DE102019200247B4

DE102019200247B4 - Verfahren zum Beschichten eines Bremskörpers, Bremskörper

Info

Publication number: DE102019200247B4
Application number: DE102019200247.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wagner; Ilja Potapenko; Tim Poljansek; Herbert Gruhn; Stefan Klein; Stefan Schaefer; Kangjian Wu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Buderus Guss GmbH
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: DE102019200247A1

Abstract

Verfahren zum Beschichten eines Bremskörpers (1) für eine Fahrzeugbremse (2), mit den Schritten:a) Bereitstellen eines Bremskörpers (1),b) Glätten einer Reibfläche (3) des Bremskörpers (1) mittels Flachschleifen und/oder Polieren, wobei die Reibfläche (3) auf eine gemittelte Rautiefe RZvon kleiner als oder gleich 6 µm geglättet wird,c) Aufbringen zumindest einer korrosionsfesten Beschichtung (6, 7) mittelbar unter Zwischenanordnung zumindest einer Zwischenschicht oder unmittelbar auf die geglättete Reibfläche (3), wobei die korrosionsfeste Beschichtung (6, 7) durch ein Atomlagenabscheidungsverfahren als Atomlagenabscheidungsschicht aufgebracht wird, und wobei die Atomlagenabscheidungsschicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 1 nm und höchstens 500 nm hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Bremskörpers, insbesondere einer Bremsscheibe, für eine Fahrzeugbremse.
Ferner betrifft die Erfindung einen Bremskörper, insbesondere eine Bremsscheibe, für eine Fahrzeugbremse.
Stand der Technik
Bremskörper für Bremsen von Fahrzeugen, insbesondere Bremsscheiben oder Bremsscheibenringe, müssen heutzutage insbesondere hohen mechanischen und thermischen Belastungen standhalten. Bei dauerhaft hoher Bremsbelastung mit insbesondere häufigen Wechseln von hohen und niedrigen Temperaturen (Thermoschock) können sich aufgrund von Wärmespannungen in dem Bremskörper Risse bilden, die eine Festigkeit des Bremskörpers reduzieren können. Darüber hinaus kann durch Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, und insbesondere im Winter durch Streusalz eine Oberfläche des Bremskörpers, insbesondere eine Reibfläche des Bremskörpers, korrodieren. Um diesen Problemen zu begegnen, sind Verfahren bekannt, um Reibflächen von Bremskörpern mit einer verschleiß- und korrosionsfesten Beschichtung zu versehen. So offenbart die Offenlegungsschrift DE 10 2011 056 307 A1 ein Verfahren zum Beschichten einer Reibflächen aufweisenden Bremsscheibe, wobei die Reibflächen der Bremsscheibe oberflächenbehandelt werden unter Ausbildung einer mikroskopisch homogenen oder inhomogenen Konturierung derselben. Anschließend erfolgt ein unter Zwischenanordnung einer Haftvermittlungsschicht mittelbares oder unmittelbares Aufbringen einer Verschleißschutzbeschichtung auf die mikroskopisch konturierten Reibflächen.
Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift DE 101 21 601 A1 eine Bremsscheibe bekannt, welche an ihrer Oberfläche mit einer korrosions- sowie oxidationsbeständigen Beschichtung versehen ist. Darüber hinaus beschreibt die Patentschrift EP 2 122 004 B1 ein Verfahren zum Herstellen einer beschichteten Bremsscheibe, wobei eine Oberfläche der Bremsscheibe zum Einbringen einer vorbestimmten dreidimensionalen Oberflächenbeschaffenheit mit Erhebungen und Vertiefungen oberflächenveredelt wird. Dabei werden ein erstes Material und ein zweites Material jeweils auf wenigstens einen Teilbereich der oberflächenveredelten Oberfläche der Bremsscheibe aufgedampft. Auch die Patentschrift US 8 893 863 B2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe, wobei ein erstes Material und ein zweites Material auf eine Oberfläche der Bremsscheibe aufgebracht werden. Weiterhin beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2013 209 030 A1 ein Verfahren zum Aufbringen eines Korrosionsschutzes auf ein metallisches Bauteil. Dabei wird auf das Bauteil eine Verschleißschutzschicht und auf die Verschleißschutzschicht eine Korrosionsschutzschicht abgeschieden, wobei die Korrosionsschutzschicht eine Atomlagenabscheidungsschicht ist. Darüber hinaus beschreibt die Patentschrift EP 2 628 817 B1 ein Verfahren zum Formen eines beschichteten Stahlgegenstandes. Weiterhin betrifft das Dokument EP 2 324 141 B1 ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerbauteils, wobei mittels eines