ES3036676T3

ES3036676T3 - Double-layer brake disc in nickel-free steel and manufacturing method

Info

Publication number: ES3036676T3
Application number: ES21844409T
Authority: ES
Inventors: Fabiano Carminati; Simone Biondo; Stefano Medici; Salvatore Giammarinaro
Original assignee: Brembo SpA
Current assignee: Brembo SpA
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2025-09-23
Anticipated expiration: 2041-12-23
Also published as: KR20230124674A; JP2024502781A; CA3206463A1; PL4267864T3; AR124503A1; MX2023007684A; EP4267864A1; HUE071799T2; IT202000032417A1; CN116867984A; WO2022137191A1; EP4267864B1; PL4267864T4; US20240044384A1

Abstract

Un disco de freno (1) para freno de disco comprende una banda de frenado (2) de fundición gris o acero, provista de dos superficies de frenado opuestas (2a, 2b), cada una de las cuales define al menos parcialmente una de las dos caras principales del disco (1). El disco de freno cuenta con una capa base (30) totalmente libre de níquel y uno o más carburos incluidos en el acero libre de níquel, que recubre al menos una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado. Una capa intermedia (300) de acero libre de níquel se interpone entre la capa base (30) y al menos una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado (2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Disco de freno de doble capa en acero sin níquel y procedimiento de fabricación

Campo de aplicación

La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar un disco de freno y a un disco de freno para frenos de disco.

Técnica anterior

Un disco de freno de un sistema de freno de disco de vehículo comprende una estructura anular, o banda de frenado, y un elemento de fijación central, conocido como campana, por el que el disco se fija a la parte rotatoria de una suspensión de vehículo, por ejemplo, un cubo. La banda de frenado está provista de superficies de frenado opuestas adecuadas para cooperar con elementos de fricción (pastillas de freno), alojados en al menos un cuerpo de pinza colocado a horcajadas de dicha banda de frenado e integral con un componente no rotatorio de la suspensión de vehículo. La interacción controlada entre las pastillas de freno opuestas y las superficies de frenado opuestas de la banda de frenado determinan por fricción una acción de frenado que permite la desaceleración o detención del vehículo.

En general, el disco de freno se fabrica de hierro de fundición gris o de acero. De hecho, este material permite obtener buen rendimiento de frenado (especialmente en términos de desgaste limitado) a relativamente bajos costes. Los discos fabricados de materiales de carbono o de carbono-cerámica ofrecen un rendimiento mucho mayor, pero a un coste mucho mayor.

Las limitaciones de los discos tradicionales de hierro fundido o de acero están ligadas a un desgaste excesivo. En lo que se refiere a los discos de hierro de fundición gris, otro aspecto muy negativo está ligado a la excesiva oxidación de superficie, con la consiguiente formación de óxido. Este aspecto afecta tanto al rendimiento del disco de freno como a su apariencia, ya que el óxido en el disco de freno es estéticamente inaceptable para el usuario. Se realizó un intento de abordar estos problemas fabricando los discos en hierro de fundición gris o acero con un revestimiento protector. El revestimiento protector sirve por una parte para reducir el desgaste del disco y por otra parte para proteger la base de hierro de fundición gris de la oxidación de superficie, evitando por tanto la formación de una capa de óxido. Los revestimientos protectores disponibles hoy en día y aplicados sobre los discos, aunque ofrecen resistencia al desgaste, están sujetos, sin embargo, a descamación que provoca el desprendimiento de los mismos del propio disco.

Un revestimiento protector de este tipo se describe, por ejemplo, en la patente US4715486, con relación a un freno de disco de bajo desgaste. El disco, fabricado en particular de hierro fundido, tiene un revestimiento fabricado con un material en partículas depositado sobre el disco con una técnica de impacto de alta energía cinética. De acuerdo con un primer modo de realización, el revestimiento contiene de un 20 % a un 30 % de carburo de volframio, un 5 % de níquel y el resto de una mezcla de carburos de cromo y volframio.

En el caso de la aplicación del revestimiento con técnicas de pulverización de llama, una causa del desprendimiento de los revestimientos protectores tradicionales de los discos de aluminio o de aleación de aluminio es la presencia de carbono libre en el revestimiento protector. Este fenómeno también afecta a los discos de hierro de fundición gris o de acero.

Se ha propuesto una solución a los problemas mencionados anteriormente por el mismo solicitante en la solicitud internacional WO2014/097187 con respecto a discos fabricados de hierro de fundición gris o de acero. Se compone de crear un revestimiento protector sobre las superficies de frenado de un disco de freno obtenido depositando un material en forma de partículas compuesto por de un 70 a un 95 % en peso de carburo de volframio, de un 5 % a un 15 % en peso de cobalto y de un 1 % a un 10 % en peso de cromo. El depósito del material en forma de partículas se obtiene por la técnica HVOF (combustible con oxígeno a alta velocidad), o por la técnica HVAF (combustible con aire a alta velocidad) o por la técnica KM (metalización cinética).

Más en detalle, de acuerdo con la solución ofrecida en el documento WO2014/097187, la combinación de la técnica de depósito HVOF, HVAF o KM y los componentes químicos usados para la formación del revestimiento permite obtener un revestimiento protector con alta fuerza de adhesión, que garantiza un alto grado de anclaje sobre hierro de fundición gris o acero. La solución anterior permite reducir significativamente los fenómenos de descamación del revestimiento protector registrados en la técnica anterior, pero no eliminarlos por completo. De hecho, incluso en discos provistos de un revestimiento protector fabricados de acuerdo con el documento WO2014/097186, se continúan produciendo el desprendimiento y la caída del revestimiento protector, aunque con menos frecuencia que en la técnica anterior.

La descamación y la caída mencionadas anteriormente pueden contribuir en particular a la liberación por frotamiento de partículas de níquel, un metal que contribuye significativamente a los fenómenos de sensibilización en la población.

Sin embargo, en el campo específico de la producción de acero para discos de freno, hasta la fecha, la presencia de níquel se considera esencial ya que incrementa la resistencia del acero y la tenacidad. Además, el níquel incrementa la resistencia del acero a la oxidación y a la corrosión, pero, sobre todo, el níquel incrementa la resistencia abrasiva del acero y la resistencia térmica de ese acero, aspectos que son sumamente pertinentes para los esfuerzos a los que están sometidos los discos de freno. Por lo tanto, hasta la fecha, la presencia de níquel se considera un elemento esencial para la producción de un disco de freno de hierro fundido o de acero.

Teniendo en cuenta las ventajas en términos de resistencia al desgaste garantizadas por los revestimientos protectores y la necesidad simultánea de mantener la presencia de níquel en la composición del disco de freno, la necesidad de resolver las desventajas mencionadas en referencia a la técnica anterior está muy patente en el campo.

En particular, está patente la necesidad de tener discos de hierro de fundición gris o de acero que puedan reducir la liberación de partículas de níquel, pero al mismo tiempo que puedan garantizar un rendimiento térmico y mecánico adecuado o equivalente típico de los discos de freno de la técnica anterior, incluyendo una alta resistencia al desgaste del disco y fiabilidad en el tiempo.

De acuerdo con otro aspecto, también está patente la necesidad de fabricar discos de acero con un menor consumo de recursos necesarios para la producción (y por lo tanto también de costes), mientras se mantiene una dureza adecuada del revestimiento y al mismo tiempo una liberación reducida (o incluso nula) de partículas de níquel.

Además, el documento WO 2019/021161 A1 divulga un disco de freno con un cuerpo principal fabricado de hierro fundido, una capa intermedia y una capa base, ambas capas contienen níquel. Mientras que, el documento WO 2014/097186 a 1 divulga un disco de freno con un cuerpo principal fabricado de aluminio y una capa antifricción que no contiene níquel.

Divulgación de la invención

La necesidad de discos de freno que puedan reducir la liberación de partículas de níquel, pero al mismo tiempo puedan garantizar un rendimiento térmico y mecánico adecuado o equivalente, se satisface por un disco de freno y por un procedimiento para fabricar un disco de freno de acuerdo con las reivindicaciones independientes adjuntas.

