(57)【要約】本発明は、有利には陸上車両に用いられる、軸方向の摩擦面を備えたブレーキディスク、特に内部通気されたブレーキディスクであって、ウェブ（４）を介して互いに結合された２つの摩擦リング（２，３）が設けられている形式のものに関する。この場合、ブレーキディスクの軸方向の摩擦面のうちの１つの摩擦面が、金属製でかつ非セラミック製の被覆体（８）を備えている。有利には、溶射被覆体がフレーム溶射被覆法、アーク溶射被覆法またはプラズマ溶射被覆法で形成される。
2004513311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有利には陸上車両に用いられる、軸方向の摩擦面を備えたブレーキディスク、特に内部通気されたブレーキディスク（１）であって、ウェブ（４）を介して互いに結合された２つの摩擦リング（２，３）が設けられている形式のものにおいて、ブレーキディスク（１）の軸方向の摩擦面のうちの少なくとも１つの摩擦面が、所定の区分にわたってまたは全面にわたって、金属製でかつ非セラミック製の被覆体（８）を備えていることを特徴とするブレーキディスク。
【請求項２】
ブレーキディスク（１）が、鋳鉄材料から成るディスク状のコア（７）を有しており、該コア（７）の軸方向の摩擦面のうちの少なくとも１つの摩擦面が、金属製の溶射被覆体（８）または爆発溶射被覆体を備えている、請求項１記載のブレーキディスク。
【請求項３】
溶射被覆体（８）がフレーム溶射被覆体、アーク溶射被覆体またはプラズマ溶射被覆体として形成されている、請求項１または２記載のブレーキディスク。
【請求項４】
溶射被覆体（８）がコアよりも固い金属から成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項５】
溶射被覆体（８）が、コア（７）よりも良好な耐酸化性および耐摩耗性を有して形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項６】
被覆体（８）が、合金されていない鋼または合金された鋼から成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項７】
被覆体（８）が、Ｃｒを含有した鋼合金から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項８】
被覆体（８）のＣｒ含量が１０〜２０％である、請求項１から７までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項９】
被覆体（８）のＣｒ含量が１３〜１９％である、請求項１から８までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１０】
被覆体（８）のＣｒ含量が１５〜１７％である、請求項１から９までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１１】
被覆体（８）のＣｒ含量が１６％である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１２】
被覆体（８）を形成する合金された鋼が以下の添加物を含有している：
−　Ｃｒ　　１６％、
−　Ｎｉ０．４４％、
−　Ｍｎ０．４３％、
−　Ｍｏ１．０１％および
−　Ｃ　０．３６％、
請求項１から１１までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１３】
コア（７）がねずみ鋳鉄から成っている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１４】
【請求項１５】
コア（７）を形成するねずみ鋳鉄が、３．７〜４．０％の炭素含量を有する高浸炭されたねずみ鋳鉄である、請求項１から１４までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１６】
コア（７）を形成するねずみ鋳鉄がＭｏおよび／またはＣｒを含有している、請求項１から１５までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１７】
コアのＭｏ含量が０．６〜０．８％であり、Ｃｒ含量が０．５％よりも少ない、請求項１から１６までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１８】
摩擦リング（２，３）が内側の周縁部および／または外側の周縁部に少なくとも１つの軸方向のつば（９）を有しており、該つば（９）の高さが有利には被覆体（８）の軸方向延在長さに相当している、請求項１から１７までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１９】
被覆体（８）が０．３〜１．５ｍｍの軸方向延在長さを有している、請求項１から１８までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２０】
被覆体（８）が０．５〜１．２ｍｍの軸方向延在長さを有している、請求項１から１９までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２１】