Vakuumbeschichtungsverfahrens eine PVD (Physical Vapor Deposition)/PACVD (Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition)-Beschichtung auf einen Eisenwerkstoff des Lagerbauteils aufgebracht wird, und wobei auf die PVD/PACVD Beschichtung eine Korrosionsschutzschicht aufgebracht wird, und wobei zusätzlich auf die PVD/PACVD-Beschichtung eine galvanische, chemische oder autokatalytische Beschichtung aufgebracht wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Verfahren mit folgenden Schritten durchzuführen: a) Bereitstellen eines Bremskörpers, b) Glätten einer Reibfläche des Bremskörpers, wobei die Reibfläche zumindest bereichsweise auf eine gemittelte Rautiefe Rz von kleiner als oder gleich 6 µm geglättet wird, c) Aufbringen zumindest einer korrosionsfesten Beschichtung mittelbar unter Zwischenanordnung zumindest einer Zwischenschicht oder unmittelbar auf die Reibfläche, wobei die korrosionsfeste Beschichtung durch ein Atomlagenabscheidungsverfahren als Atomlagenabscheidungsschicht aufgebracht wird, und wobei die Atomlagenabscheidungsschicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 1 nm und höchsten 500 nm, insbesondere wenigstens 10 nm und höchstens 200 nm, hergestellt wird. Die Rautiefe ist vorliegend ein Abstand zwischen einer höchsten und einer tiefsten Stelle eines Oberflächenprofils der Reibfläche. Durch das Aufbringen der zumindest einen Atomlagenabscheidungsschicht ergibt sich der Vorteil eines besonders effektiven Korrosionsschutzes für insbesondere die Reibfläche oder alternativ die Zwischenschicht und damit eine hohe Lebensdauer des beschichteten Bremskörpers. So gewährleistet die Aufbringung mittels des Atomlagenabscheidungsverfahrens eine dichte und vollständige Bedeckung der Reibfläche oder alternativ der Zwischenschicht. Damit werden Defekte, insbesondere Löcher oder Poren, der Reibfläche oder der Zwischenschicht zuverlässig verschlossen. Darüber hinaus gewährleistet die Aufbringung der korrosionsfesten Beschichtung mittels des Atomlagenabscheidungsverfahrens, dass auf einfache Art und Weise mehrere korrosionsfeste Beschichtungen mit insbesondere jeweils unterschiedlicher Materialzusammensetzung übereinander aufgebracht werden können. Dies gewährleistet eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit des beschichteten Bremskörpers. Zusätzlich ergibt sich durch das Glätten mittels Flachschleifen und/oder Polieren der Reibfläche auf die besonders geringe Rautiefe R_Z von höchstens 6 µm der Vorteil, dass die aufzubringende oder aufgebrachte korrosionsfeste Beschichtung oder alternativ die Zwischenschicht auf der Reibfläche zuverlässig haftet oder haften kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine verschleißfeste Beschichtung aufgebracht wird, wobei eine Dicke der verschleißfesten Beschichtung wenigstens 0,1 µm und höchstens 20 µm, insbesondere wenigstens 3 µm und höchstens 10 µm, beträgt. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass der Bremskörper, insbesondere die Reibfläche, vor Verschleiß geschützt wird. Dies erhöht eine Lebensdauer des Bremskörpers zusätzlich. Vorzugsweise wird die zumindest eine verschleißfeste Beschichtung oberhalb der korrosionsfesten Beschichtung angeordnet oder aufgebracht, so dass durch die verschleißfeste Beschichtung gewährleistet wird, dass auch die korrosionsfeste Beschichtung vor Verschleiß geschützt ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass als Werkstoff für die verschleißfeste Beschichtung ein Carbid, ein Borid, ein Nitrid und/oder ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet wird. Der Vorteil hierbei ist, dass durch den jeweiligen Werkstoff ein besonders effektiver Verschleißschutz gewährleistet wird. Das Nitrid ist vorzugsweise ein Metallnitrid, insbesondere CrN, TiN, NbN, TaN, AlCrN, CrAlN, AlTiN, AlCrTiN oder TiAlCrN. Alternativ oder zusätzlich ist als Werkstoff ein Metallnitrid in einer SiN-Matrix vorgesehen, insbesondere TiN in Si₃N₄. Das Carbid ist insbesondere TiCN. Vorzugsweise wird der Werkstoff für die verschleißfeste oder die jeweilige verschleißfeste Beschichtung derart gewählt, dass es intrinsisch korrosions- und verschleißbeständig ist. Optional sind mehrere verschleißfeste Beschichtungen vorgesehen, wobei die mehreren verschleißfesten Beschichtungen vorzugsweise als Multilagen oder Nanokomposite ausgebildet sind.
