涂覆转子的方法和转子的制作方法
【专利摘要】本发明涉及通过如下方法提供处理的转子，其中热处理具有冷却元件的铁质转子的表面以产生微孔最外表面层，然后将热处理转子通过将电涂涂料组合物的涂层电沉积在热处理表面上以提供直接在热处理转子表面上的电涂涂层。电涂涂层具有至少约40％的泳透率且涂层在转子的冷却元件上是连续的。微孔最外层为受控氧化铁层。
【专利说明】涂覆转子的方法和转子
[0001] 公开领域
[0002] 本发明是金属制品的腐蚀保护方法、电涂（电沉积）涂覆方法和通过这类方法制 备的涂覆基材的领域。
[0003] 背景
[0004] 该部分中的论述仅提供涉及本公开内容的背景信息且不能构成现有技术。
[0005] 机动车中所用一类制动系统，盘式制动器将制动垫压在构成安装在轮毂上的铸铁 转子圆盘的表面的内侧和外侧制动面上。在一些设计中，转子和轮毂可以为一片。当车辆规 则驾驶时，在制动期间来自垫压在转子的制动面上的摩擦除去可能形成的任何腐蚀（锈）。 然而，在其生产以后，当车辆在特许经销商处等待出售并且不驾驶或者仅偶尔驾驶并仅驾 驶短距离时通常存在一定时段。在此期间锈可能在制动转子上形成。该条件在工业中称为 "大腐坏"并被承认是严重的问题。制动面上的腐蚀本身产生暴露于室外条件下的被腐蚀 面积与被位于卡钳内的制动片覆盖的非腐蚀面积之间的厚度变化，所以被保护以防室外暴 露。来自不均匀腐蚀的这一厚度变化可导致不均匀的制动（制动"震动"）和制动噪音。以 此可出现的另一问题与转子的冷却元件，例如从圆盘内圆周延伸的冷却片、通过圆盘的内 部通道和通过圆盘的交叉钻通风孔有关。这些元件帮助制动期间形成的热消散。腐蚀碎片 阻塞这些冷却元件，妨碍他们的冷却功能。然后制动期间形成的热提高制动面磨损和制动 片磨损，并可导致制动面不均匀地磨损。腐蚀又进一步可导致防锁制动系统（ABS)传感器 故障。漂浮在围绕圆盘内圆周的齿环上的ABS传感器发送信号给机载计算机以在检测到车 轮转动与其它车轮相比的明显差别时调整制动压力。如果齿变得被腐蚀，则传感器不能用 于适当地监控车轮转动，发送错误信号并导致严重的制动问题。
[0006] 通过施涂风干涂层解决该问题的尝试是不令人满意的。风干涂层从圆盘表面上快 速磨损，甚至在车辆到达特许经销商处以前。另外，风干涂层不渗入转子的内部圆盘通道， 不提供对这些关键冷却元件的腐蚀保护以防轮胎抛起的道路盐和水。
[0007] 概述
[0008] 本公开内容提供制备铁质转子如汽车制动转子的方法，其包括热处理转子以提供 具有受控氧化铁的微孔最外表面层的三层结构的表面。最外表面层化学结合在微孔铁素 体氮碳共渗铁ε层的中间表面层上，其又在最内氮化层上。最外表面层具有约40体积％ 至约60体积％的孔隙率。该方法进一步包括通过将转子浸入包含基料水分散体的电涂涂 料组合物中而将电涂涂层直接施涂于热处理转子的表面上，其中转子作为阴极连接在电池 中，并使电流通过转子与阳极之间以将涂层电沉积在表面上，然后将电沉积涂层固化。基料 包含酸盐化的胺官能环氧树脂和嵌段异氰酸酯交联剂。电涂涂料组合物具有如通过四板箱 泳透率试验测定至少约40%的泳透率。冷却元件，例如通过圆盘的冷却通道或孔，或者冷却 片具有电涂涂层的连续层。也通过处理和涂覆保护其它元件，例如模制到转子中的ABS环 的齿以防腐蚀。转子可以为包含轮毂组件的单片结构。
[0009] 本公开内容还描述了制备转子的类似方法，其中如所述热处理铁质转子，然后将 电涂涂层由电涂涂料组合物直接施涂于热处理转子的表面上，并将施涂的涂层固化，其中 基料包含胺官能环氧树脂，所述胺官能环氧树脂为具有约450g/当量至约lOOOg/当量("g/ eq"）的环氧化物当量重量（"EEW"）的聚环氧化物和具有至少一个对环氧基团呈反应性的 基团的胺的反应产物，其中胺官能环氧树脂的胺基团用酸中和至使得胺官能环氧树脂为水 分散性的程度。