Descripción de los dibujos

Otros rasgos característicos y ventajas de la presente invención se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción de modos de realización preferentes y no limitantes de la misma, en los que:

- la figura 1 muestra una vista en planta superior de un freno de disco de acuerdo con un modo de realización de la presente invención;

- la figura 2 muestra una vista en sección del disco de la figura 1 de acuerdo con la línea de sección II-II indicada en la misma, de acuerdo con un modo de realización de la presente invención;

- la figura 3 muestra una vista en sección del disco de la figura 1 de acuerdo con la línea de sección M-M indicada en la misma, de acuerdo con otro modo de realización de la presente invención;

- la figura 4 muestra una vista en sección de la mitad de una banda de frenado de acuerdo con un modo de realización de la presente invención;

- la figura 5 muestra una vista en sección de la mitad de una banda de frenado de acuerdo con un segundo modo de realización de la presente invención;

- la figura 6 muestra una vista en sección de la mitad de una banda de frenado de acuerdo con un tercer modo de realización de la presente invención;

- la figura 7 muestra una vista en sección de la mitad de una banda de frenado de acuerdo con un cuarto modo de realización de la presente invención;

- la figura 8 muestra una vista en sección de la mitad de una banda de frenado de acuerdo con un quinto modo de realización de la presente invención;

- la figura 9 muestra una vista en sección de la mitad de una banda de frenado de acuerdo con un sexto modo de realización de la presente invención;

- la figura 10 muestra una vista en sección de la mitad de una banda de frenado de acuerdo con un séptimo modo de realización de la presente invención.

Los elementos o partes de elementos comunes a los modos de realización descritos a continuación en el presente documento se indicarán con los mismos números de referencia.

Descripción detallada

Con referencia a las figuras anteriores, el número de referencia 1 indica globalmente un disco de freno de acuerdo con la presente invención.

En el presente análisis, cuando se indican intervalos de porcentajes numéricos, siempre se entiende que están incluidos los extremos de estos intervalos, a menos que se especifique de otro modo.

De acuerdo con un modo de realización general de la invención, ilustrado en las figuras adjuntas, el disco de freno 1 comprende una banda de frenado 2, provista de dos superficies de frenado opuestas 2a y 2b, de las que cada una define al menos parcialmente una de las dos caras principales del disco.

La banda de frenado 2 se fabrica de hierro de fundición gris o de acero.

Preferentemente, la banda de frenado 2 se fabrica de hierro de fundición gris. En particular, todo el disco se fabrica de hierro de fundición gris. En el resto de la descripción se hará referencia, por lo tanto, a un disco de hierro de fundición gris, sin excluir, sin embargo, la posibilidad de que se fabrique de acero.

El disco 1 está provisto de una capa base 30 que cubre al menos una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y se fabrica preferentemente en contacto directo con dichas superficies de frenado 2a, 2b.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, dicha capa base 30 se compone de acero que tiene un contenido de níquel inferior a o como máximo igual a un 15 %.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, dicha capa base 30 se compone de acero que tiene un contenido de níquel inferior a o como máximo igual a un 7,5 %, incluso más preferentemente inferior a o como máximo igual a un 5 %.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, dicha capa base 30 está totalmente libre de níquel. Esto permite limitar, si no evitar, la dispersión de partículas de níquel durante la vida del disco de freno 1.

En general, en el presente análisis, cuando se hace referencia a frases tales como "libre de níquel" o "sin níquel" o similares, se quiere decir exactamente la ausencia total de níquel pero también una ausencia de níquel menor que una pequeña cantidad de níquel que puede estar presente debido a trazas o impurezas residuales debido al proceso de fabricación, pero en cualquier caso cantidades de níquel inferiores a un 1 % o posiblemente como máximo estrictamente inferiores a un 5 %, para cualquier capa.

Está claro que, para los expertos en la técnica, es conocido lo que se quiere decir cuando se hace referencia a porcentajes de contenido de níquel o de cualquier otro componente del acero o de la aleación de hierro fundido. Por ejemplo, en general se hace referencia al contenido porcentual en masa con respecto al contenido total de la aleación. Por lo tanto, en la continuación del presente análisis, solo se especificarán cálculos porcentuales particulares cuando se desvíen de la definición mencionada anteriormente; cuando no se especifiquen, los porcentajes indicados se deben considerar como entendibles por los expertos en la técnica.

De acuerdo con un modo de realización de la invención, el acero de la capa base 30 se compone de un 10 % a un 15 % de cromo, Cr, como máximo un 1 % de silicio, Si, como máximo un 4 % de manganeso, Mn, entre un 0,16 % y un 0,5 % de carbono, C, y para el resto, de hierro, Fe, es decir, para el porcentaje restante en peso de hierro. Esto permite obtener un acero martensítico, sin contenido de níquel.

Preferentemente, el contenido de carbono, C, del acero de la capa base está comprendido entre un 0,16 y un 0,25 %.

De forma ventajosa, la composición mencionada permite usar un porcentaje reducido de cualquier carburo incluido en el acero, sin reducir la dureza de ningún revestimiento (descrito con más detalle más adelante en el texto).

De acuerdo con una variante de modo de realización preferente, el contenido de cromo (Cr) en el acero de la capa base 30 está comprendido entre un 11 % y un 14 %, extremos incluidos.

De acuerdo con una variante de modo de realización de la invención, por ejemplo, mostrada en la figura 5, la capa base 30 también se compone de uno o más carburos incluidos en el acero sin níquel. Dicha inclusión se obtiene por medio de técnicas conocidas para los expertos en la técnica de inclusión de carburos en acero, por ejemplo, los carburos se disuelven en la aleación.

Preferentemente, el uno o más carburos incluidos comprenden al menos un carburo seleccionado del grupo que comprende: carburo de volframio (WC), carburo de cromo (preferentemente, pero no limitado a, Cr3C2), carburo de niobio (NbC), carburo de titanio (TiC). Está claro que también pueden estar presentes más de un carburo seleccionado del grupo mencionado anteriormente o todos los carburos presentes en el presente grupo.

El uno o más carburos incluidos comprenden al menos un carburo seleccionado del grupo que comprende: carburo de volframio (WC), carburo de cromo (por ejemplo, Cr3C2), carburo de niobio (NbC), carburo de titanio (TiC).

De acuerdo con un modo de realización ventajoso, mostrado, por ejemplo, en la figura 6, el disco de freno 1 comprende un revestimiento de superficie protector 3 que cubre la capa base 30 al menos en el lado de una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado. Dicho revestimiento de superficie protector 3 está dispuesto en un lado de la capa base 30 que no está orientado hacia la superficie de frenado 2a, 2b. Además, el revestimiento protector de superficie 3 se compone de al menos un carburo o más carburos en forma de partículas que se pueden depositar por la técnica de depósito por pulverización térmica, por ejemplo, por la técnica HVOF (oxicombustible a alta velocidad), o por la técnica HVAF (combustible con aire a alta velocidad) o por la técnica APS (pulverización de plasma atmosférica) o por la técnica de depósito por pulverización en frío, por ejemplo, por la técnica KM (metalización cinética), o por la técnica de depósito usando rayo láser, por ejemplo, por la técnica LMD (depósito metálico por láser), o por la técnica HSLC, chapado con láser a alta velocidad, o por la técnica EHLA, aplicación con láser a extremadamente alta velocidad, o por la técnica TSC, chapado a velocidad máxima.

El revestimiento protector de superficie 3 se obtiene, por lo tanto, depositando directamente sobre el disco 1 uno o más carburos en forma de partículas también por la técnica HVOF, o por la técnica HVAF (combustible con aire a alta velocidad) o por la técnica KM (metalización cinética), preferentemente carburo de volframio (WC) o carburo de cromo (por ejemplo, Cr3C2) o carburo de niobio (NbC) o carburo de titanio (TiC).

De acuerdo con otra variante de un modo de realización, el revestimiento protector de superficie 3 se compone de acero que tiene un contenido de níquel inferior a o como máximo igual a un 15 % o inferior a o como máximo igual a un 7,5 %, o inferior a o como máximo igual a un 5 %, o incluso más preferentemente totalmente libre de níquel, y de uno o más carburos incluidos en el acero. En esta variante, en otras palabras, se unen por encima de la banda de hierro fundido la capa base 30 de acero sin níquel y por encima un revestimiento de superficie protector 3 compuesto por el acero mencionado anteriormente y uno o más carburos incluidos en el acero en el orden indicado.