被覆体（８）が０．６〜０．９ｍｍの軸方向延在長さを有している、請求項１から２０までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２２】
被覆体（８）が０．７ｍｍの軸方向延在長さを有している、請求項１から２１までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２３】
ディスク厚さが３８〜４５ｍｍであり、通気通路幅が１２ｍｍである、請求項１から２２までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２４】
ディスク厚さＤ１と通気通路幅Ｄ２との間の比が、３．２≦Ｄ１／Ｄ２≦４の条件を満たしている、請求項１から２３までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２５】
コア（７）と溶射被覆体（８）との間の移行範囲で交互に互いに内外に係合した輪郭、有利には溝構造（１０）および／またはいぼ状突起構造が形成されている、請求項１から２４までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２６】
被覆体内にクロム炭化物が形成されている、請求項１から２５までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２７】
被覆体の多孔度が５％よりも少ない、請求項２６記載のブレーキディスク。
【請求項２８】
被覆体の硬度が３５０〜５００ＨＶ１である、請求項１から２７までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２９】
炭化物および酸化物が、有利には微細に分配されて、組織内に存在している、請求項１から２８までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項３０】
層構造の横断面を示すエッチングされたマイクログラフで該マイクログラフの面の少なくとも５％、有利には該面の１０〜２０％が、微細に分配された炭化物および酸化物の存在によって明るい個所として見えるように炭化物および酸化物がブレーキ被覆体内に形成されている、請求項１から２９までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項３１】
請求項１から３０までのいずれか１項記載のブレーキディスクを製造するための方法において、鋳鉄材料から成るブレーキディスクボディの少なくとも所定の区分でかつ該ブレーキディスクボディの軸方向の外面の少なくとも１つの外面に、金属製でかつ非セラミックス製の被覆体を設けることを特徴とする、ブレーキディスクを製造するための方法。
【請求項３２】
溶射被覆体をフレーム溶射被覆法、アーク溶射被覆法、プラズマ溶射被覆法または爆発溶射被覆法で被着させる、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
以下のステップ：
−粗鋳造体を切削加工により前処理し、
−ブレーキディスクから加工残分を除去し、
−有利には表面を粗面化し、かつ／または粒子噴流により酸化層を除去し、
−ブレーキディスクを被覆し、
−表面を平滑化するための面削り加工および／または精密旋削加工を行う
を実施する、請求項３１または３２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、軸方向の摩擦面を備えたブレーキディスクおよび請求項３１の上位概念部に記載の形式の、該ブレーキディスクを製造するための方法に関する。
【０００２】
このような形式のブレーキディスクは、ドイツ連邦共和国実用新案第２９８１３２３６号明細書に基づき公知である。同ドイツ連邦共和国実用新案明細書に開示されているブレーキディスクは、特に実用車において発生する高い負荷のために好適であり、そして耐摩耗性の点ですぐれていることが判っている。日常使用において、貨物自動車（トラック）の寿命が３０００００ｋｍまたはそれ以上となることは希ではない。それにもかかわらず、基本的に耐摩耗性をさらに高めることに求める要求が存在しており、しかもこの場合、ブレーキディスクの製造コストは経済的に許容し得る程度に維持されることが望まれている。
【０００３】
たしかに最近では、セラミックブレーキディスクの使用が議論されている。セラミックブレーキディスクはスポーツカーの領域では既に小規模シリーズながら搭載されている。しかし、この種のブレーキディスクの製造コストは数千ドイツマルクの範囲に達する。したがって、特に実用車の領域では、この種のブレーキディスクの使用は不経済であると思われる。むしろ、ブレーキディスクの許容し得る製造コストを維持したまま耐摩耗性自体を著しく増大させることを求める要求が存在している。
【０００４】
しかし、ブレーキディスク材料の硬度を高めることによってのみブレーキディスクの耐摩耗性を高めることは簡単に可能ではない。なぜならば、ブレーキディスクは耐摩耗性を有していることだけが望まれるではなく、別の境界条件をも満たさなければならないからである。
【０００５】