[0010] 通过这些方法产生的转子也由本发明提供。电涂涂层具有在热处理转子表面上出 乎意料的又一附着力。该方法与在施涂电涂层以前将转子表面磷酸化的方法相比节约了显 著的材料和设备成本。出乎意料且不可预期的是该方法会提供电涂层在未磷酸化转子表面 上的足够附着力和对转子的充分腐蚀保护以克服腐蚀和过热的问题，例如上述那些。另外， 具有所公开的电泳率的电涂涂料组合物不仅涂覆转子的外表面，而且涂覆和保护通过转子 圆盘的冷却通道的内表面以提供对那些通道的保护以防腐蚀，所述早期方法不能提供。 [0011] 在描述本发明中，使用某些术语和描述并解释如下。"基料"指涂料组合物的成膜 组分。"聚合物"和"树脂"在本公开内容中互换地使用。"环氧树脂"用于指通过环氧化物 (oxirane)环的开环聚合而制备的芳族或脂族树脂。如本文所用"一个/ 一种（a/an)"表 示存在"至少一种"该项目；可能的话，可存在多种该项目。在整个公开内容中，数值表示近 似测定数或限于一定范围以包括与给定值的微小偏差的范围和具有大约所述值的实施方 案以及恰具有所述值的那些。除在详细说明结束时提供的工作实施例中外，该说明书，包括 所附权利要求书中，所有参数（例如量或条件）的数值应当理解在所有情况下被术语"约" 修饰，无论"约"实际上是否出现在该数值前面。"约"表示所述数值容许一些轻微的不精确 性（近似于该值的精确性；近似或合理地接近该值；几乎）。另外，如果通过"约"提供的不 精确性在本领域中不应当理解该普通含义，则如本文所用"约"表示至少可由测量和使用这 类参数的普通方法产生的变化。另外，范围的公开内容包括整个范围内的所有值和细分范 围的公开内容。
[0012] 附图
[0013] 本公开内容所述图仅用于说明所选择的实施方案且不是所有可能的执行。图不意 欲限制本公开内容的范围。
[0014] 图1A为施涂于热处理制动转子的第一侧上的涂层的透视图；
[0015] 图1B为施涂于热处理制动转子的第二侧上的涂层的透视图；
[0016] 图2A为四板箱泳透率试验设备中四板箱位置的正面透视图；
[0017] 图2B为准备用于四板箱泳透率试验设备的板的正视图；
[0018] 图2C和2D分别为准备用于四板箱泳透率试验设备的四板箱的背面和证明透视 图；
[0019] 图2E为部分组装的四板箱泳透率试验设备的侧视图，其中具有四板箱的局部剖 视图；
[0020] 2F为用于四板箱泳透率试验设备中的阳极的正视图；和
[0021] 图2G为组装的四板箱泳透率试验设备的侧视图。
[0022] 图3为使用组装的四板箱泳透率试验设备测量的泳透率的图。
[0023] 详述
[0024] 现在参考图1A和1B，转子10具有图1A中所示外部和图1B中所示内部。转子10 具有圆盘12和顶帽14。圆盘12包含延伸通过圆盘12的冷却通道13作为冷却元件，在圆 盘12的外部和内部边缘上具有开孔。齿18的环位于通道13的内部边缘开孔与顶帽14的 内表面20之间。通道13帮助冷却转子10在制动期间产生的热。齿18形成转子的单一部 件并主要用作防锁制动系统的部件以容许传感器测量车轮转速，但也可充当冷却片以帮助 散热。转子10通过通过顶帽14中的孔16的双头螺栓连接在车轮毂固定环（未显示）上， 其中圆盘12在内部且顶帽14从车辆向外延伸。在车辆的制动期间，制动垫（未显示）压 在圆盘12的外侧制动面22和内侧制动面24上以减缓和停止车轮。