La presencia de carburos depositados en la superficie o incluidos en el acero sustancial o totalmente sin níquel permite impartir resistencia mecánica y resistencia al desgaste, para compensar la escasez o falta total de níquel en el interior del acero.

De acuerdo con una variante, el revestimiento protector de superficie 3 se compone de uno o más de los siguientes carburos: carburo de volframio (WC), carburo de niobio (NbC), carburo de cromo (por ejemplo, Cr3C2), carburo de titanio (TiC). Preferentemente, dicho revestimiento de superficie protector 3 se obtiene depositando sobre la capa base 30 uno o más de los carburos mencionados anteriormente en forma de partículas por la técnica de depósito por pulverización térmica, por ejemplo, por la técnica HVOF (oxicombustible a alta velocidad), o por la técnica HVAF (combustible con aire a alta velocidad) o por la técnica APS (pulverización de plasma atmosférica) o por la técnica de depósito por pulverización en frío, por ejemplo, por la técnica KM (metalización cinética), o por la técnica de depósito usando rayo láser, por ejemplo, por la técnica LMD (depósito metálico por láser), o por la técnica HSLC, chapado con láser a alta velocidad, o por la técnica EHLA, aplicación con láser a extremadamente alta velocidad, o por la técnica TSC, chapado a velocidad máxima. Por lo tanto, está claro que también pueden estar presentes más de un carburo seleccionado del grupo mencionado anteriormente o todos los carburos presentes en el presente grupo.

De acuerdo con un modo de realización ventajoso, el revestimiento protector de superficie 3 se compone de carburo de cromo (por ejemplo, Cr3C2) y carburo de titanio (TiC).

De acuerdo con una variante, el revestimiento protector de superficie 3 se compone de al menos un óxido metálico o una mezcla de óxidos metálicos o una mezcla de metales y materiales cerámicos, preferentemente una mezcla de óxidos de aluminio AhO3, o una mezcla de AhO3 y matriz intermetálica Fe-Cr, por ejemplo, Fe28Cr.

De acuerdo con una variante de modo de realización ventajosa, el revestimiento protector de superficie 3 se compone de uno o más de los siguientes carburos: carburo de volframio (WC), carburo de niobio (NbC), carburo de cromo (por ejemplo, Cr3C2), titanio (TiC), mezclado con una mezcla de óxidos metálicos o mezclado con una mezcla de metales y materiales cerámicos, preferentemente con una mezcla de óxidos de aluminio AhO3, o una mezcla de AhO3 y matriz intermetálica Fe-Cr, por ejemplo, Fe28Cr.

Está claro que los óxidos o mezclas de óxidos, o los metales o mezclas de metales y materiales cerámicos, o las mezclas de carburos y óxidos metálicos descritos anteriormente se depositan preferentemente por las mismas técnicas de depósito de los carburos en forma de partículas descritas anteriormente y en el presente análisis.

Preferentemente, el revestimiento protector de superficie 3 tiene un espesor comprendido entre 30 |jm y 150 |jm y, preferentemente, entre 50 jm y 90 jm .

De acuerdo con un modo de realización de la presente invención, el acero de la capa base 30 comprende entre un 10 % y un 20 % de cromo (Cr).

De acuerdo con un modo de realización de la presente invención, el acero de la capa base 30 comprende al menos un 15 % de cromo (Cr), incluso más preferentemente entre un 16 % y un 18 % de cromo.

De acuerdo con un modo de realización, el acero de la capa base 30 comprende como máximo un 5 % de manganeso (Mn), incluso más preferentemente, el contenido de manganeso está entre un 0,5 % y un 5 %, extremos incluidos, para compensar al menos parcialmente la falta de las propiedades de la aleación de acero en general impartidas por la presencia de níquel, incrementando la resistencia mecánica.

En particular, de acuerdo con un modo de realización, para compensar la escasa cantidad o la completa ausencia de níquel y obtener rendimientos adecuados para un disco de freno, el acero de la capa base 30 se compone de un 10 a un 20 % de cromo (Cr) en peso, preferentemente entre de un 16 % a un 18 % de cromo (Cr) en peso, como máximo un 1,5 % en peso de silicio (Si), como máximo un 2 % en peso de manganeso (Mn), como máximo un 0,03 % en peso de carbono (C) y para el resto, hierro (Fe), es decir, el porcentaje restante en peso de hierro.

Preferentemente, la capa base 30 tiene un espesor comprendido entre 20 jm y 300 jm y, preferentemente, igual a 90 jm .

De acuerdo con una variante de la invención, para compensar la baja cantidad o la completa ausencia de níquel y obtener un rendimiento adecuado para un disco de freno, el acero de la capa base 30 tiene un contenido de molibdeno entre un 0,5 % y un 10 %, incluso más preferentemente entre un 0,5 % y un 4,5 %, extremos incluidos y un contenido de manganeso comprendido entre un 0,5 % y un 5 %. La presencia de molibdeno y manganeso en los porcentajes anteriores permite obtener una resistencia a la corrosión adecuada y al mismo tiempo una resistencia mecánica adecuada.

De acuerdo con un modo de realización, entre la capa base 30 y al menos una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado 2 se interpone una capa intermedia 300 de acero que comprende níquel, preferentemente con un contenido de níquel mayor que un 5 % en el caso en que la capa base 30 esté totalmente libre de níquel o, incluso más preferentemente, con un contenido de níquel de al menos un 5 % e, incluso más preferentemente, con un contenido de níquel de al menos un 5 % y menor que un 15 %.

De acuerdo con un modo de realización, la capa intermedia 300 comprende un acero con un contenido de níquel de como máximo un 15 % o igual a un 15 %.

De acuerdo con un modo de realización, la capa intermedia 300 comprende un acero con un contenido de níquel de como máximo un 7,5 % o igual a un 7,5 %.

De acuerdo con otro modo de realización, una capa intermedia 300 de acero sin níquel se interpone entre la capa base 30 y al menos una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado.

De acuerdo con un modo de realización, la capa intermedia 300 comprende un acero sin níquel compuesto por de un 10 % a un 15 % de cromo (Cr), como máximo un 1 % de silicio (Si), como máximo un 4 % de manganeso (Mn), de un 0,16 % a un 0,5 % de carbono (C) y para el resto, hierro (Fe). Preferentemente, el contenido de carbono (C) está comprendido entre un 0,16 % y un 0,25 %.

La presencia de la capa intermedia 300 permite obtener un disco con rasgos característicos mecánicos adecuados, pero al mismo tiempo con un impacto ambiental reducido, en virtud de la presencia de la capa base 30.

De acuerdo con un modo de realización, la capa intermedia 300 comprende acero compuesto de un 10 % a un 15 % de cromo (Cr), como máximo un 1 % de silicio (Si), como máximo un 4 % de manganeso (Mn), de un 0,16 % a un 0,5%de carbono (C) y para el resto, hierro (Fe). Preferentemente, el contenido de carbono (C) del acero de la capa intermedia 300 está comprendido entre un 0,16 % y un 0,25 %, extremos incluidos.

De acuerdo con un modo de realización, el revestimiento protector de superficie 3 comprende acero compuesto por de un 10 % a un 15 % de cromo (Cr), como máximo un 1 % de silicio (Si), como máximo un 4 % de manganeso (Mn), entre un 0,16 % y un 0,5 % de carbono (C) y para el resto, hierro (Fe), preferentemente sin níquel.

Preferentemente, el contenido de carbono (C) del acero del revestimiento protector de superficie está comprendido entre un 0,16 % y un 0,25 %, extremos incluidos.

De acuerdo con un modo de realización, una capa auxiliar de nitrocarburación ferrítica o una capa de ferroaluminización auxiliar se interpone entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa base 30, o entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa intermedia 300, o entre la capa base 30 y el revestimiento protector de superficie 3, o entre la capa intermedia 300 y la capa base 30.