ドイツ連邦共和国実用新案第２９８１３２３６号明細書に記載の合金されたねずみ鋳鉄品を用いると、特に既に耐熱亀裂性に対する要求に応えると同時に、ブレーキディスクからの良好な熱導出、ひいては高い作業能力を達成することができる。これらの材料では、摩耗特性も組織内での二次炭化物の生成により、ねずみ鋳鉄から成る汎用のブレーキディスクに比べて改善されている。これらの要求は車両構造におけるたいていの要求のために用いられるねずみ鋳鉄材料によって十分に満たされる。それにもかかわらず、ブレーキディスクの耐摩耗性の一層著しい向上を求める要求が存在している。しかし、このような耐摩耗性向上は、合金添加物を変えることによりねずみ鋳鉄の硬度を高めることによっても簡単には達成され得ない。なぜならば、硬度が増大するにつれて、事情によってはブレーキディスクの別の特性、たとえばブレーキディスクの亀裂形成傾向またはブレーキディスクの熱伝導率が徐々に悪化してしまうからである。極端な負荷を受けた場合には、改善された構成および材料選択を有するブレーキディスクでも、許容され得ない熱亀裂形成を有する恐れがある。ねずみ鋳鉄材料から成るブレーキディスクのさらに別の残っている問題は、特定の運転条件下に生じる制動モーメントの不均一性（ブレーキジャダー）である。
【０００６】
つまり、ブレーキディスク材料は、部分的には相矛盾した材料特性を必要とするような多種多様の要求に応じなければならないわけである。
【０００７】
すなわち、ブレーキディスク材料は制動モーメントを伝達するために働く。このためには、ブレーキディスク材料が高い強度と、高い破断点延性と、高い弾性率とを有していることが望ましい。
【０００８】
制動時に発生する熱に基づき、ブレーキディスク材料はさらに高い熱導出もしくは良好な熱導出を可能にすることが望ましい。このためには、ブレーキディスク材料が高い熱伝導率と高いエミッション度（放熱度）とを有していることが望ましい。
【０００９】
さらに、高い耐熱亀裂性も要求され得る。このためには、ブレーキディスクが高い熱伝導率と、低い弾性率と、低い熱膨張率とを有していることが望ましい。
【００１０】
さらに、ディスクブレーキの摩耗が小さいことが望ましい。このためには、高い硬度と、高い靱性と、高い耐酸化性とが有利である。
【００１１】
さらに、できるだけ均一な摩擦特性を得るためには、著しい熱負荷時でも維持される材料の高い均質性ならびに不均等な摩耗による肉厚さ変動の回避が要求される。
【００１２】
さらに、車軸におけるばね支承されていない全てのマス（質量体）の場合と同様に、できるだけ低い重量およびできるだけ低い製造コストが望ましい。
【００１３】
特に３．８〜４％のＣ含量と、０．６〜０．８％のＭｏ含量と、有利には０．２〜０．３％のＣｒ含量と、有利には別の添加物、たとえばＭｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕおよび／またはＮｉとを有する、冒頭で述べた形式のブレーキディスクで使用されるねずみ鋳鉄は、比較的低い製造コストで既に良好な耐摩耗性を有している。
【００１４】
しかし、ディスク交換に比較的手間がかかることの多い実用車の領域では、特に車両の寿命中にディスク交換を実施しなくても済むようになるほどに耐摩耗性を高めることが望まれている。この場合には、十分にブレーキディスクコストも増大する恐れがあるが、ただしこの場合、コスト増大は極めて僅かであり、ディスク交換に比べればまだ経済的な利点が残る程度である。
【００１５】
本発明の課題は上記問題に鑑み、簡単に製造可能であると同時にできるだけ良好な耐摩耗性を有するようなブレーキディスク、有利にはねずみ鋳鉄ブレーキディスクを提供することである。この場合、好ましくは、ブレーキディスクのその他の特性が、冒頭で述べた公知先行技術に比べてできるだけ僅かにしか悪化されないことが望ましい。さらに、本発明によるブレーキディスクのための有利な製造方法が提供されることが望ましい。
【００１６】
この課題は本発明によれば、ブレーキディスクに関しては請求項１の対象により、方法に関しては請求項３１の対象によりそれぞれ解決される。
【００１７】
すなわち、本発明によれば、内部通気されていてもよい、有利には陸上車両（Ｌａｎｄｆａｈｒｚｅｕｇ）に用いられる、軸方向の摩擦面を備えたブレーキディスクであって、しかも軸方向の摩擦面のうちの少なくとも１つの摩擦面に、所定の区分にわたってまたは全面にわたって、金属製でかつ非セラミック製の被覆体を備えているブレーキディスクが提供される。
【００１８】
セラミック製の被覆体の代わりに金属製の被覆体が使用されるので、セラミック製の被覆体を備えたブレーキディスクに比べて被覆体の付着が簡単に最適化される。このようなブレーキディスクは特に貨物自動車のために適しているが、しかし乗用車におていも使用可能である。
【００１９】
ブレーキディスクが、鋳鉄材料から成るディスク状のコアを有しており、該コアが、軸方向の摩擦面のうちの少なくとも１つの摩擦面に金属製の溶射被覆体（Ｓｐｒｉｔｚｇｕｓｓｂｅｓｃｈｉｃｈｔｕｎｇ）または爆発溶射被覆体（Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓｂｅｓｃｈｉｃｈｔｕｎｇ）を備えていると特に有利である。
【００２０】