Vorzugsweise wird die verschleißfeste Beschichtung durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren, insbesondere durch Hochenergieimpulsmagnetronsputtern, aufgebracht. Der Vorteil hierbei ist, dass die verschleißfeste Beschichtung zuverlässig, insbesondere dicht und/oder mit vorgebbarer Dicke, aufgebracht wird. Das Vakuumbeschichtungsverfahren ist insbesondere ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren, insbesondere ein Sputtern, ein thermisches Aufdampfen oder ein Elektronenstrahlverdampfen, oder ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren, insbesondere eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung oder eine Atomlagenabscheidung. Zur Gewährleistung einer Aufbringung einer besonders dichten verschleißfesten Beschichtung, insbesondere einer von Defekten wie Poren, Löchern oder Rissen zumindest im Wesentlichen freien verschleißfesten Beschichtung, erfolgt vorzugsweise ein Aufbringen durch Hochenergieimpulsmagnetronsputtern.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die verschleißfeste Beschichtung zwischen der Reibfläche und der Atomlagenabscheidungsschicht aufgebracht wird. Die verschleißfeste Beschichtung dient somit als Zwischenschicht. Der Vorteil hierbei ist, dass die Reibfläche besonders zuverlässig vor Verschleiß und Korrosion geschützt wird. Darüber hinaus gewährleistet die oberhalb der verschleißfesten Beschichtung angeordnete oder aufgebrachte korrosionsfeste Beschichtung, dass Defekte wie beispielsweise Löcher oder Risse in der verschleißfesten Beschichtung abgedeckt oder verschlossen werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest eine haftvermittelnde Beschichtung aufgebracht wird, wobei die haftvermittelnde Beschichtung mit einer Dicke von wenigstens 0,001 µm und höchstens 15 µm, insbesondere wenigstens 0,01 µm und höchstens 1 µm, vorzugsweise wenigstens 5 µm und höchstens 15 µm, hergestellt wird. Der Vorteil hierbei ist, dass durch die haftvermittelnde Schicht eine besonders zuverlässige Haftung einer darüber aufgebrachten oder aufzubringenden Beschichtung gewährleistet wird. Dies erhöht die Lebensdauer des Bremskörpers zusätzlich. Alternativ oder zusätzlich ist die haftvermittelnde Beschichtung als Spannungsausgleichs-, Wärmeausdehnungsausgleichs- und/oder Korrosionsschutzschicht ausgebildet. Eine Ausbildung als Wärmeausdehnungsausgleichsschicht ist insbesondere dazu vorgesehen, einen Unterschied zwischen einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Bremskörpers oder der Reibfläche und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten einer auf der Reibfläche aufgebrachten Beschichtung auszugleichen. Eine Ausbildung als Korrosionsschutzschicht ist vorzugsweise dazu vorgesehen, einen zusätzlichen Korrosionsschutz für den Bremskörper, insbesondere die Reibfläche, zu gewährleisten.
Vorzugsweise wird die haftvermittelnde Beschichtung durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren oder ein elektrochemisches Beschichtungsverfahren aufgebracht. Der Vorteil hierbei ist, dass die haftvermittelnde Beschichtung besonders zuverlässig, insbesondere dicht und/oder mit vorgebbarer Dicke, aufgebracht wird. Zur Gewährleistung einer Aufbringung einer besonders dichten haftvermittelnden Beschichtung, insbesondere einer von Defekten wie Poren, Löchern oder Rissen zumindest im Wesentlichen freien haftvermittelnden Beschichtung, erfolgt vorzugsweise ein Aufbringen durch Hochenergieimpulsmagnetronsputtern. Vorzugsweise ist das elektrochemische Beschichtungsverfahren ein galvanisches oder stromloses Verfahren, insbesondere zur elektrochemischen Abscheidung von Ni oder NiW.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass als Werkstoff für die haftvermittelnde Beschichtung ein Carbid, ein Nitrid und/oder ein Metall verwendet wird. Der Vorteil hierbei ist, dass durch den jeweiligen Werkstoff insbesondere eine effektive Haftvermittlung gewährleistet wird. Als Metall wird vorzugsweise Cr, Ti, Ta, W, Ni oder eine Verbindung daraus, insbesondere ein Nitrid oder Carbid, verwendet.