De acuerdo con un modo de realización, una capa auxiliar de nitrocarburación ferrítica y una capa de ferroaluminización auxiliar se interponen entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa base 30, o entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa intermedia 300, o entre la capa base 30 y el revestimiento protector de superficie 3, o entre la capa intermedia 300 y la capa base 30.

Para simplificar el análisis, se describirá ahora el disco de freno 1 contextualmente al procedimiento de acuerdo con la presente invención. El disco de freno 1 se fabrica preferentemente, pero no necesariamente, por el procedimiento de acuerdo con la invención que se describirá ahora.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, un modo de realización general del procedimiento de acuerdo con la invención comprende las siguientes etapas operativas:

a) preparar un disco de freno, que comprende una banda de frenado y provista de dos superficies de frenado opuestas 2a, 2b, de las que cada una define al menos parcialmente una de las dos caras principales del disco, fabricándose la banda de frenado de hierro de fundición gris o de acero;

b) depositar una capa de acero que comprende como máximo un 15 % de níquel, preferentemente por una técnica de depósito por láser, por ejemplo, depósito metálico por láser o depósito de material por láser a extremadamente alta velocidad o por una técnica de depósito por pulverización térmica, o por una técnica de depósito por pulverización en frío, para formar la capa base 30;

c) depositar opcionalmente sobre dicha capa base 30 un material en forma de partículas compuesto por carburo de volframio (WC) o carburo de niobio (NbC) o carburo de titanio (TiC) o posiblemente carburo de cromo por una técnica de depósito por pulverización térmica, por ejemplo, por la técnica HVOF (oxicombustible a alta velocidad), la técnica HVAF (combustible con aire a alta velocidad), la técnica APS (pulverización de plasma atmosférica) o una técnica de depósito por pulverización en frío, por ejemplo, por la técnica KM (metalización cinética), o por una técnica de depósito por rayo láser, por ejemplo, por la técnica LMD (depósito metálico por láser), o por la técnica HSLC (chapado por láser a alta velocidad), o por la técnica EHLA (aplicación con láser a extremadamente alta velocidad), o por la técnica TSC (chapado a velocidad máxima), formando un revestimiento de superficie protector 3 que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado, por ejemplo, que cubre la capa base 30, preferentemente al menos por toda la superficie de una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, en otro modo de realización general del procedimiento de acuerdo con la invención comprende las siguientes etapas operativas:

b) depositar una capa de acero completamente libre de níquel, preferentemente por la técnica de depósito por láser, por ejemplo, depósito metálico por láser o depósito de material por láser a extremadamente alta velocidad o por la técnica de depósito por pulverización térmica, o por la técnica de depósito por pulverización en frío, para formar la capa base 30;

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, en otro modo de realización general del procedimiento de acuerdo con la invención comprende las siguientes etapas operativas:

a1) después de la etapa a), depositar sobre al menos una de las dos superficies de frenado opuestas 2a, 2b, una capa intermedia 300 compuesta por acero sin níquel;

b) después de la etapa a1), depositar una capa de acero completamente libre de níquel, preferentemente por la técnica de depósito por láser, por ejemplo, depósito metálico por láser o depósito de material por láser a extremadamente alta velocidad o por la técnica de depósito por pulverización térmica, o por la técnica de depósito por pulverización en frío, para formar la capa base 30;

De acuerdo con un modo de realización, la etapa a1) proporciona depositar una capa intermedia 300 compuesta por acero sin níquel y de un 10 % a un 15 % de cromo (Cr), como máximo un 1 % de silicio (Si), como máximo un 4 % de manganeso (Mn), de un 0,16 % a un 0,5 % de carbono (C), preferentemente de un 0,16 % a un 0,25 % de carbono (C), extremos incluidos y para el resto, de hierro (Fe). De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, en otro modo de realización general del procedimiento de acuerdo con la invención comprende las siguientes etapas operativas:

a) preparar un disco de freno 1, que comprende una banda de frenado 2 provista de dos superficies de frenado opuestas 2a, 2b, de las que cada una define al menos parcialmente una de las dos caras principales del disco, fabricándose la banda de frenado de hierro de fundición gris o de acero;

b) depositar una capa base 30 compuesta por acero totalmente libre de níquel y de un 10 % a un 15 % de cromo (Cr), como máximo un 1 % de silicio (Si), como máximo un 4 % de manganeso (Mn), de un 0,16 % a un 0,5 % de carbono (C), preferentemente de un 0,16 % a un 0,25 % y para el resto, hierro (Fe).

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un modo de realización general del procedimiento de acuerdo con la invención comprende las siguientes etapas operativas:

a1) después de la etapa a), depositar sobre al menos una de las dos superficies de frenado opuestas 2a, 2b, una capa intermedia 300 compuesta por acero que comprende níquel, preferentemente de acuerdo con los rasgos característicos descritos en los párrafos previos del presente análisis;

c) depositar opcionalmente sobre dicha capa base 30 un material en forma de partículas compuesto por carburo de volframio (WC) o carburo de niobio (NbC) o carburo de titanio (TiC) o posiblemente carburo de cromo por una técnica de depósito por pulverización térmica, por ejemplo, por la técnica HVOF (oxicombustible a alta velocidad), la técnica HVAF (oxicombustible a alta velocidad), la técnica APS (pulverización de plasma atmosférica) o una técnica de depósito por pulverización en frío, por ejemplo, por la técnica KM (metalización cinética), o por una técnica de depósito por rayo láser, por ejemplo, por la técnica LMD (depósito metálico por láser), o por la técnica HSLC (chapado por láser a alta velocidad), o por la técnica EHLA (aplicación con láser a extremadamente alta velocidad), o por la técnica TSC (chapado a velocidad máxima), formando un revestimiento de superficie protector 3 que cubre al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado, por ejemplo, que cubre la capa base 30, preferentemente al menos por toda la superficie de una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado.

Además de las variantes de modo de realización generales mencionadas anteriormente del procedimiento de acuerdo con la presente invención, el procedimiento preferentemente proporciona las etapas adicionales que se describirán a continuación.

Preferentemente, en la etapa c) el carburo de volframio (WC) o el carburo de niobio (NbC) o el carburo de titanio (TiC) o posiblemente el carburo de cromo se dispersa en una matriz metálica.

De acuerdo con un modo de realización preferente, en la etapa c), el material en forma de partículas se compone de carburo de cromo y carburo de titanio.

De forma ventajosa, el disco de freno se dispone con una parte adecuada para fijar el disco a un vehículo, compuesta por una parte anular 4 dispuesta centralmente con respecto al disco 1 y concéntrica con respecto a la banda de frenado 2. La parte de fijación 4 sostiene el elemento de conexión 5 al cubo de la rueda (es decir, la campana). La campana se puede fabricar en una sola pieza con la parte de fijación anular (como se ilustra en las figuras adjuntas) o se puede fabricar por separado y, por lo tanto, fijarse a través de elementos de conexión adecuados a la parte de fijación.

La parte de fijación anular 4 se puede fabricar del mismo material que la banda de frenado, es decir, de hierro de fundición gris, o de otro material adecuado. La campana 5 también se puede fabricar de hierro de fundición gris o de otro material adecuado. En particular, la totalidad del disco (es decir, la banda de frenado, la parte de fijación y la campana) se puede fabricar de hierro de fundición gris.

Preferentemente, la banda de frenado 2 se fabrica por fundición. De forma similar, cuando se fabrican de hierro de fundición gris, la parte de fijación y/o la campana se pueden fabricar por fundición.

La parte de fijación anular se puede fabricar en un único cuerpo con la banda de frenado (como se ilustra en las figuras adjuntas) o fabricarse como un cuerpo separado, conectado mecánicamente a la banda de frenado.

Con respecto a las técnicas HVOF, HVAF o KM, o LMD o HSLC, estas son tres técnicas de depósito que son conocidas para los expertos en la técnica y, por lo tanto, no se describirán en detalle.