[0025] 在所公开的方法中，首先热处理转子10以提供微孔最外表面层25,在其上施涂电 涂涂层26。
[0026] 尽管示例性阐述与轮毂隔开并安装在轮毂上的转子，对于一些车辆，转子可以为 包含轮毂组件的单片结构。另外，尽管所述实例中未显示，可将圆盘交叉钻出冷却孔或通风 孔，且齿可能不存在或者不同形状、大小或间隔。转子可具有如特定应用所需的其它或不同 的特征或改进。
[0027] 转子为铁质材料，通常由延展性或灰铸铁形成。在形成以后，使用美国专利 No. 5, 037, 491和4, 756, 774所述方法将铁质转子表面硬化以产生特性三层表面。表面 硬化方法具有将转子放入受控常压炉内的步骤。受控常压炉在热处理方法期间保持在约 750 °F (399°C )至约1200 °F (649°C )的温度下。在炉中转子的温度平衡以后引入选自氨、 氮气和天然气的第一气体气氛，并将转子在热气氛中处理约1至约5小时。然后将第一气氛 抽空并用包含约10至约20体积％-氧化二氮（例如医药级一氧化二氮）的氮气氛取代。 潮湿氮气氛中氧气的存在加深氧化物最外表面层。使转子暴露于一氧化二单和氮气氛下约 30至约90分钟，其中温度仍保持在下约750 °F (399°C )至约1200 °F (649°C )。
[0028] 表面硬化或热处理转子的特征在于它具有三层表面结构，所述结构具有为受控氧 化铁层的最外微孔层、微孔铁素体氮碳共渗铁ε层的中间层，和最内氮化层。外部氧化铁 和中间铁素体氮碳共渗铁ε层化学结合并可具有约40体积％至约60体积％的孔隙率。
[0029] 最外微孔氧化铁层，主要是Fe304，可具有约40至约60 %的孔隙率，并可具有孔， 所述孔可以为其最宽直径为约2 μ m至约100 μ m的大体上为圆的不规则形孔。最外层可具 有约0. 00005英寸至约0. 0001英寸（约0. 00127mm至约0. 00254mm)的厚度。微孔氧化 铁层下面是也可具有微孔的铁素体氮碳共渗铁ε层（或"白色层"）。白色层也可具有约 40至约60%的孔隙率。白色层可具有约0. 0005英寸至约0. 0015英寸（约0. 012mm7至约 0. 0381mm)的厚度。铁ε层为58-60Rockwell "C"当量，并平息成铸铁转子。因此，它不 能通过连续应用制动垫而除去，如普通涂覆方法可能的。在白色层下面是由于氮气扩散到 铁中而具有针状氮化物的第三最内氮化层。第三氮化层具有约〇. 01至约〇. 040英寸（约 0. 254_至约1. 016_)的厚度。每种情况下，层厚度、孔隙率和平均孔径可通过电子扫描显 微镜或通过装配有标度线的显微镜测量。
[0030] 电涂涂层直接施涂于热处理转子的最外微孔氧化铁层上。在特定实施方案中，转 子在施涂电涂涂层以前不经受任何磷酸化处理。
[0031] 电涂涂层在阴极电涂方法中由具有基料的含水电涂涂料组合物施涂于转子上，所 述基料包含酸盐化的胺官能环氧树脂和嵌段异氰酸酯交联剂。在阴极电涂方法中，热处理 转子作为阴极连接在具有阳极的电池中，所述阳极可以为钢或另一金属的柱或杆，且电流 通过转子与阳极之间以使包含胺官能环氧树脂和嵌段异氰酸酯交联剂的涂层电沉积在转 子上。然后使电沉积涂层固化，例如通过将热施加在涂布转子上。
