JP5214158B2 - Sintered friction material - Google Patents
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Description
この発明は、自動車、二輪車、鉄道車両、産業機械等の制動装置に用いられるブレーキ用の摩擦材としての焼結摩擦材に関する。 The present invention relates to a sintered friction material as a friction material for a brake used in a braking device for an automobile, a motorcycle, a railway vehicle, an industrial machine or the like.
従来、ブレーキ用の焼結摩擦材としては、銅を主成分とし、錫や時により鉄、ニッケル、亜鉛、アンチモン、クロム、鉛等を添加した金属を基材とし、それにアルミナ、ムライト、ジルコニア等のセラミックス研削材や黒鉛、二硫化モリブデン等の潤滑材を添加した焼結摩擦材が用いられている。この種の焼結摩擦材は、レジン系摩擦材より重く、高価で、ブレーキノイズが発生し易い等の要改善点があるが、レジン系摩擦材に比較して摩擦材が高温になる制動条件下でもフェード現象(高温下で制動時の摩擦係数が大幅に低下する現象)を起こさず安定した性能が得られ、強度、耐摩耗性も優れているという長所があるため、過酷な制動条件下でも高い摩擦性能を要求されるブレーキにはこれまで多く採用されている。 Conventionally, as a sintered friction material for brakes, copper is the main component, and tin or a metal to which iron, nickel, zinc, antimony, chromium, lead, etc. are added, and alumina, mullite, zirconia, etc. Ceramic friction materials and sintered friction materials to which lubricants such as graphite and molybdenum disulfide are added are used. This kind of sintered friction material is heavier than resin-based friction material, is expensive, and has the points to be improved such as the possibility of generating brake noise. Even under low conditions, it does not cause fade phenomenon (a phenomenon in which the friction coefficient during braking is greatly reduced at high temperatures), provides stable performance, and has excellent strength and wear resistance. However, it has been widely used for brakes that require high friction performance.
高い摩擦係数を安定的に得ることを図ったブロンズ系の乾式焼結摩擦材料の一例が提案されている(特許文献1)。この乾式焼結摩擦材料は、重量比で銅60〜80%、錫3〜20%、アルミナ及び/又はシリカを3〜20%、黒鉛3〜10%、二硫化モリブデン1〜5%及びマンガン15%以下を含むものであり、マトリックス成分として構成されることにより、制動時摩擦係数を安定させ、相手板との間の発熱によって表面に硬質の酸化銅皮膜を形成して、水フェード現象及び熱フェード現象に対して抵抗性を有し、安定した摩擦面をうることを図っている。アルミナ、シリカは、高負荷、高温摩擦摺動に耐える目的で添加され、黒鉛、二硫化モリブデンは潤滑性向上も目的で添加され、マンガンは焼結中他金属の酸化皮膜を還元し、焼結性の向上目的で添加されている。 An example of a bronze-type dry sintered friction material that aims to stably obtain a high friction coefficient has been proposed (Patent Document 1). This dry-sintered friction material is 60-80% copper, 3-20% tin, 3-20% alumina and / or silica, 3-10% graphite, 1-5% molybdenum disulfide and 15 manganese. %, Which is composed as a matrix component, stabilizes the friction coefficient during braking, forms a hard copper oxide film on the surface by heat generation with the mating plate, water fading phenomenon and heat It has resistance to fading phenomenon and aims to obtain a stable friction surface. Alumina and silica are added for the purpose of withstanding high loads and high-temperature frictional sliding. Graphite and molybdenum disulfide are added for the purpose of improving lubricity. Manganese reduces and oxidizes oxide films of other metals during sintering. It is added for the purpose of improving the properties.
焼結摩擦材の別の例として、鉄系焼結体からなる有孔の本体部と、この本体部の孔内に固定された水溶液がアルカリ性を示すアルカリ性物質とを有する鉄系焼結摩擦材が提案されている(特許文献2)。摩擦材の骨格となる金属基材は、鉄を主成分とする材料であり、ステンレス、鋳鉄等の一般的な鉄系金属、これらの混合物、その他金属との混合物でとすることができる。潤滑材としては黒鉛、二硫化モリブデン等が例示されている。 As another example of the sintered friction material, an iron-based sintered friction material having a perforated main body portion made of an iron-based sintered body and an alkaline substance in which an aqueous solution fixed in the hole of the main body portion exhibits alkalinity. Has been proposed (Patent Document 2). The metal base material used as the skeleton of the friction material is a material mainly composed of iron, and can be a general iron-based metal such as stainless steel or cast iron, a mixture thereof, or a mixture with other metals. Examples of the lubricant include graphite and molybdenum disulfide.