HVOF (combustible con oxígeno a alta velocidad) es una técnica de depósito por pulverización de polvo que usa un dispositivo de pulverización provisto de una cámara de mezcla y combustión y una boquilla de pulverización. La cámara se suministra con oxígeno y combustible. El gas de combustión caliente que se forma a presiones cercanas a 1 MPA pasa a través de la boquilla convergente-divergente hacia el material en polvo alcanzando velocidades hipersónicas (es decir mayores que MACH 1). El material de polvo que se va a depositar se inyecta en la corriente de gas caliente, donde se funde rápidamente y se acelera hasta velocidades del orden de 1000 m/s. Una vez que impacta en la superficie de depósito, el material fundido se enfría rápidamente y debido al impacto con alta energía cinética forma una estructura muy densa y compacta.

La técnica de depósito de combustible con aire a alta velocidad (HVAF) es similar a la técnica HVOF. La diferencia es que en la técnica HVAF la cámara de combustión se alimenta con aire en lugar de oxígeno. Por lo tanto, las temperaturas implicadas son inferiores a las del HVOF. Esto permite un mayor control de la alteración térmica del revestimiento.

La técnica de depósito KM (metalización cinética) es un proceso de depósito en estado sólido en el que se pulverizan polvos metálicos a través de una boquilla de depósito sónica bifásica que acelera y carga triboeléctricamente las partículas metálicas dentro de una corriente de gas inerte. Se espera que se suministre energía térmica a la corriente de transporte. El proceso transforma la energía potencial de la corriente de gas inerte comprimido y la energía térmica suministrada en energía cinética de los polvos. Una vez aceleradas a alta velocidad y cargadas eléctricamente, las partículas se dirigen contra la superficie de depósito. La colisión a alta velocidad de las partículas metálicas con esta superficie provoca una gran deformación de las partículas (aproximadamente un 80 % en la dirección normal al impacto). Esta deformación da como resultado un enorme incremento en el área de superficie de las partículas. Tras el impacto, el efecto es, por lo tanto, un contacto íntimo entre las partículas y la superficie de depósito, lo que da lugar a la formación de enlaces metálicos y a un revestimiento con una estructura muy densa y compacta.

De forma ventajosa, como alternativa a las tres técnicas de depósito enumeradas anteriormente, que comparten el hecho de ser técnicas de depósito por impacto de alta energía cinética, también se pueden usar otras técnicas que aprovechan procedimientos de depósito diferentes, pero que pueden generar revestimientos que tienen una estructura muy densa y compacta.

La combinación de la técnica de depósito HVOF o HVAF o KM o LMD o HSLC y los componentes químicos usados para la formación de la capa base 30 y el revestimiento protector de superficie 3, permite tanto obtener una alta resistencia de unión sobre el material inferior sobre el que se depositan como el depósito de polvos con alto contenido en carburo.

Como ya se mencionó anteriormente, la capa base 30 y el revestimiento de superficie protector 3 cubren al menos una de las dos superficies de frenado de la banda de frenado.

A continuación en el presente documento, el término "revestimiento" se referirá tanto al conjunto dado por la capa base 30 y el revestimiento de superficie protector 3, como a la capa base 30 sola, en la variante que no proporciona el revestimiento protector de superficie 3, pero que proporciona la inclusión de carburos en la capa base 3.

Preferentemente, como se ilustra en la figura 2 y la figura 3, el disco 1 está provisto de un revestimiento 3, 30 que cubre ambas superficies de frenado 2a y 2b de la banda de frenado 2.

En particular, el revestimiento 3, 30 puede cubrir solo la banda de frenado, en una única superficie de frenado o en ambas.

De acuerdo con modos de realización no ilustrados en las figuras adjuntas, el revestimiento 3, 30 se puede extender también a otras partes del disco 1 tales como la parte de fijación anular 4 y la campana 5, hasta cubrir toda la superficie del disco 1. En particular, el revestimiento 3, 30 puede cubrir, además de la banda de frenado, solo la parte de fijación o solo la campana. La elección viene dictada por motivos esencialmente estéticos, para tener una coloración y/o acabado homogéneo en la totalidad del disco o entre algunas partes del mismo.

De forma ventajosa, el depósito del material particulado para la formación del revestimiento 3, 30 se puede llevar a cabo de manera diferenciada sobre la superficie del disco al menos en términos de espesor del revestimiento.

En la banda de frenado, el revestimiento 3, 30 se puede fabricar con el mismo espesor en las dos superficies de frenado opuestas. Se pueden proporcionar soluciones alternativas en las que el revestimiento 3, 30 se fabrica diferenciando los diferentes espesores entre las dos superficies de frenado de la banda de frenado.

De acuerdo con un modo de realización del procedimiento, la etapa b) de depositar la capa base 30 proporciona depositar una composición en forma de partículas compuesta por acero que tiene un contenido de níquel de como máximo un 15 % o como máximo un 7,5 % o como máximo un 5 % o acero totalmente libre de níquel, por la técnica de depósito por láser, preferentemente LMD (depósito metálico por láser) o EHLA (depósito de material por láser a extremadamente alta velocidad), o por la técnica de depósito por pulverización térmica, o por la técnica de depósito por pulverización en frío.

En un modo de realización ventajoso, en la etapa b) la composición en forma de partículas comprende además carburos mezclados en un porcentaje que no excede un 50 % en peso de la composición de partículas total.

En un modo de realización ventajoso, en la etapa b) la composición en forma de partículas, además de acero, también incluye óxidos metálicos o una mezcla de metales y materiales cerámicos, preferentemente una mezcla de óxidos de aluminio, AhO3, o una mezcla de AhO3 y matriz intermetálica Fe-Cr, por ejemplo, Fe28Cr.

De acuerdo con un modo de realización, en la etapa b) la composición en forma de partículas, además de acero, también incluye óxidos metálicos o una mezcla de metales y materiales cerámicos, preferentemente una mezcla de óxidos de aluminio, AhO3, o una mezcla de AhO3 y matriz intermetálica Fe-Cr, por ejemplo, Fe28Cr, y también uno o más carburos seleccionados del grupo que comprende: carburo de volframio (WC), carburo de niobio (NbC), carburo de titanio (TiC), carburo de cromo.

Por lo tanto, está claro que, en virtud de las variantes del procedimiento mencionadas anteriormente, es posible obtener una banda de frenado 2 en la que la capa base 30 comprende una mezcla de acero y óxidos metálicos descrita anteriormente o, en otra variante, una mezcla de acero y óxidos metálicos y carburos descrita anteriormente.

Las variantes de modo de realización preferentes de la banda de frenado y el orden de disposición de la capa base 30, de la capa intermedia 300 y de la capa de revestimiento de superficie 3, se entenderán más también con referencia a las figuras adjuntas.

Preferentemente, la etapa a1) de depositar la capa intermedia 300 proporciona depositar una composición en forma de partículas compuesta por acero que tiene un contenido de níquel entre un 5 % y un 15 %, por medio de una técnica de depósito por láser, preferentemente LMD (depósito metálico por láser) o EHLA (depósito de material por láser a extremadamente alta velocidad), o por la técnica de depósito por pulverización térmica, o por la técnica de depósito por pulverización en frío.

De acuerdo con una variante de modo de realización ventajosa del procedimiento, se proporciona la etapa e1) de depositar una capa auxiliar de nitrocarburación ferrítica entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa base 30, y/o entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa intermedia 300, y/o entre la capa base 30 y el revestimiento de superficie protector 3, y/o entre la capa intermedia 300 y la capa base 30.

De acuerdo con un modo de realización ventajoso, el procedimiento comprende la etapa e2) de depositar una capa de ferroaluminización auxiliar entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa base 30, y/o entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa intermedia 300, y/o entre la capa base 30 y el revestimiento de superficie protector 3, y/o entre la capa intermedia 300 y la capa base 30.

Preferentemente, la etapa de ferroaluminización e2) comprende las etapas de:

e21) sumergir al menos parcialmente dicha banda de frenado 2 en aluminio fundido mantenido a una temperatura predeterminada de modo que el aluminio fundido cubra al menos una región de superficie predeterminada de dicha banda de frenado 2, prolongándose dicha inmersión durante un período de tiempo predeterminado para permitir la difusión de átomos de aluminio en la microestructura de superficie de dicho hierro fundido o acero con la consiguiente formación de compuestos intermetálicos de ferroaluminio en una capa de superficie de dicha banda de frenado 2, generando, por tanto, una capa que comprende compuestos intermetálicos de ferroaluminio en dicha región de superficie predeterminada de dicha banda de frenado 2;

e22) retirar dicha banda de frenado 2 del aluminio fundido; e23) retirar el aluminio que queda en dicha banda de frenado 2 después de la extracción, para exponer dicha capa de compuestos intermetálicos de ferroaluminio en la superficie.