[0032] 胺官能环氧树脂可通过具有多个环氧基团的环氧树脂与一种或多种胺化合物或 酮亚胺化合物反应而制备。具有多个环氧基团的环氧树脂可通过聚环氧化物化合物与增链 齐U (具有至少两个活性含氢基团的反应物，也称为"增链剂")和任选一种或多种单官能（链 终止剂）反应物反应而制备。增链剂通常为二官能的，但开环聚合（链增长）中可以为或 者包含（通常次要量）具有3个或更多反应性基团的多官能反应物。具有多个环氧基团的 环氧树脂的合适实例包括二缩水甘油基芳族化合物，例如多元酚如2, 2-双（4-羟基苯基） 丙烷（双酚A)、2, 2-双（4-羟基-3-甲基苯基）丙烷、4, 4'-二羟基二苯甲酮、二羟基苯乙 酮、1，1-双（4羟基亚苯基）乙烷、双（4-羟基苯基）甲烷、1，1-双（4羟基苯基）异丁烷、 2, 2-双（4-羟基-叔丁基苯基）丙烷、1，4-双（2-羟乙基）哌嗪、2-甲基-1，1-双（4-羟 基苯基）丙烷、双-(2-羟基萘基）甲烷、1，5-二羟基-3-萘和其它二羟基萘、儿茶酚、间苯 二酚等的二缩水甘油醚，包括双酚A和双酚A基树脂的二缩水甘油醚，其具有以下结构：
[0033]
【权利要求】
1. 处理转子的方法，其包括： 热处理具有冷却元件的铁质转子的表面以提供微孔最外表面层； 将电涂涂料的涂层直接电沉积在热处理转子的表面上，其中电涂涂层具有至少约40% 的泳透率且其中涂层在转子的冷却元件上连续。
2. 根据权利要求1的方法，其中微孔最外表面层为受控氧化铁层。
3. 根据权利要求1或权利要求2的方法，其中微孔最外表面层位于微孔铁素体氮碳共 渗铁ε层上。
4. 根据权利要求3的方法，其中微孔铁素体氮碳共渗铁ε层在氮化层上。
5. 根据权利要求3或权利要求4的方法，其中微孔最外表面层和铁素体氮碳共渗铁ε 层化学结合且微孔最外表面层具有约40体积％至约60体积％的孔隙率。
6. 根据权利要求1-5中任一项的方法，其中微孔最外表面层具有约0. 00005英寸至约 0· 0001 英寸（约 0· 00127mm 至约 0· 00254mm)的厚度。
7. 根据权利要求1-6中任一项的方法，其中微孔最外表面层具有其最宽直径为约2 μ m 至约100 μ m的大体上为圆的不规则形孔。
8. 根据权利要求1-7中任一项的方法产生的转子。
9. 处理转子的方法，其包括： 热处理具有冷却元件的铁质转子的表面以提供微孔最外表面层； 将电涂涂料的涂层直接电沉积在热处理转子的表面上，其中电涂涂层由包含含有胺官 能环氧树脂的基料的电涂涂料组合物电沉积，所述胺官能环氧树脂为具有约450g/当量至 约1000g/当量的环氧化物当量重量的聚环氧化物和具有至少一个对环氧基团呈反应性的 基团的胺的反应产物，其中胺官能环氧树脂的胺基团用酸中和至使得胺官能环氧树脂为水 分散性的程度。
10. 根据权利要求9的方法，其中微孔最外表面层为受控氧化铁层。
11. 根据权利要求10的方法，其中微孔最外表面层在微孔铁素体氮碳共渗铁ε层上。
12. 根据权利要求11的方法，其中微孔铁素体氮碳共渗铁ε层在氮化层上。
13. 根据权利要求11或权利要求12的方法，其中微孔最外表面层和铁素体氮碳共渗铁 ε层化学结合，且微孔最外表面层具有约40体积％至约60体积％的孔隙率。
14. 根据权利要求9-13中任一项的方法，其中微孔最外表面层具有其最宽直径为约 2 μ m至约100 μ m的大体上为圆的不规则形孔。
15. 根据权利要求9-14中任一项的方法，其中微孔最外表面层具有约0. 00005英寸至 约0· 0001英寸（约0· 00127mm至约0· 00254mm)的厚度。
16. 根据权利要求9-15中任一项的方法产生的转子。
【文档编号】C23C8/00GK104254580SQ201280060134
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2011年12月9日
【发明者】C·P·奥尔, P·L·福克斯 申请人:巴斯夫涂料有限公司