Vorzugsweise wird die haftvermittelnde Beschichtung zwischen der Reibfläche und der Atomlagenabscheidungsschicht und/oder zwischen der Atomlagenabscheidungsschicht und der verschleißfesten Beschichtung aufgebracht. Der Vorteil hierbei ist, dass durch die haftvermittelnde Schicht eine besonders zuverlässige Haftung der Atomlagenabscheidungsschicht auf der Reibfläche und/oder der verschleißfesten Beschichtung auf der Atomlagenabscheidungsschicht gewährleistet wird. Dies erhöht die Lebensdauer des Bremskörpers zusätzlich. Darüber hinaus gewährleistet die auf der haftvermittelnden Beschichtung aufgebrachte Atomlagenabscheidungsschicht oder korrosionsfeste Beschichtung, dass Defekte wie beispielsweise Löcher oder Risse in der haftvermittelnden Beschichtung abgedeckt oder verschlossen werden.
Der erfindungsgemäße Bremskörper gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10, insbesondere Bremsscheibe, für eine Fahrzeugbremse, weist zumindest eine Reibfläche auf, wobei die Reibfläche zumindest bereichsweise auf eine gemittelte Rautiefe R_Z von kleiner als oder gleich 6 µm geglättet ist, und wobei zumindest eine korrosionsfeste Beschichtung mittelbar unter Zwischenanordnung zumindest einer Zwischenschicht oder unmittelbar auf die Reibfläche aufgebracht ist, wobei die korrosionsfeste Beschichtung durch ein Atomlagenabscheidungsverfahren als Atomlagenabscheidungsschicht aufgebracht ist, und wobei die Atomlagenabscheidungsschicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 1 nm und höchstens 500 nm, insbesondere mindestens 10 nm und höchstens 200 nm, hergestellt ist. Der Bremskörper zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass er hergestellt ist durch das erfindungsgemäße Verfahren. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 einen beschichteten Bremskörper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen beschichteten Bremskörper gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 einen beschichteten Bremskörper gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
4 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm zum Durchführen eines Verfahrens zum Beschichten des Bremskörpers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen vorzugsweise aus Grauguss oder einem Leichtmetall gefertigten Bremskörper 1, insbesondere eine Bremsscheibe, für eine hier nicht näher dargestellte Fahrzeugbremse 2, insbesondere eine Rekuperationsbremse, eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Der Bremskörper 1 weist vorliegend zwei Reibflächen 3 oder Bremsflächen auf, wobei der Einfachheit halber nur eine Reibfläche 3 dargestellt ist.
Die Reibfläche 3 weist zumindest bereichsweise eine gemittelte Rautiefe Rz von kleiner als oder gleich 6 µm auf. Dabei ist die Rautiefe vorliegend ein Abstand zwischen einer höchsten und einer tiefsten Stelle eines Oberflächenprofils der Reibfläche 3. Der Bereich 11 der Reibfläche 3 mit der Rautiefe Rz ist zur Veranschaulichung vorliegend schraffiert dargestellt.
Auf der Reibfläche 3 ist durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren eine haftvermittelnde Beschichtung 4 aufgebracht, wobei die haftvermittelnde Beschichtung 4 eine Dicke von wenigstens 0,001 µm und höchstens 10 µm aufweist, insbesondere wenigstens 0,01 µm und höchstens 2 µm. Optional sind mehrere haftvermittelnde Beschichtungen 4 auf der Reibfläche 3 aufgebracht. Die haftvermittelnde Beschichtung 4 ist vorliegend aus einem Metall, insbesondere Cr, gebildet. Vorliegend weist die haftvermittelnde Beschichtung 4 Defekte 5, insbesondere Löcher, auf.
Auf der haftvermittelnden Beschichtung 4 sind vorliegend zwei korrosionsfeste Beschichtungen 6, 7 aufgebracht, wobei die korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 durch ein Atomlagenabscheidungsverfahren als Atomlagenabscheidungsschichten aufgebracht sind. Die Atomlagenabscheidungsschichten sind somit mittelbar unter Zwischenanordnung der als Zwischenschicht dienenden haftvermittelnden Beschichtung 4 auf der Reibfläche 3 aufgebracht. Durch die korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 werden die Defekte 5 abgedeckt oder verschlossen, so dass ein besonders effektiver Korrosionsschutz der Reibfläche 3 gewährleistet wird.