La capa de compuestos intermetálicos de ferroaluminio expuesta en la superficie imparte una resistencia superior a la corrosión y al desgaste en dicha región de superficie predeterminada con respecto a la banda de frenado 2 fabricada de hierro fundido o de acero.

Preferentemente, la capa de compuestos intermetálicos de ferroaluminio comprende FeAb como fase predominante de los compuestos intermetálicos de ferroaluminio.

De acuerdo con un modo de realización ventajosa, la temperatura predefinida a la que se mantiene el aluminio fundido no es mayor que 750 °C y está, preferentemente, entre 690 °C y 710 °C e, incluso más preferentemente, es igual a 700 °C.

De acuerdo con un aspecto ventajoso del procedimiento, el período de tiempo de inmersión predefinido se determina de acuerdo con el espesor que se va a obtener para dicha capa de compuestos intermetálicos, a la misma temperatura del aluminio fundido incrementándose dicho espesor a medida que se incrementa el tiempo de inmersión, con el mismo tiempo de inmersión, incrementándose dicho espesor a medida que se incrementa la temperatura del aluminio fundido, estando, preferentemente, dicho tiempo de inmersión predefinido entre 5 y 60 min e, incluso más preferentemente, es igual a 30 min.

De acuerdo con un aspecto ventajoso, antes de la etapa de inmersión e21), el procedimiento comprende una etapa f) de descarburación de dicha región de superficie predefinida de dicha banda de frenado 2 hasta una profundidad predefinida.

Se ha verificado experimentalmente que la presencia de carbono en la capa de superficie de la banda de frenado sujeta a penetración por difusión de átomos de aluminio (inducidos por aluminización) también da lugar a la formación de carburo de hierro así como compuestos intermetálicos. La presencia de carburo de hierro crea puntos de discontinuidad en la capa de compuestos intermetálicos, puntos que pueden desencadenar tanto fenómenos corrosivos como grietas. De forma ventajosa, la descarburación de superficie permite, por lo tanto, evitar (o al menos reducir significativamente) la formación de carburo de hierro, dando lugar a la formación de una capa de compuestos intermetálicos más resistentes a la corrosión y menos sujetas a agrietamiento.

Preferentemente, en dicha etapa f) se lleva a cabo la descarburación de dicha al menos una región de superficie predefinida por un proceso electrolítico.

Más en detalle, dicho proceso electrolítico se lleva a cabo sumergiendo la región de superficie predefinida de dicha banda de frenado en un baño de sales fundidas y aplicando una diferencia de potencial eléctrico entre el baño y la banda de frenado.

Al aplicar la diferencia de potencial eléctrico, la banda de frenado se conecta a un polo positivo (cátodo), mientras que el baño de sales fundidas mencionado anteriormente se conecta a un polo negativo (ánodo). El carbono, en particular en forma de escamas de grafito, se oxida a dióxido de carbono por la liberación de electrones y oxígeno atómico liberado en el ánodo. El carbono reacciona principalmente con el oxígeno y finalmente se une como dióxido de carbono.

La oxidación de la superficie de la banda de frenado inducida por el proceso electrolítico no se limita al carbono presente en la misma, sino que se extiende también a la matriz metálica del hierro fundido (hierro), provocando la formación de una película de superficie de óxido metálico. La inversión de la polaridad provoca la reducción de la película de superficie de óxido metálico que vuelve, por tanto, al estado metálico original.

Preferentemente, el proceso electrolítico mencionado anteriormente puede proporcionar, por lo tanto, que, después de un período de tiempo predefinido en el que la superficie de la banda de frenado ha estado conectada al cátodo para oxidar el carbono, se invierta la polaridad para devolver la película de óxido metálico a su estado metálico original.

De forma operativa, la profundidad de descarburación se controla ajustando la duración del proceso electrolítico, posiblemente dividido en diferentes ciclos de inversión de polaridad. Al incrementar la duración del proceso de descarburación (fase de oxidación de la banda de frenado; conexión al cátodo), se incrementa la profundidad de descarburación, siendo todas las demás condiciones iguales.

La descarburación se puede llevar a cabo con procesos alternativos al proceso electrolítico descrito anteriormente, por ejemplo, por medio de un tratamiento con láser o un tratamiento químico.

Sin embargo, es preferente la descarburación por proceso electrolítico porque:

- en comparación con un tratamiento con láser es mucho más eficaz y rápido, garantizando una retirada de carbono más completa y uniforme en menos tiempo;

- en comparación con un tratamiento químico (por ejemplo, con permanganato de potasio) es mucho más eficaz (garantizando una retirada de carbono más completa y uniforme en menos tiempo) y no deja áreas de oxidación de la matriz metálica del hierro fundido en la parte tratada.

Más en detalle, se ha observado que en las áreas oxidadas de la matriz metálica del hierro fundido la humectabilidad del aluminio fundido es muy baja y esto afecta negativamente al proceso de aluminización y a los rasgos característicos de la capa de compuestos intermetálicos. También por este motivo, el proceso de descarburación electrolítica es preferente a los procesos alternativos indicados anteriormente.

Como ya se ha señalado anteriormente, el espesor de crecimiento de la capa de compuesto intermetálico está influenciado principalmente por la temperatura del aluminio fundido y el tiempo de inmersión en el aluminio fundido. Sin embargo, se ha descubierto que otro factor que afecta al espesor de la capa de compuesto intermetálico es el contenido de silicio en el aluminio fundido. Cuanto mayor es el contenido en peso de silicio en el aluminio fundido, menor será el espesor de la capa de compuesto intermetálico en las mismas condiciones. Preferentemente, el aluminio fundido tiene un contenido de silicio inferior a un 1 % en peso.

Preferentemente, el aluminio fundido tiene un contenido de impurezas no mayor que un 1 % en peso. En particular, se puede usar aluminio con una pureza máxima de un 99,7 % en peso, con las siguientes impurezas (% en peso): Si < 0,30 %; Fe <0,18 %; Sr <0,0010 %; Na <0,0025 %; Li <0,0005 %; Ca <0,0020 %; P <0,0020; Sn <0,020 %.

En algunos casos ha sucedido que, a pesar de haber sometido la banda de frenado a descarburación y, por lo tanto, eliminado las escamas de grafito de una capa de superficie en la que se habría formado la capa de compuestos intermetálicos, la capa resultante de compuestos intermetálicos todavía incluía escamas de grafito, como si nunca se hubieran eliminado. Este fenómeno se puede explicarse por el hecho de que la disolución del hierro en el aluminio es tan rápida que la capa descarburada se consume rápidamente y, en consecuencia, se forman los compuestos metálicos en la capa debajo de la capa descarburada, es decir, donde hay escamas de grafito.

En otras palabras, la excesiva solubilidad del hierro en el aluminio fundido puede anular total o parcialmente los efectos beneficiosos de la descarburación de superficie de la superficie de frenado.

De forma ventajosa, para ralentizar la disolución del hierro en el baño de aluminio, se puede llevar a cabo la etapa b1) de inmersión en un baño de aluminio fundido en el que se ha disuelto hierro. De esta manera, al inhibir la disolución del hierro en el aluminio, se promueve cinemáticamente la formación de FeAb, para permitir que se formen los compuestos intermetálicos en la capa descarburada.

Preferentemente, el contenido de hierro en solución en el baño de aluminio no es mayor que un 5 % en peso e, incluso más preferentemente, está comprendido entre un 3 % y un 5 % y, lo más preferentemente, es igual a un 4 % en peso para garantizar un efecto significativo de ralentización del proceso de fusión del hierro del hierro fundido en el aluminio.

Por ejemplo, se puede usar un baño de aluminio que tenga la siguiente composición (% en peso): Al < 97 %; Fe 3 5 %; con las siguientes impurezas: Si < 0,30 %; Fe <0,18 %; Sr <0,0010 %; Na <0,0025 %; Li <0,0005 %; Ca <0,0020 %; P <0,0020; Sn <0,020 %.