焼結摩擦材の更に別の例として、銅又は銅合金をマトリックスとする焼結摩擦材であって、安定化ジルコニアを2〜20重量%含有するものが提案されている(特許文献3)。この焼結摩擦材によれば、銅系又は鉄系焼結摩擦材において、安定化ジルコニアを採用することで、広範な制動条件に対して適応性がよく、安定した摩擦係数が得られ、耐摩性、耐熱性がよく、相手材への攻撃性が少ない焼結摩擦材を得ることを図っている。 As another example of the sintered friction material, a sintered friction material containing copper or a copper alloy as a matrix and containing 2 to 20% by weight of stabilized zirconia has been proposed (Patent Document 3). According to this sintered friction material, by adopting stabilized zirconia in copper-based or iron-based sintered friction material, adaptability to a wide range of braking conditions is good, a stable friction coefficient is obtained, and wear resistance is improved. We aim to obtain a sintered friction material that is good in heat resistance and heat resistance, and has little attack on the mating material.
しかし近年、環境保護の観点からPRTR法(特定化学物質の環境への排出量の把握及び管理の改善の促進に関する法律)が制定され、ブレーキ用摩擦材として使用する材料も環境保護を考慮して、同法で定められている指定化学物質を用いないことが要求されるようになってきた。ところが、これまで焼結摩擦材の原材料として用いられている上記の銅、錫、鉄、ニッケル、亜鉛、アンチモン、クロム、鉛等の金属基材やセラミックス、潤滑材等の添加材のうち、鉄、セラミックス、黒鉛以外の材料はPRTR法の指定化学物質に設定されており、今後はできるだけ使用しないことが望まれている。 However, in recent years, the PRTR Law (Act on the Promotion of Improvement in Management and Management of Specific Chemical Substances Emissions from the Environmental Protection Perspective) has been enacted, and materials used as brake friction materials are also considered for environmental protection. However, it has been demanded not to use designated chemical substances stipulated by the law. However, among the above-mentioned additives such as copper, tin, iron, nickel, zinc, antimony, chromium, lead and other metal base materials and ceramics, lubricants, etc., which have been used as raw materials for sintered friction materials. Materials other than ceramics and graphite are set as PRTR-designated chemical substances, and it is hoped that they will not be used as much as possible.
このような背景から、これまでもPRTR法の指定化学物質をできるだけ使用しない配合の焼結摩擦材の研究・開発が行われてきた。しかしながら、これまで主成分としていた銅や錫を使用しない鉄系材料を主成分とした焼結摩擦材の場合には、配合材として研削材のセラミックス、潤滑材の黒鉛、金属粉を使用しているため、焼結の際に還元鉄粉の基地組織であり融点が高いフェライト中に潤滑材の黒鉛が固溶して硬さが増したパーライトを形成する。そのため、制動時に摩擦材の摩耗量や相手材(例えば、ブレーキディスク。主として普通鋳鉄、低合金鋼、ステンレス等の鉄系材料から成る。)の摩耗量が大幅に増加するという現象が生じ、しかも、要求される摩擦係数を確保することができない。また、鉄系材料以外でPRTR法の指定化学物質でないアルミニウム、マグネシウム、チタン等の材料は焼結摩擦材の主成分としては問題が多く、環境保護に優れた焼結摩擦材の実用化はなかなか困難であった。本出願人は、鋳鉄粉又は還元鉄粉を基材とした鉄系焼結摩擦材について発明し、銅系焼結摩擦材と同等の性能を得ている(例えば、特願2005−300817号)。しかしながら、高負荷条件の評価では、銅系焼結摩擦材と同等までには至っていないことが判った。
そこで、焼結摩擦材の原材料として、PRTR法の特定第一種指定化学物質である六価クロム化合物は勿論のこと、第一種指定化学物質である亜鉛、アンチモン、銅、錫、鉛、モリブデン等の材料を可能な限り使用しないことで、環境保護に貢献するとともに、焼結摩擦材の基地組織を高温特性と耐食性に優れたフェライトと耐熱性のあるオーステナイトとの混合組織に保ち、且つ鉄の同種摩擦を防ぐことで相手材摩耗量を少なくする点で解決すべき課題がある。 Therefore, as raw materials for sintered friction materials, not only hexavalent chromium compounds, which are the specified first class designated chemical substances of the PRTR method, but also zinc, antimony, copper, tin, lead, molybdenum, which are the first class designated chemical substances. As much as possible, this contributes to environmental protection, maintains the base structure of the sintered friction material in a mixed structure of ferrite and heat-resistant austenite with excellent high-temperature characteristics and corrosion resistance, and iron. There is a problem to be solved in terms of reducing the wear amount of the counterpart material by preventing the same kind of friction.
