湿润的粉末层接触，-将金属加热到金属在可湿润粉末层的颗粒之间发挥毛细管作用并与不可湿润的陶瓷粉末层接触以形成金属渗透结构的温度；以及-冷却金属渗透结构以便凝固金属并在实心模具上形成陶瓷金属带。根据现有技术的特征，混合制动盘领域在温度载荷能力、耐磨性、低制造复杂性和设计自由度方面提供了更多的改进空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有足够的温度载荷能力和足够的耐磨性的制动盘及其制造方法，该方法不需要后续的热喷涂层。根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1的特征的一种用于制造混合轻质制动盘的方法来实现，其中该混合轻质制动盘具有制动室和摩擦环。该目的还通过根据权利要求8的一种具有制动室和具有至少一个环形外摩擦表面的摩擦环的混合轻质制动盘来实现。分别从属的从属权利要求进一步公开了本专利技术的特别有利的实施例。参考在下面的说明书中单独引用的特征和措施可以以任何技术上可行的方式相互组合并且展示本专利技术的进一步的实施例。该说明书特别结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造混合轻质制动盘(10)的方法，至少包括以下步骤：‑提供(60)由包含快速铝锻造合金的材料组成的制动室(14)，和‑通过使用诸如激光沉积焊接工艺或3D打印工艺的增材制造，在所述制动室(14)的边缘区域(28)上由快速凝固的铝合金构建(64)摩擦环(16)。

【技术特征摘要】
2017.01.20 DE 102017200945.41.一种用于制造混合轻质制动盘(10)的方法，至少包括以下步骤：-提供(60)由包含快速铝锻造合金的材料组成的制动室(14)，和-通过使用诸如激光沉积焊接工艺或3D打印工艺的增材制造，在所述制动室(14)的边缘区域(28)上由快速凝固的铝合金构建(64)摩擦环(16)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：构建(64)摩擦环(16)的步骤包括从粉末形式沉积所述快速凝固的铝合金。3.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其特征在于：构建(64)摩擦环(16)的步骤包括在与垂直方向形成不同于零的角度的方向(40)上定向沉积所述快速凝固的铝合金。4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下附加步骤：-在所述摩擦环(16)的构建期间强制冷却(62)所述制动室(14)。5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：所述快速凝固的铝合金(54)包含添加的碳化硅。6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：使用以所述快速凝固的铝合金为特...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·赞德伯尔根，迈克·布罗达，拉斐尔·科赫，克莱门斯·玛丽亚·瓦普特，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US