Se ha observado experimentalmente que al llevar a cabo la aluminización con un baño de aluminio con hierro en solución, especialmente si el contenido de hierro está cerca del límite de solubilidad, se obtienen capas más porosas de compuestos intermetálicos. Esto se puede explicar por una mayor viscosidad del baño de aluminio fundido que contiene hierro y una consiguiente reducción de su humectabilidad con respecto al hierro fundido.

De forma ventajosa, para formar una capa de compuestos intermetálicos que sea compacta y uniforme y, por lo tanto, poco porosa, mientras se evita al mismo tiempo que se desarrolle esta capa por debajo de la capa descarburada e incorpore las escamas de grafito presentes en la misma, la etapa b l) de inmersión mencionada anteriormente se lleva a cabo en dos subetapas:

- una primera subetapa b11) de inmersión en un primer baño de aluminio fundido, sustancialmente sin hierro en solución (o al menos presente como máximo como impureza; por ejemplo, con un contenido de hierro inferior a un 0,20 % en peso), para obtener sobre dicha región de superficie predefinida una capa inicial compuesta por compuestos intermetálicos de ferroaluminio; y

- una segunda subetapa b12) de inmersión en un segundo baño de aluminio fundido, conteniendo hierro en solución, para incrementar dicha capa inicial hasta obtener una capa final sobre dicha región de superficie predefinida compuesta por compuestos intermetálicos de ferroaluminio que tiene un espesor predefinido.

El tiempo de inmersión de dicha banda de frenado en dicho primer baño es menor que el tiempo de inmersión de dicha banda de frenado en dicho segundo baño.

Preferentemente, la inmersión de dicha banda de frenado en dicho primer baño se continúa durante un período de tiempo lo más corto posible, pero suficiente para obtener sobre dicha región de superficie predefinida una capa inicial compuesta por compuestos intermetálicos de ferroaluminio que tiene un espesor que no excede 10 |jm. En particular, el tiempo de inmersión en dicho primer baño es de entre 3 y 5 minutos si el primer baño está a una temperatura de aproximadamente 700 °C. A medida que se incrementa la temperatura del baño, el tiempo de inmersión debe disminuir.

Más en detalle, para la misma temperatura del segundo baño, dicho espesor se incrementa a medida que se incrementa el tiempo de inmersión y para el mismo tiempo de inmersión, dicho espesor se incrementa a medida que se incrementa la temperatura del segundo baño.

De forma ventajosa, tanto dicho primer baño de aluminio fundido como dicho segundo baño tienen un contenido de impurezas no mayor que un 1 % en peso. En particular, dichos dos baños de aluminio fundido tienen un contenido de silicio inferior a un 1 % en peso.

Preferentemente, el contenido de hierro en solución en el segundo baño de aluminio no es mayor que un 5 % en peso (a 700 °C el límite de solubilidad del hierro en el aluminio es de un 4 % en peso; aluminio saturado con hierro) e, incluso más preferentemente, está comprendido entre un 3 % y un 5 % y, lo más preferentemente, es igual a un 4 % en peso. El contenido de hierro no debe ser menor que un 3 % para garantizar un efecto ralentizador significativo del proceso de fusión del hierro del hierro fundido en el aluminio.

De forma ventajosa, tanto dicho primer baño como dicho segundo baño se mantienen a una temperatura inferior a 680 °C, preferentemente, no mayor que 750 °C, más preferentemente, entre 690 °C y 710 °C e, incluso más preferentemente, igual a 700 °C.

De forma ventajosa, el procedimiento puede comprender una etapa de pretratamiento de superficie de la banda de frenado que se lleva a cabo antes de dicha etapa de inmersión e21) al menos en dicha región de superficie predefinida. Preferentemente, dicha etapa de pretratamiento de superficie comprende esmerilado, desengrasado, pulido con chorro de arena y/o retirada química de los óxidos de superficie.

Preferentemente, el procedimiento comprende una etapa de retirada de una capa de superficie de óxidos del baño de aluminio fundido antes de dicha etapa de inmersión e21). Esta etapa de retirada de los óxidos superficiales se lleva a cabo tanto en el caso en que se contempla la inmersión en un único baño, como en el caso en que se contempla la inmersión en dos etapas sucesivas en un primer y en un segundo baño.

De acuerdo con un modo de realización preferente de la invención, la etapa de retirada del aluminio que queda adherido a dicha banda de frenado después de la extracción se lleva a cabo en dos subetapas:

se lleva a cabo una primera subetapa de retirada sobre la banda de frenado recién extraída del aluminio fundido para retirar el aluminio fundido que todavía queda adherido a la banda de frenado; y

se lleva a cabo una segunda subetapa de retirada sobre la banda de frenado extraída del aluminio fundido y enfriada para retirar el aluminio residual solidificado que queda después de dicha primera subetapa de retirada.

Preferentemente, el procedimiento comprende una etapa de templado de dicha banda de frenado llevada a cabo entre dicha primera subetapa de retirada y dicha segunda subetapa de retirada.

De forma ventajosa, dicha primera subetapa de retirada se puede llevar a cabo por raspadura mecánica del aluminio todavía líquido.

De forma ventajosa, dicha segunda subetapa de retirada se puede llevar a cabo por retirada química del aluminio solidificado no retirado mecánicamente.

Preferentemente, la retirada química mencionada anteriormente se lleva a cabo exponiendo el aluminio a cloruro férrico durante al menos 4 minutos para provocar la siguiente reacción:

Al+ FeCl3 -> AlCl3 Fe

La retirada química con cloruro férrico debe tener lugar necesariamente después de la solidificación del aluminio. El cloruro férrico hierve a 315 °C y, por lo tanto, no se puede poner en contacto con aluminio fundido. Preferentemente, dicha retirada química se lleva a cabo después de dicha etapa de templado.

Las etapas mencionadas anteriormente del procedimiento referido a la ferroaluminización permiten, por lo tanto, obtener una banda de frenado y, por lo tanto, un disco de freno, con una resistencia incrementada al desgaste y a la corrosión.

Cabe destacar que la capa de compuestos intermetálicos de ferroaluminio puede comprender una pluralidad de compuestos intermetálicos entre hierro y aluminio, en particular Fe3Al, FeAl, FeAb, FeAb, Fe2Al5. La fase intermetálica predominante es FeAb ya que es termodinámicamente más estable.

De acuerdo con un modo de realización, el procedimiento proporciona depositar una capa de nitrocarburación ferrítica auxiliar y una de ferroaluminización auxiliar entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa base 30, y/o entre una de las dos superficies de frenado 2a, 2b de la banda de frenado y la capa intermedia 300, y/o entre la capa base 30 y el revestimiento de superficie protector 3, y/o entre la capa intermedia 300 y la capa base 30.

Como se puede apreciar de la descripción anterior, el disco de freno de acuerdo con la invención permite superar las desventajas de la técnica anterior.

En virtud de la combinación de una capa base de acero con un contenido de níquel reducido o incluso totalmente libre de níquel con una banda de hierro fundido, el disco de freno 1 de acuerdo con la invención no está sujeto sustancialmente a la producción y liberación de partículas de níquel durante el funcionamiento.

No solo eso, de acuerdo con variantes en particular ventajosas, la adición de un revestimiento de superficie protector 3 que incluye o se cubre con carburos, permite tanto mejorar las propiedades de resistencia al desgaste, compensando también la falta de níquel en el acero de la capa base, como proporcionar una resistencia mecánica adecuada e incrementada.

De forma en particular ventajosa, la capa base 30 compuesta por acero totalmente libre de níquel y de un 10 % a un 15 % de cromo (Cr), como máximo un 1 % de silicio (Si), como máximo un 4 % de manganeso (Mn), de un 0,16 % a un 0,5 % de carbono (C), preferentemente de un 0,16 % a un 0,25 % de carbono (C), y para el resto, de hierro (Fe), permite fabricar un acero martensítico sin níquel con una menor fragilidad durante su uso a altas temperaturas y al mismo tiempo un revestimiento anticorrosivo adecuado. Estos aspectos ventajosos se combinan también sinérgicamente con la posibilidad de usar un porcentaje reducido de cualquier carburo incluido en el acero, reduciendo, por tanto, los recursos necesarios para la producción, mientras se mantiene una dureza adecuada del revestimiento.