たしかに、ブレーキディスクの摩擦面に摩耗保護のための被覆体を被覆すること自体は知られている（欧州特許第０６７４１１４号明細書）。セラミックを主体としたこのような被覆体は好都合な摩耗特性を有しているが、しかしねずみ鋳鉄ブレーキディスクにおける基本材料に対する性質の相異や、被覆時に発生する熱衝撃負荷に基づき、付着問題が問題となる。
【００２１】
それに対して、本発明によれば、鋳鉄材料、特にねずみ鋳鉄材料から成るブレーキディスク材料と相容性を有する、ブレーキディスクの廉価な摩耗保護被覆体が簡単に提供される。この場合、意想外にも、ブレーキディスクでの使用のために最適化されたこの材料の好都合な特性を維持したまま摩耗寿命を高めて、ブレーキディスクが極めて希にしか交換されなくて済むように、つまりたとえば滅多に生じない、特に摩耗の激しい使用においてのみ摩耗限界量への到達が理由で交換されるだけで済むようにすることが可能となる。
【００２２】
被覆体はさらにブレーキディスクの熱亀裂形成の低減を可能にする。この場合、運転時に生じるブレーキディスク厚さ変動の結果として生じるブレーキジャダーの効果も回避可能となる。
【００２３】
本発明では、有利には溶射被覆法でねずみ鋳鉄から成るブレーキボディに被覆体が被着される。したがって、ブレーキボディはこの場合、一種のコアを形成する。
【００２４】
たしかに溶射被覆法は自体公知であり、たとえばピストンリングの被覆時に使用される（たとえばＫ．Ｋｉｒｎｅｒ著の「Ａｕｆｔｒａｇｅｎ　ｖｏｎ　Ｓｃｈｕｔｚｓｃｈｉｃｈｔｅｎ　ａｕｆ　ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ　Ｔｅｉｌｅ　ｍｉｔ　Ｈｉｌｆｅ　ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅｒ　Ｓｐｒｉｔｚｖｅｒｆａｈｒｅｎ」；Ｋｕｎｓｔ他著「Ｖｅｒｓｃｈｌｅｉｓｓｈｅｍｍｅｎｄｅ　Ｓｃｈｉｃｈｔｅｎ」、第４３６巻、Ｋｏｎｔａｋｔ　＆　Ｓｔｕｄｉｕｍ，Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅ，Ｅｘｐｅｒｔ出版）。しかし、ブレーキディスクの被覆の領域で金属製のブレーキディスク被覆体を製造するために溶射被覆を使用することは、これまで考えられなかった。なぜならば、金属の溶射被覆は鉄材料コアのその他の望ましい特性を悪化させてしまうと信じられていたからである。
【００２５】
しかし、ねずみ鋳鉄ブレーキディスクにおいてこのような溶射被覆を使用すると、意想外の認識が得られた。つまり、溶射被覆がブレーキディスク材料との冶金反応発生や、ブレーキディスクの高い蓄熱容量により影響を与えられた溶射層の凝固経過に基づいて、高い温度でのブレーキディスクの摩耗特性に対して予想外に有利な影響を与えるだけではなく、熱亀裂形成および制動モーメント変動をも減少させることが判った。
【００２６】
有利であることが判っているアーク溶射に対する択一的な別の製造法は、フレーム溶射、プラズマ溶射および爆発被覆である。
【００２７】
したがって、本発明によれば、ブレーキディスクの摩擦面に溶射により被着される、鋳鉄材料から成るブレーキディスクのための保護層が提供される。この場合、溶射により被着された材料は金属である。特に、溶射により被着された材料は、摩耗保護の他に酸化に対する保護や摩擦面の望ましくな冶金的な変化に対する保護が得られるように選択される。
【００２８】
溶射被覆体が、コアよりも固い金属、特に合金されていない鋼または合金された鋼から成っていると有利である。溶射被覆体はＣｒを含有する鋼合金から成っていると有利である。特に被覆体のＣｒ含量は１０〜２０％、１３〜１９％、１５〜１７％または特に有利には１６％である。
【００２９】
被覆体を形成する合金された鋼が以下の添加物を含有しているようなブレーキディスクが特に有利であることが判った：Ｃｒ１６％、Ｎｉ０．４４％、Ｍｎ０．４３％、Ｍｏ１．０１％およびＣ０．３６％。
【００３０】
さらに、コアが廉価なねずみ鋳鉄から成っていることが有利であることが判った。コアを形成するねずみ鋳鉄が、３．７〜４．０％の炭素含量を有しかつＭｏおよび／またはＣｒを含有している高浸炭されたねずみ鋳鉄であると有利である。特にコアのＭｏ含量が０．６〜０．８％であり、Ｃｒ含量が０．５％よりも少ないと有利である。
【００３１】
さらに、軸方向の被覆体厚さが０．３〜１．５ｍｍ、有利には０．５〜１．２ｍｍ、特に０．６〜０．９ｍｍであると有利であることが判った。０．７ｍｍの被覆体厚さを用いると、高いＣｒ含量を有する溶射被覆体の使用時に、しばしばブレーキディスの寿命の倍加を達成することができる。
【００３２】
本発明は、有利には３８〜４５ｍｍのディスク厚さと、１２ｍｍの通気通路幅とを有する実用車ブレーキディスクにおいて使用可能である。
【００３３】
ディスク厚さＤ１と通気通路幅Ｄとの間の比が、３．２≦Ｄ１／Ｄ２≦４の条件を満たしていると有利である。
【００３４】
コアと溶射被覆体との間の移行範囲で交互に互いに内外に係合した輪郭、有利には溝構造体および／またはいぼ状突起構造体が形成されていると有利である。
【００３５】
摩擦リングが内側の周縁部および／または外側の周縁部に少なくとも１つの軸方向のつばを有しており、該つばの高さが有利には被覆体の軸方向延在長さに相当していると有利である。