この発明の目的は、PRTR法の指定化学物質を可能な限り含まないことで、環境保護の面で好ましいとともに、焼結摩擦材の基地組織をフェライトとオーステナイトとの混合組織に保つことで、耐熱性と耐食性に優れ、且つブレーキディスク等の相手材への攻撃性を低めて相手材摩耗量を少なくする等、ブレーキ制動時の性能に優れた焼結摩擦材を提供することである。 The object of the present invention is to reduce the inclusion of PRTR-designated chemical substances as much as possible, which is preferable in terms of environmental protection, and keeps the base structure of the sintered friction material in a mixed structure of ferrite and austenite. It is intended to provide a sintered friction material that has excellent performance and corrosion resistance, and has excellent performance at the time of brake braking, such as reducing the amount of wear of the counterpart material by reducing the aggressiveness to the counterpart material such as a brake disk.
上記の課題を解決するため、この発明による焼結摩擦材は、主成分として高融点の還元鉄粉にオーステナイト形成元素のニッケル又はマンガンと黒鉛化促進元素とを添加して焼結されており、基地組織がオーステナイトとフェライトの混合組織に保たれていることから成っている。 In order to solve the above-mentioned problems, the sintered friction material according to the present invention is sintered by adding nickel or manganese as an austenite forming element and a graphitization accelerating element to a high melting point reduced iron powder as a main component, This consists of the base structure being kept in a mixed structure of austenite and ferrite.
この焼結摩擦材によれば、主成分が鉄系材料で、他の配合材は研削材のセラミックス、潤滑材の黒鉛、金属粉を使用している。そのため、焼結の際に還元鉄粉の基地組織であり、融点が高いフェライト中に潤滑材の黒鉛が固溶してパーライトを形成している。パーライトは硬さが増すが、融点が下がり耐熱性を低下させていた。オーステナイト形成元素であるニッケル、マンガンを単独又は併用添加することによって基地組織の一部がオーステナイトに保たれる。更に、黒鉛化傾向(Al>Si>Ti>C)の大きい元素を添加することにより基地組織の一部がフェライトに保たれる。これにより、基地組織が耐熱性のあるオーステナイトとフェライトの混合組織となり、そのために主成分の融点の低下がない。更にまた、混合組織を形成するオーステナイトとフェライトは黒鉛が固溶したパーライトより軟らかである。 According to this sintered friction material, the main component is an iron-based material, and the other compounding materials are ceramics as an abrasive, graphite as a lubricant, and metal powder. Therefore, the base structure of the reduced iron powder during sintering, the graphite of the lubricant is dissolved in ferrite having a high melting point to form pearlite. Although pearlite increases in hardness, the melting point decreases and heat resistance decreases. A part of the base structure is kept in austenite by adding nickel or manganese, which are austenite forming elements, alone or in combination. Furthermore, by adding an element having a large graphitization tendency (Al> Si> Ti> C), a part of the base structure is kept in the ferrite. As a result, the base structure becomes a heat-resistant mixed structure of austenite and ferrite, so that the melting point of the main component is not lowered. Furthermore, the austenite and ferrite forming the mixed structure are softer than pearlite in which graphite is dissolved.
この焼結摩擦材において、前記オーステナイト形成元素として、ニッケル0〜10vol%、マンガン0〜8vol%の範囲で、両者の合計が2〜10vol%添加することができる。オーステナイト形成元素のこうした添加により、基地組織の一部をオーステナイトに保つことができる。 In this sintered friction material, as the austenite forming element , 2 to 10 vol% in total can be added in the range of 0 to 10 vol% of nickel and 0 to 8 vol% of manganese. With this addition of the austenite-forming element, a portion of the matrix structure can be kept austenite.
上記の焼結摩擦材において、前記黒鉛化促進元素としてアルミニウム2〜8vol%を添加することができる。黒鉛化促進元素としてのアルミニウムは黒鉛化傾向の大きい元素であり、こうしたアルミニウムの添加により、潤滑材の黒鉛の固溶を防ぎ、基地組織の一部をフェライトに保つことができる。 In the sintered friction material, 2 to 8 vol% of aluminum can be added as the graphitization promoting element. Aluminum as a graphitization accelerating element is an element having a large tendency to graphitize. By adding such aluminum, solid solution of graphite in the lubricant can be prevented and a part of the matrix structure can be maintained as ferrite.