De forma ventajosa, la capa base 30, preferentemente sin níquel, también realiza una función de "amortiguación" mecánica para el revestimiento de superficie protector 3 (antidesgaste). La capa base 30, de hecho, supone un comportamiento elástico que permite atenuar al menos en parte las tensiones impartidas al disco cuando está en uso. La capa base 30 actúa, por lo tanto, como una especie de amortiguador o almohadilla entre el disco y el revestimiento de superficie protector 3. De esta manera se evita una transmisión directa de tensiones entre las dos piezas, reduciéndose, por tanto, también el riesgo de aparición de grietas en el revestimiento de superficie protector 3.

Claims

REIVINDICACIONES

1.Un disco de freno (1) para freno de disco, que comprende una banda de frenado (2) provista de dos superficies de frenado opuestas (2a, 2b), de las que cada una define al menos parcialmente una de las dos caras principales del disco (1), fabricándose la banda de frenado (2) de hierro de fundición gris o de acero;

caracterizado por quedicho disco está provisto de una capa base (30) que cubre al menos una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado, estando compuesta dicha capa base (30) de acero totalmente libre de níquel y de uno o más carburos incluidos en el acero sin níquel,

y por queuna capa intermedia (300) compuesta por acero sin níquel se interpone entre la capa base (30) y al menos una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado (2).

2.Disco de freno (1) para freno de disco de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en la capa base (30) el uno o más carburos incluidos comprenden al menos un carburo seleccionado del grupo que comprende: carburo de volframio (WC), carburo de cromo, carburo de niobio (NbC), carburo de titanio (TiC).

3.Disco de freno (1) para freno de disco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un revestimiento de superficie protector (3) que cubre la capa base (30) al menos en el lado de una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado, estando dispuesto dicho revestimiento de superficie protector (3) en un lado de la capa base (30) que no está orientado hacia la una de las dos superficies de frenado (2a, 2b), estando compuesto dicho revestimiento de superficie protector (3) por uno o más carburos en forma de partículas depositadas por una técnica de depósito por pulverización térmica, por ejemplo, por la técnica HVOF (oxicombustible a alta velocidad), o por la técnica HVAF (combustible con aire a alta velocidad), o por la técnica APS (pulverización de plasma atmosférica), o por una técnica de depósito por pulverización en frío, por ejemplo, por la técnica KM (metalización cinética), o por una técnica de depósito por rayo láser, por ejemplo, la técnica LMD (depósito metálico por láser), o la técnica HSLC (chapado por láser a alta velocidad), o la técnica EHLA (aplicación con láser a extremadamente alta velocidad), o la técnica TSC (chapado a velocidad máxima).

4.Disco de freno (1) para freno de disco de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el uno o más carburos en forma de partículas comprenden carburo de volframio (WC) o carburo de cromo o carburo de niobio (NbC) o carburo de titanio (TiC).

5.Disco de freno (1) para freno de disco de acuerdo con la reivindicación 4, en el que los carburos en forma de partículas están compuestos por carburo de cromo y carburo de titanio.

6.Disco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el acero de la capa base (30) comprende al menos un 15 % de cromo (Cr).

7.Disco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el acero de la capa base (30) comprende entre un 10 % y un 20 % de cromo (Cr), incluyendo los extremos.

8.Disco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el acero de la capa base (30) tiene un contenido de molibdeno comprendido entre un 0,5 % y un 10 %, incluyendo los extremos, y un contenido de manganeso entre un 0,5 % y un 7 %.

9.Disco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el acero de la capa base (30) se compone de un 10 % a un 20 % de cromo (Cr), como máximo de un 1,5 % de silicio (Si), como máximo de un 2 % de manganeso (Mn), como máximo de un 0,03 % de carbono (C) y para el resto, de hierro (Fe).

10.Disco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa base (30) tiene un espesor comprendido entre 20 |jm y 300 |jm, y preferentemente igual a 90 |jm.

11.Un procedimiento para fabricar un disco de freno que comprende las siguientes etapas operativas:

a) preparar un disco de freno (1), que comprende una banda de frenado (2) provista de dos superficies de frenado opuestas (2a, 2b), de las que cada una define al menos parcialmente una de las dos caras principales del disco, fabricándose la banda de frenado de hierro de fundición gris o de acero;

a1) después de la etapa a), depositar sobre al menos una de las dos superficies de frenado opuestas (2a, 2b), una capa intermedia (300) compuesta por acero sin níquel;

b) después de la etapa a1), depositar una capa base (30) compuesta por acero totalmente libre de níquel.

12.Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la etapa b) de depositar la capa base (30) comprende depositar una composición en forma de partículas compuesta por acero sin níquel, por medio de una técnica de depósito por láser, preferentemente depósito metálico por láser o depósito de material por láser a extremadamente alta velocidad, o por medio de una técnica de depósito por pulverización térmica, o por medio de una técnica de depósito por pulverización en frío.

13.Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el que, en la etapa b) la composición en forma de partículas comprende además carburos mezclados en un porcentaje que no excede un 50 % en peso de la composición de partículas total.

14.Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12 o 13, que comprende además la etapa c) de depositar sobre dicha capa base (30) un material en forma de partículas compuesto por carburo de volframio (WC) o carburo de niobio (NbC) o carburo de titanio (Tic) o carburo de cromo por una técnica de depósito por pulverización térmica, por ejemplo, por la técnica HVOF (oxicombustible a alta velocidad), la técnica HVAF (combustible con aire a alta velocidad), la técnica APS (pulverización de plasma atmosférica) o una técnica de depósito por pulverización en frío, por ejemplo, por la técnica KM (metalización cinética), o por una técnica de depósito por rayo láser, por ejemplo, por la técnica LMD (depósito metálico por láser), o por la técnica HSLC (chapado por láser a alta velocidad), o por la técnica e HlA (aplicación con láser a extremadamente alta velocidad), o por la técnica TSC (chapado a velocidad máxima), formar un revestimiento de superficie protector (3) que cubre la capa base (30), preferentemente al menos por toda la superficie de una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado.

15.Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que comprende además la etapa e1) de depositar una capa auxiliar de nitrocarburación ferrítica entre una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado y la capa base (30), y/o entre una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado y la capa intermedia (300), y/o entre la capa base (30) y el revestimiento de superficie protector (3), y/o entre la capa intermedia (300) y la capa base (30), o

que comprende la etapa e2) de depositar una capa de ferroaluminización auxiliar entre una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado y la capa base (30), y/o entre una de las dos superficies de frenado (2a, 2b) de la banda de frenado y la capa intermedia (300), y/o entre la capa base (30) y el revestimiento de superficie protector (3), y/o entre la capa intermedia (300) y la capa base (30),

en el que la etapa de ferroaluminización e2) comprende la etapa de:

e21) sumergir al menos parcialmente dicha banda de frenado (2) en aluminio fundido mantenido a una temperatura predeterminada de modo que el aluminio fundido cubra al menos una región de superficie predeterminada de dicha banda de frenado (2), prolongándose dicha inmersión durante un período de tiempo predeterminado para permitir la difusión de átomos de aluminio en la microestructura de superficie de dicho hierro fundido o acero con la consiguiente formación de compuestos intermetálicos de ferroaluminio en una capa de superficie de dicha banda de frenado (2), generando, por tanto, una capa que comprende compuestos intermetálicos de ferroaluminio en dicha región de superficie predeterminada de dicha banda de frenado;

e22) retirar dicha banda de frenado del aluminio fundido;

e23) retirar el aluminio que queda en dicha banda de frenado después de la extracción, para exponer dicha capa de compuestos intermetálicos de ferroaluminio en la superficie,

dicha capa de compuestos intermetálicos de ferroaluminio expuesta en la superficie imparte una resistencia superior a la corrosión y al desgaste en dicha región de superficie predeterminada a dicha banda de frenado fabricada de hierro fundido o de acero.