【００３６】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００３７】
図１には、ブレーキディスク１が示されている。このブレーキディスク１は２つの摩擦リング２，３を有しており、両摩擦リング２，３はウェブ４を介して互いに一体に結合されている。この場合、摩擦リング２，３とウェブ４との間には、通気通路５が形成される。一方の摩擦リング２には、ブレーキディスク１をホイールハブ（図示しない）に取り付けるためのポット状の付設部６が示されている。
【００３８】
両摩擦リング２，３ならびにウェブ４（この場合には付設部６も）は一緒になって、１つの一体のブレーキディスクボディもしくはコア７を形成している。このコア７の軸方向の両外面は、それぞれ耐摩耗性の金属製でかつ非セラミック製の溶射被覆体（Ｓｐｒｉｔｚｇｕｓｓｂｅｓｃｈｉｃｈｔｕｎｇ）８を備えている。図１に示したように、軸方向の外面全体が完全に溶射被覆体８で被覆されている。
【００３９】
すなわち、制動時には、溶射被覆体８が完全に摩耗するまでは、この溶射被覆体８だけが摩擦面として、制動時に発生する摩耗作用にさらされる。金属製の溶射被覆体８は、ねずみ鋳鉄から成るコア７よりも硬く形成されているので、ブレーキディスク１の寿命は高められる。しかし、ブレーキディスク１の主要な容積部分、つまりコア７はねずみ鋳鉄から成っているので、ねずみ鋳鉄の有利な別の特性、たとえば熱伝導率や亀裂形成傾向に関する有利な特性は維持されるか、またはそれどころか溶射被覆体８のコーティングにより改善される。
【００４０】
択一的には図２に示したように、外側の円周範囲および／または内側の円周範囲で一種の軸方向のつば９をコア７に一体成形することも考えられる。その場合、このつば９の軸方向の延在長さは溶射被覆体８の軸方向の延在長さに相当している。摩擦面の内縁部にも外縁部にも、それぞれ１つの軸方向のつば９が形成されていると、両つば９の間には溶射被覆体８を収容するための一種の凹部が形成される（図示しない）。
【００４１】
図２に示した構成では、さらに溶射被覆体８とコア７との間に平坦な境界面が形成されるのではなく、溶射被覆体８とコア７とを互いに内外に係合させる空間的な表面構造が形成されている。
【００４２】
この構造は、コア７の軸方向の外面に複数の台形の溝１０を形成し、これらの溝１０を溶射被覆体８で埋めることによって形成される。この場合、溶射被覆体８の軸方向の厚さは、この溶射被覆体８が軸方向で溝１０を超えて延在するように形成されている。これにより、軸方向で溝１０の外側には面状の被覆体範囲が形成され、この被覆体範囲はつば９の範囲を除いて、ブレーキディスク１の軸方向の外面を覆っている。
【００４３】
溶射被覆体８とコア７との間の境界範囲に、図２に例示的にのみ図示したような空間的な構造を形成することには、複数の利点がある。すなわち、溶射被覆体８全体が完全に摩耗した後にねずみ鋳鉄材料への急激な移行が行われることが回避され、ひいてはこれまでとは異なるブレーキ特性への比較的急激な移行が行われることが回避される。さらに、摩擦リング２，３に対する溶射被覆体８の付着が改善される。なぜならば、特に溶射被覆体８とコア７もしくは摩擦リング２，３との間の接触面が増大されるからである。
【００４４】
コア７と溶射被覆体８との間の移行範囲では、種々様々のジオメトリ（幾何学的形状）が実現可能である。すなわち、たとえば交互に互いに内外に係合した台形または方形の形状、あるいはたとえば摩擦リング２，３の表面に設けられた、いぼ状突起構造が実現可能である。このいぼ状突起構造は溶射被覆体８によって覆われる。
【００４５】
以下に、本発明によるブレーキディスクの製造について詳しく説明する。
【００４６】
特に本発明の枠内では、ブレーキディスクに被着される溶射被覆体を形成するためにアーク溶射法が有利であることが判った。この場合、最大４０００℃の温度が生ぜしめられるアークから、噴霧ガス、つまり最も簡単な事例では圧縮空気を用いて、ブレーキディスク１を前進させながらブレーキディスク１の表面に薄い層が被着される。たとえば、４３０ｍｍの直径および約２５ｋｇの重量のブレーキディスク１の摩擦面に、片面当たり約２５０〜４５０グラムの被覆体材料が吹付け塗布される。
【００４７】
ブレーキディスク１の高い質量と、ブレーキディスク材料の高い熱伝導率とに基づき、ブレーキディスク１への溶射滴の衝突後に、ブレーキディスク材料との短時間の冶金的な反応の後に、溶射塗布された材料の極めて迅速な凝固および冷却が行われる。その結果、溶射被覆体８における部分的に抑制された組織形成が生ぜしめられ、このような組織形成は同じ材料の標準組織に比べて著しく改善された機械的特性および摩耗特性を有している。
【００４８】
基本材料としては、鉄材料、有利にはねずみ鋳鉄材料が使用されると有利である。この場合、特に別の鋳物材料も原理的には考えられる。
【００４９】
ねずみ鋳鉄ブレーキディスクは一般に数重量％（たとえば３〜４重量％）の範囲の炭素含量を有している。特にドイツ連邦共和国実用新案第２９８１３２３６号明細書に記載のねずみ鋳鉄材料は、できるだけ高い熱伝導率を得るために、飽和限界にまで浸炭されている。この場合、３．７〜４．０重量％の炭素含量が実現される。アークから吹き出された金属滴は、ブレーキディスクへの衝突時にブレーキディスク材料の成分、特に高い含量で存在する炭素と反応し、このときに硬い金属―炭素化合物を形成する。