Die korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 oder Atomlagenabscheidungsschichten weisen jeweils eine Dicke von wenigstens 1 nm und höchstens 500 nm auf, insbesondere wenigstens 10 nm und höchstens 200 nm. Vorliegend ist eine erste der korrosionsfesten Beschichtungen 6 aus einem Oxid, vorzugsweise Al₂O₃, und eine zweite der korrosionsfesten Beschichtungen 7 aus einem weiteren Oxid, vorzugsweise Ta₂O₅, gebildet. Vorzugsweise ist die zweite der korrosionsfesten Beschichtungen 7 auf der ersten der korrosionsfesten Beschichtungen 6 angeordnet. Alternativ ist die erste der korrosionsfesten Beschichtungen 6 auf der zweiten der korrosionsfesten Beschichtungen 7 angeordnet. Alternativ ist/sind nur eine korrosionsfeste Beschichtung 6, 7 oder mehr als zwei korrosionsfeste Beschichtungen 6, 7 vorgesehen. Alternativ ist zumindest eine der korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 aus einem anderen Oxid oder einer anderen Materialverbindung, insbesondere AlTaO, ZrO₂, HfO₂ oder TiO₂, einem Metall, insbesondere Cr, W, Ti, Ta, einem Metallnitrid, insbesondere TiN, TiSiN, TiAIN, TiAICN, TaN, NbN, MoN, WC_x oder WN_x, oder einer ternären Verbindung, insbesondere einem Oxidnitrid, beispielsweise TiO_yN_y, oder einem Carbonitrid, insbesondere TaC_xN_y, gebildet.
Auf den korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 oder dem durch die korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 gebildeten Schichtstapel 8 ist durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren eine weitere haftvermittelnde Beschichtung 9 aufgebracht, wobei die weitere haftvermittelnde Beschichtung 9 eine Dicke von wenigstens 0,001 µm und höchstens 10 µm aufweist, insbesondere wenigstens 0,01 µm und höchstens 1 µm. Optional sind mehrere weitere haftvermittelnde Beschichtungen 9 auf dem Schichtstapel 8 aufgebracht. Die weitere haftvermittelnde Beschichtung 4 ist vorliegend aus einem Metall, insbesondere Cr, gebildet.
Auf der weiteren haftvermittelnden Beschichtung 9 ist durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren eine verschleißfeste Beschichtung 10 aufgebracht. Die verschleißfeste Beschichtung 10 weist eine Dicke von wenigstens 0,1 µm und höchstens 20 µm auf, insbesondere wenigstens 3 µm und höchstens 10 µm. Die verschleißfeste Beschichtung 5 ist vorliegend aus einem Metallnitrid, insbesondere CrAlN, CrN oder TaN, gebildet. Die Bildung der verschleißfesten Beschichtung 10 aus einem der genannten Werkstoffe gewährleistet, dass die verschleißfeste Beschichtung 10 zusätzlich insbesondere korrosionsfest ist und damit insbesondere die Reibfläche 3 vor Korrosion schützt. Optional sind mehrere verschleißfeste Beschichtungen 10 aufgebracht, wobei die mehreren verschleißfesten Beschichtungen 10 vorzugsweise als Multilagen oder Nanokomposite ausgeführt sind.
Alternativ weist die auf der Reibfläche 3 aufgebrachte haftvermittelnde Beschichtung 4 eine Dicke von insbesondere wenigstens 5 µm und höchstens 15 µm auf. Dabei ist zusätzlich vorgesehen, dass die haftvermittelnde Beschichtung 4 aus einem Metall oder einer Metallverbindung, insbesondere elektrochemisch abgeschiedenem Ni, Ni-P oder NiW, gebildet ist.
Die insbesondere eine Rautiefe Rz von kleiner als oder gleich 6 µm aufweisende Reibfläche 3 gewährleistet, dass eine besonders dünne, der Reibfläche 3 besonders gut folgende korrosionsfeste Beschichtung 6, 7 auf insbesondere die Reibfläche 3 oder die haftvermittelnde Beschichtung 4 aufbringbar ist. Zudem wird durch die geringe Dicke und damit eine geringe Schichteigenspannung insbesondere der verschleißfesten Beschichtung 10 gewährleistet, dass eine zuverlässige Haftung der verschleißfesten Beschichtung 10 auf der weiteren haftvermittelnden Beschichtung 9 gewährleistet ist.