【００５０】
材料Ｎｒ．１．４１２２による別の有利な被覆体材料は、たとえば分析において以下の組成（重量％）を有している：
―Ｃｒ　　１６％、
―Ｎｉ０．４４％、
―Ｍｎ０．４３％、
―Ｍｏ１．０１％、
―Ｃ　０．３６％。
【００５１】
高いクロム含量はその他の合金添加物ならびに炭素と結合してクロム炭化物を形成し、このクロム炭化物によって溶射層の耐摩耗性が向上される。
【００５２】
ブレーキディスク摩擦面における熱亀裂の形成は、次のようなメカニズムにより生ぜしめられる。制動過程の間、摩擦面の最も外側の層に熱が持ち込まれ、この熱は制限された熱伝導能力に基づき、まず熱溜まりを生ぜしめ、ひいてはこの最も外側の層において極めて高い温度を生ぜしめる。
【００５３】
高い温度に基づき、この最も外側の層は膨張しようとする。しかし、このような熱による膨張は抑制される。なぜならば、ブレーキディスクの基本材料はまだ相応して加熱されていないからである。
【００５４】
摩擦面の最も外側の層は、高い圧縮応力の発生に基づき流動する。しかし、制動過程後にブレーキディスク摩擦面の冷却が生じると、摩擦面の最も外側の層で行われる収縮も同じく抑制されてしまうので、この場合にはこの最も外側の層の高い引張応力が生じ、ひいては亀裂導入が生じる。このような熱亀裂はさしあたり極めて微細に形成されているが、しかし、上で説明したような負荷が繰り返し行われることにより、亀裂成長が生じてしまう。
【００５５】
溶射層により、このような熱亀裂形成に影響が与えられ、この場合、被覆材料がねずみ鋳鉄に比べて高い強度を有することに基づき、制動中の加熱段階における材料の流れがそれほど急速に発生しなくなり、ひいては冷却段階における高い引張応力も抑制され、これにより被覆材料のより高い強度と相まって亀裂形成が回避される。
【００５６】
ブレーキディスクにおけるジャダー問題は、ブレーキディスク摩擦リングの厚さ変動により生ぜしめられる。このような厚さ変動は製造誤差または運転影響の結果として発生する。
【００５７】
運転影響の要因の１つとしては、走行中に、つまり制動されていない状態で、ブレーキライニング（パッド）が周期的にブレーキディスクに衝突することにより生ぜしめられる摩擦面のこすれ摩耗（Ａｕｓｗａｓｃｈｕｎｇｅｎ）が考えられる（コールドジャダー）。
【００５８】
この現象は、ブレーキディスクの側では、前記負荷に関するできるだけ良好な耐摩耗性によってしか回避され得ない。この高められた耐摩耗性は熱溶射層により得られるので、これによってコールドジャダー（Ｋａｌｔｒｕｂｂｅｌｎ）を防止するための手段も提供される。
【００５９】
ジャダーの第２の形態は熱作用を受けたブレーキディスク材料の組織変化により生ぜしめられる。この場合、局所的に一部では、ブレーキライニング材料との反応の結果として硬質物質成分を有する組織が形成され、このような組織は基本組織に比べて容積増大をも有しているので、このような変換された部分はブレーキディスク摩擦面から突出してしまう。これらの部分は硬質物質成分に基づき、摩擦面の変換されていない範囲に比べてそれほど著しく摩耗しないので、この部分の突出量はブレーキディスクの摩耗が増大するにつれてますます増大し、ひいてはブレーキジャダーを生ぜしめる結果となる。熱溶射層のためには比較的不活性の材料、たとえば前記クロム鋼が使用されるので、前記摩擦面変化が回避され、ひいてはホットジャダー（Ｈｅｉｓｓｒｕｂｂｅｌｎ）も回避され得る。
【００６０】
以下に、本発明によるブレーキディスクを製造するための有利な被覆プロセス、つまりアーク溶射について詳しく説明する。
【００６１】
まず、粗鋳造体（Ｒｏｈｇｕｓｓｋｏｅｒｐｅｒ）を、所望の被覆体厚さの分だけ所望の最終寸法よりも小さく設定された摩擦リング厚さ寸法にまで切削加工、たとえば精密旋削加工により前処理することが推奨される。
【００６２】
その後に、ブレーキディスクから加工残分を除去することが推奨される。この場合、機械的なクリーニングと、微細コランダムまたは比較可能な特性を有する噴射材料を用いたブラスト処理による粗面化とを行うことが推奨に値する。有利には、ブレーキディスクからの加工残分の除去後に表面の粗面化ならびに有利には粒子噴流による酸化層の除去が行われる。
【００６３】
ブレーキディスクの被覆：
有利には次のプロセスパラメータが使用される：
溶射ワイヤ：材料Ｎｒ．４１２２；直径１．６ｍｍ
溶射軌道：１６０ｍｍ／分の平行送りを有する５つの個別軌道
ワーク回転数：６０ｒ．ｐ．ｍ．
層厚さ：約０．７ｍｍ
溶射パラメータ：電流強さ３００Ａ、電圧３０Ｖ
噴霧ガス：５バールで圧縮空気８０ｑｍ／ｈ
ディスク１つ当たりのワイヤ量：約０．８ｋｇ
被覆時間：３分間。
【００６４】
アーク溶射の他に、フレーム溶射およびプラズマ溶射も、ブレーキディスクを被覆するために使用可能な方法である。これらの方法は、専門書「Ｖｅｒｓｃｈｌｅｉｓｓｈｅｍｍｅｎｄｅ　Ｓｃｈｉｃｈｔｅｎ」（Ｈｅｌｍｕｔ　Ｋｕｎｓｔ他７名著、第４３６巻、Ｋｏｎｔａｋｔ　ｕｎｄ　Ｓｔｕｄｉｕｍ　Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅ，Ｅｘｐｅｒｔ出版社）からの抜粋の付録に記載されている。
【００６５】
ブレーキディスクの仕上げ加工：
被覆後にブレーキディスクは比較的粗い表面を有しているので、表面を平滑化するための仕上げ削り加工（Ｓｃｈｌｉｃｈｔｂｅａｒｂｅｉｔｕｎｇ）が必要となる。このことは有利には機械的に研削によって行われる。しかし、被覆体材料の損失を回避するためには、非切削式の最終加工、たとえば平滑圧延を使用することもできる。最終加工のためには、さらに精密旋削加工も有利である。
【００６６】
図５には、マイクログラフ（顕微鏡写真）が約５００：１の倍率で示されている。被覆体のこのマイクログラフからは保護層の形成品質に課せられた既存の要求が明らかとなる。重要となるのは多孔度が制限されていることである。暗い点は細孔、つまり層内の中空個所に相当している。
【００６７】
多孔度は５％よりも多くない方が有利である。すなわち、マイクログラフ中で暗い個所の占める割合が５％よりも大きくない方が有利である。
【００６８】
図３および図４には、１０００：１の倍率により、耐摩耗性を向上させる硬質物質の形成および分布が示されている。これらの硬質物質はエッチングによって明るい斑点として見えている。
【００６９】
これらの明るい斑点は、主としてクロム炭化物から成る炭化物を成している。しかし、別の合金成分から形成されている炭化物や、同じく被覆体の硬度および耐摩耗性に対して有利な作用を有する金属酸化物が形成されていてもよい。
【００７０】
被覆体の硬度は３５０〜５００ＨＶ１であってよい。微細に分配された状態で組織内に炭化物および酸化物が存在していると有利である。この炭化物および酸化物の大きさ、分布および頻度は有利には添付マイクログラフに相当していることが望ましい。被覆体もしくは層構造の横断面における、エッチングされたマイクログラフでは、マイクログラフの面の少なくとも５％、ただし有利には面の１０〜２０％が、微細分配された炭化物および酸化物の存在により明るいストライプとして見えることが望ましい。これにより特に耐摩耗性でかつ有効な被覆体が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるブレーキディスクの第１実施例を示す断面図である。
【図２】
本発明によるブレーキディスクの別の実施例による摩擦リングの範囲を示す断面図である。
【図３】
約１０００：１の倍率で、エッチングにより明るい斑点として見えている、耐摩耗性を向上させる硬質物質の構成および分布を示す図である。
【図４】
約１０００：１の倍率で、エッチングにより明るい斑点として見えている、耐摩耗性を向上させる硬質物質の構成および分布を示す図である。
【図５】
約５００：１の倍率の被覆体のマイクログラフである。
【符号の説明】
１　ブレーキディスク、　２，３　摩擦リング、　４　ウェブ、　５　通気通路、　６　付設部、　７　コア、　８　溶射被覆体、　９　つば、　１０　溝
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年12月7日(2002.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陸上車両に用いられる、軸方向の摩擦面を備えたブレーキディスク、特に内部通気されたブレーキディスク（１）であって、ウェブ（４）を介して互いに結合された２つの摩擦リング（２，３）が設けられており、ブレーキディスク（１）が、鋳鉄材料から成るディスク状のコア（７）を有しており、該コア（７）の軸方向の摩擦面のうちの少なくとも１つの摩擦面が被覆体（８）を備えている形式のものにおいて、被覆体が、金属製でかつ非セラミック製の被覆体（８）または爆発溶射被覆体として形成されており、該被覆体がコアよりも固い金属から成っており、該被覆体の組織内に炭化物および酸化物が存在しており、層構造の横断面を示すエッチングされたマイクログラフで該マイクログラフの面の少なくとも５％が、微細に分配された炭化物および酸化物の存在によって明るい個所として見えるように炭化物および酸化物がブレーキ被覆体内に形成されていることを特徴とするブレーキディスク。
【請求項２】
溶射被覆体（８）がフレーム溶射被覆体、アーク溶射被覆体またはプラズマ溶射被覆体として形成されている、請求項１記載のブレーキディスク。
【請求項３】
溶射被覆体（８）が、コア（７）よりも良好な耐酸化性および耐摩耗性を有して形成されている、請求項１または２記載のブレーキディスク。
【請求項４】
被覆体（８）が、合金されていない鋼または合金された鋼から成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項５】
被覆体（８）が、Ｃｒを含有した鋼合金から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項６】
被覆体（８）のＣｒ含量が１０〜２０％である、請求項１から５までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項７】
被覆体（８）のＣｒ含量が１３〜１９％である、請求項１から６までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項８】