Der beschichtete Bremskörper 1, insbesondere die Reibfläche 3, ist somit vor Verschleiß und Korrosion besonders effektiv geschützt. Dies gewährleistet eine Erhöhung einer Lebensdauer des Bremskörpers 1 beziehungsweise der Bremsscheibe. Insbesondere bei Elektro- und Hybridfahrzeugen mit großen Rekuperationsanteilen und damit verbundenen seltenen Bremsvorgängen führt dies dazu, dass Oberflächenkorrosionsschäden insbesondere der Reibfläche 3 des Bremskörpers 1 vermieden oder reduziert werden.
2 zeigt den Bremskörper 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Dabei ist auf der Reibfläche 3 durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren die in 1 beschriebene haftvermittelnde Beschichtung 4 aufgebracht, wobei im Unterschied zu 1 die haftvermittelnde Beschichtung 4 vorliegend eine Dicke von insbesondere wenigstens 0,01 µm und höchstens 1 µm aufweist.
Auf der haftvermittelnden Beschichtung 4 ist insbesondere durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren die in 1 beschriebene verschleißfeste Beschichtung 10 aufgebracht.
Auf der verschleißfesten Beschichtung 10 sind vorliegend die in 1 beschriebenen zwei korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 oder Atomlagenabscheidungsschichten aufgebracht. Alternativ ist/sind nur eine korrosionsfeste Beschichtung 6, 7 oder mehr als zwei korrosionsfeste Beschichtungen 6, 7 aufgebracht. Durch die korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 werden die Defekte 5 auf vorteilhafte Weise abgedeckt oder verschlossen, so dass ein effektiver Korrosionsschutz für die Reibfläche 3 gewährleistet wird.
Alternativ weist die auf die Reibfläche 3 aufgebrachte haftvermittelnde Beschichtung 4 eine Dicke von insbesondere wenigstens 5 µm und höchstens 15 µm auf. Dabei ist zusätzlich vorgesehen, dass die haftvermittelnde Beschichtung 4 aus einem Metall oder einer Metallverbindung, insbesondere elektrochemisch abgeschiedenem Ni, Ni-P oder NiW, gebildet ist. Vorzugsweise ist zusätzlich vorgesehen, dass zwischen der elektrochemisch abgeschiedenen haftvermittelnden Beschichtung 4 und der verschleißfesten Beschichtung 10 zumindest eine zusätzliche haftvermittelnde Beschichtung insbesondere durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebracht wird. Die zusätzliche haftvermittelnde Beschichtung ist vorliegend nicht dargestellt.
3 zeigt den Bremskörper 1 aus 1, wobei im Unterschied zu 1 der Bremskörper 1 keine haftvermittelnde Beschichtung 4 aufweist. Somit sind vorliegend die korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 unmittelbar, also ohne Zwischenanordnung einer Zwischenschicht, auf die Reibfläche 3 aufgebracht.
Die korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 bedecken dabei auf vorteilhafte Weise die Reibfläche 3, so dass diese zuverlässig vor Korrosion geschützt ist.
Alternativ ist/sind nur eine korrosionsfeste Beschichtung 6, 7 oder mehr als zwei korrosionsfeste Beschichtungen 6, 7 auf der Reibfläche 3 aufgebracht.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens zum Beschichten des in 1 dargestellten Bremskörpers 1.
In einem ersten Schritt S1 wird der Bremskörper 1 bereitgestellt.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Reibfläche 3 des Bremskörpers 1 zumindest bereichsweise auf eine gemittelte Rautiefe Rz von kleiner als oder gleich 6 µm geglättet. Die Glättung erfolgt erfindungsgemäß durch einen Schleifprozess und optional einen zusätzlichen Polierprozess. Die somit geglättete Reibfläche 3 hat insbesondere den Vorteil eines besonders geringen Schleifaufmaßes, so dass jeweilige Beschichtungen mit geringer Dicke und damit insbesondere geringer Eigenspannung auf die Reibfläche 3 aufbringbar sind.
In einem dritten Schritt S3 wird die haftvermittelnde Beschichtung 4 auf die Reibfläche 3 aufgebracht. Die haftvermittelnde Beschichtung 4 wird durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren, insbesondere durch ein Sputtern, vorzugsweise durch Hochenergieimpulsmagnetronsputtern, aufgebracht. Die haftvermittelnde Beschichtung 5 dient als Haftvermittler für die darüber anzuordnenden oder aufzubringenden korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7.