被覆体（８）のＣｒ含量が１５〜１７％である、請求項１から７までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項９】
被覆体（８）のＣｒ含量が１６％である、請求項１から８までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１０】
被覆体（８）を形成する合金された鋼が以下の添加物を含有している：
−　Ｃｒ　　１６％、
−　Ｎｉ０．４４％、
−　Ｍｎ０．４３％、
−　Ｍｏ１．０１％および
−　Ｃ　０．３６％、
請求項１から９までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１１】
コア（７）がねずみ鋳鉄から成っている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１２】
コア（７）を形成するねずみ鋳鉄が、３．７〜４．０％の炭素含量を有する高浸炭されたねずみ鋳鉄である、請求項１から１１までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１３】
コア（７）を形成するねずみ鋳鉄がＭｏおよび／またはＣｒを含有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１４】
コアのＭｏ含量が０．６〜０．８％であり、Ｃｒ含量が０．５％よりも少ない、請求項１から１３までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１５】
摩擦リング（２，３）が内側の周縁部および／または外側の周縁部に少なくとも１つの軸方向のつば（９）を有しており、該つば（９）の高さが有利には被覆体（８）の軸方向延在長さに相当している、請求項１から１４までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１６】
被覆体（８）が０．３〜１．５ｍｍの軸方向延在長さを有している、請求項１から１５までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１７】
被覆体（８）が０．５〜１．２ｍｍの軸方向延在長さを有している、請求項１から１６までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１８】
被覆体（８）が０．６〜０．９ｍｍの軸方向延在長さを有している、請求項１から１７までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１９】
被覆体（８）が０．７ｍｍの軸方向延在長さを有している、請求項１から１８までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２０】
ディスク厚さが３８〜４５ｍｍであり、通気通路幅が１２ｍｍである、請求項１から１９までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２１】
ディスク厚さＤ１と通気通路幅Ｄ２との間の比が、３．２≦Ｄ１／Ｄ２≦４の条件を満たしている、請求項１から２０までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２２】
コア（７）と溶射被覆体（８）との間の移行範囲で交互に互いに内外に係合した輪郭、有利には溝構造（１０）および／またはいぼ状突起構造が形成されている、請求項１から２１までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２３】
被覆体内にクロム炭化物が形成されている、請求項１から２２までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２４】
被覆体の多孔度が５％よりも少ない、請求項２３記載のブレーキディスク。
【請求項２５】
被覆体の硬度が３５０〜５００ＨＶ１である、請求項１から２４までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２６】
炭化物および酸化物が、有利には微細に分配されて、組織内に存在している、請求項１から２５までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項２７】
請求項１から２６までのいずれか１項記載のブレーキディスクを製造するための方法において、鋳鉄材料から成るブレーキディスクボディの少なくとも所定の区分でかつ該ブレーキディスクボディの軸方向の外面の少なくとも１つの外面に、金属製でかつ非セラミックス製の被覆体を設け、該被覆体をフレーム溶射被覆法、アーク溶射被覆法、プラズマ溶射被覆法または爆発溶射被覆法で被着させる形式の方法において、以下のステップ：
−粗鋳造体を切削加工により前処理し、
−ブレーキディスクから加工残分を除去し、
−有利には表面を粗面化し、かつ／または粒子噴流により酸化層を除去し、
−ブレーキディスクを被覆し、
−表面を平滑化するための面削り加工および／または精密旋削加工を行う
を実施することを特徴とする、ブレーキディスクを製造するための方法。
【国際調査報告】
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