In einem vierten Schritt S4 werden die korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 durch ein Atomlagenabscheidungsverfahren auf die haftvermittelnde Beschichtung 4 aufgebracht. Alternativ wird/werden nur eine korrosionsfeste Beschichtung 6, 7 oder mehr als zwei korrosionsfeste Beschichtungen 6, 7 auf der Reibfläche 3 aufgebracht.
Im Folgenden wird zur Veranschaulichung ein beispielhaftes Atomlagenabscheidungsverfahren beschrieben: Insbesondere werden zwei sogenannte Precursorgase nacheinander und voneinander getrennt in eine Reaktionskammer oder ein Reaktionsgebiet, in welcher/welchem der Bremskörper 1 angeordnet ist, eingelassen. Durch das erste Precursorgas bildet sich eine selbst begrenzende Reaktion an insbesondere der Reibfläche 3 des Bremskörpers 1 aus, sodass sich beispielsweise eine Monolage der ersten korrosionsfesten Beschichtung 6 bilden kann. Anschließend folgt ein Spül- oder ein Evakuierungsschritt, um das erste Precursorgas aus der Reaktionskammer oder dem Reaktionsgebiet zu entfernen. Durch das zweite Precursorgas bildet sich eine selbst begrenzende Reaktion an der Reibfläche 3 des Bremskörpers 1 aus, wobei insbesondere die schon entstandene Monolage für eine weitere Reaktion aktiviert wird. Es folgt wiederum ein Spül- oder ein Evakuierungsschritt. Das anschließend erneut eingelassene erste Precursorgas führt erneut eine Reaktion, beispielweise zur Bildung einer weiteren Monolage, durch. Dieser Wechselvorgang wird solange fortgesetzt, bis eine gewünschte Schichtdicke der Atomlagenabscheidungsschicht aufgebracht ist. Darüber hinaus können weitere Precursorgase verwendet werden, um Mehrschichtsysteme oder Schichtstapel aus unterschiedlichen Elementen aufzuwachsen. Durch das Atomlagenabscheidungsverfahren ergibt sich der Vorteil, dass die aufgebrachte Atomlagenabscheidungsschicht der Reibfläche 3 des Bremskörpers 1 genau folgt und diese dicht bedeckt. Die für das Atomlagenabscheidungsverfahren verwendeten Precursorgase oder Precursoren werden vorzugsweise so gewählt, dass sie entweder eine sehr dichte Schicht bilden, beispielsweise durch Al₂O₃, und/oder der daraus gebildete Schichtstapel eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, beispielsweise durch Ta₂O₅. Vorzugsweise werden mehrere Atomlagenabscheidungszyklen durchgeführt, sodass sich ein Mehrschichtsystem oder ein vorgebbarer Schichtstapel ausbildet. Alternativ oder zusätzlich erfolgt eine Atomlagenabscheidung nach einem Vakuumbruch in einer insbesondere separaten Reaktions- oder Beschichtungskammer, gegebenenfalls auch unter einer Atmosphäre.
In einem fünften Schritt S5 wird die haftvermittelnde Beschichtung 9 auf die korrosionsfeste Beschichtung 6, 7 beziehungsweise die korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 aufgebracht. Die haftvermittelnde Beschichtung 9 wird durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren, insbesondere durch ein Sputtern, vorzugsweise durch Hochenergieimpulsmagnetronsputtern, alternativ durch ein elektrochemisches Verfahren, aufgebracht.
In einem sechsten Schritt S6 wird die verschleißfeste Beschichtung 10 auf die haftvermittelnde Beschichtung 9 aufgebracht. Die verschleißfeste Beschichtung 10 wird ebenfalls durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren, insbesondere durch ein physikalisches Gasabscheidungsverfahren, insbesondere ein Sputtern, vorzugsweise durch Hochenergieimpulsmagnetronsputtern, oder ein chemisches Gasabscheidungsverfahren aufgebracht.
Vorzugsweise erfolgt vor der Aufbringung der korrosionsfesten Beschichtung 6, 7 oder der korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7 ein (Plasma-, lonen- oder Ozon-) Ätz- oder Aktivierungsschritt in einem Vakuum. Dabei dient der Ätz- oder Aktivierungsschritt insbesondere zur Aktivierung oder Vorbehandlung der Reibfläche 3, insbesondere der haftvermittelnden Beschichtung 4, zur Verbesserung der Haftung der korrosionsfesten Beschichtungen 6, 7.
Vorzugsweise wird als Vakuumbeschichtungsverfahren das Hochenergieimpulsmagnetronsputtern verwendet, da dieses bei einem Aufbringen der haftvermittelnden Beschichtung 4, der haftvermittelnden Beschichtung 9 und/oder der verschleißfesten Beschichtung 10 im Vergleich zu anderen Vakuumbeschichtungsverfahren verhältnismäßig wenige Defekte, insbesondere Löcher, Poren, Risse, erzeugt. So wird beispielsweise im Vergleich zum konventionellen Sputtern ein größerer Anteil von ionisierten Partikeln aus einem Feststofftarget geschlagen, wobei sich die Partikel anschließend mittels einer elektrischen Spannung auf den zu beschichtenden Bremskörper 1 beschleunigen lassen. Das Hochenergieimpulsmagnetronsputtern gewährleistet somit, dass besonders dichte Schichten auf dem Bremsköper 1, insbesondere der Reibfläche 3, aufwachsen können oder auf diesen aufbringbar sind, wobei die aufgewachsenen Schichten dem Oberflächenprofil oder einer Oberflächenkontur des Bremskörpers 1, insbesondere der Reibfläche 3, besonders genau folgen und somit einen verbesserten Korrosionsschutz gewährleisten.
Die Rauheit der Reibfläche 3 ist aufgrund der Rautiefe Rz von kleiner als oder gleich 6 µm derart gering, dass auf vorteilhafte Weise eine Nachbearbeitung, insbesondere ein nachträglicher Abschleifprozess oder ein nachträgliches Abdünnen zumindest einer der aufgebrachten Beschichtungen, nicht notwendig ist. Dadurch verringern sich sowohl ein Prozessaufwand als auch Prozesskosten.

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Bremskörpers (1) für eine Fahrzeugbremse (2), mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Bremskörpers (1), b) Glätten einer Reibfläche (3) des Bremskörpers (1) mittels Flachschleifen und/oder Polieren, wobei die Reibfläche (3) auf eine gemittelte Rautiefe R_Z von kleiner als oder gleich 6 µm geglättet wird, c) Aufbringen zumindest einer korrosionsfesten Beschichtung (6, 7) mittelbar unter Zwischenanordnung zumindest einer Zwischenschicht oder unmittelbar auf die geglättete Reibfläche (3), wobei die korrosionsfeste Beschichtung (6, 7) durch ein Atomlagenabscheidungsverfahren als Atomlagenabscheidungsschicht aufgebracht wird, und wobei die Atomlagenabscheidungsschicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 1 nm und höchstens 500 nm hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine verschleißfeste Beschichtung (10) aufgebracht wird, wobei eine Dicke der verschleißfesten Beschichtung (10) wenigstens 0,1 µm und höchstens 20 µm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfeste Beschichtung (10) durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die verschleißfeste Beschichtung (10) ein Carbid, ein Borid, ein Nitrid und/oder ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfeste Beschichtung (10) zwischen der Reibfläche (3) und der Atomlagenabscheidungsschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine haftvermittelnde Beschichtung (4, 9) aufgebracht wird, wobei eine Dicke der haftermittelnden Beschichtung (4, 9) wenigstens 0,001 µm und höchstens 15 µm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die haftvermittelnde Beschichtung (4, 9) durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren oder ein elektrochemisches Beschichtungsverfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die haftvermittelnde Beschichtung (4, 9) ein Carbid, ein Nitrid und/oder ein Metall verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die haftvermittelnde Beschichtung (4, 9) zwischen der Reibfläche (3) und der Atomlagenabscheidungsschicht und/oder zwischen der Atomlagenabscheidungsschicht und der verschleißfesten Beschichtung (10) aufgebracht wird.
Bremskörper (1) für eine Fahrzeugbremse (2), wobei der Bremskörper zumindest eine Reibfläche (3) aufweist, und wobei die Reibfläche (3) mittels Flachschleifen und/oder Polieren auf eine gemittelte Rautiefe Rz von kleiner als oder gleich 6 µm geglättet ist, und wobei zumindest eine korrosionsfeste Beschichtung (6, 7) mittelbar unter Zwischenanordnung zumindest einer Zwischenschicht oder unmittelbar auf die geglättete Reibfläche (3) aufgebracht ist, wobei die korrosionsfeste Beschichtung (6, 7) durch ein Atomlagenabscheidungsverfahren als Atomlagenabscheidungsschicht aufgebracht ist, und wobei die Atomlagenabscheidungsschicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 1 nm und höchstens 500 nm, hergestellt ist.