上記の焼結摩擦材において、前記オーステナイトとフェライトとの前記混合組織は、前記基地組織中に80%以上存在することが好ましい。融点の低下を防ぎ高温特性に優れ、比較的軟らかいため相手材攻撃性が低い基地組織であるオーステナイトとフェライトの存在率([オーステナイト+フェライト]/[基地組織]の百分率)は、基地組織の大部分である80%以上とすることで、焼結により一部固溶によるパーライトが存在していても、耐熱性の低下が少なくなり、好ましい。 In the sintered friction material, the mixed structure of the austenite and ferrite is preferably present in the matrix structure at 80% or more. The abundance of austenite and ferrite (percentage of [austenite + ferrite] / [base structure]), which is a base structure that is low in melting temperature, excellent in high-temperature properties, and relatively soft, is low in attacking the counterpart material. By setting it to 80% or more, which is a part, even if pearlite due to partial solid solution is present due to sintering, a decrease in heat resistance is reduced, which is preferable.
上記の焼結摩擦材において、微細アルミナ(平均粒径:0.3〜2μm)を0〜15vol%、マグネシア(平均粒径:50〜250μm)を0〜10vol%、アルミナ(平均粒径:5〜20μm)を2〜10vol%(但し、マグネシア+アルミナが5〜15vol%の範囲)、黒鉛を30〜45vol%の範囲で添加することができる。
ここで各成分の範囲設定の理由は、還元鉄が20vol%未満では摩擦材中の結合力不足により摩擦材摩耗量が急激に増加し、40vol%を超えると他の成分が不足し問題点が生じる。マグネシア+アルミナが5vol%未満の場合は摩擦係数が低下し、また15vol%を超えると相手材摩耗量の増加が顕著になる。アルミナの粒径が小さいためアルミナ(5〜15vol%の範囲)だけでも攻撃性を抑制し制動時の摩擦材及び相手材(鉄系材料)摩耗量を少なくするが、マグネシアと併用することで摩擦係数の確保と相手材攻撃性の抑制を両立させることが容易になる。黒鉛粉末が30vol%未満の場合、潤滑効果が低下するため摩擦材及び相手材摩耗量ともに増加し、45vol%を超えた場合は摩擦係数の低下が大きくなる。基地組織をオーステナイト及びフェライトに保つための各オーステナイト形成元素及び黒鉛化促進元素は各下限添加量以下では基地組織をオーステナイト及びフェライトに保つことができず、各上限添加量以上では添加金属を含む炭化物を生成する。
In the sintered friction material, fine alumina (average particle size: 0.3 to 2 μm) is 0 to 15 vol%, magnesia (average particle size: 50 to 250 μm) is 0 to 10 vol%, and alumina (average particle size: 5) ˜20 μm) can be added in the range of 2 to 10 vol% (however, magnesia + alumina is in the range of 5 to 15 vol%), and graphite can be added in the range of 30 to 45 vol%.
Here, the reason for setting the range of each component is that if the reduced iron is less than 20 vol%, the friction material wear amount rapidly increases due to insufficient binding force in the friction material, and if it exceeds 40 vol%, other components are insufficient and there is a problem. Arise. When magnesia + alumina is less than 5 vol%, the friction coefficient decreases, and when it exceeds 15 vol%, the increase in the wear amount of the mating material becomes significant. Since the particle size of alumina is small, even with alumina (5-15 vol%) alone, the aggressiveness is suppressed and the friction material and the counterpart material (iron-based material) wear during braking are reduced. It becomes easy to achieve both the securing of the coefficient and the suppression of the opponent material attack. When the graphite powder is less than 30 vol%, the lubrication effect decreases, so both the friction material and the counterpart material wear amount increase, and when it exceeds 45 vol%, the friction coefficient decreases greatly. Each austenite forming element and graphitization accelerating element for keeping the base structure in austenite and ferrite cannot keep the base structure in austenite and ferrite below the respective lower limit addition amounts, and carbides containing additive metals above each upper limit addition amount Is generated.
上記の焼結摩擦材において、放電プラズマ焼結、ホットプレス等の加圧焼結法による焼結後の焼結体密度の百分率としての相対密度が80%以上とすることが好ましい。放電プラズマ焼結やホットプレス等の加圧焼結法を用いて、焼結後の相対密度(焼結体密度/真密度の百分率)が80%以上とすることで、鉄系材料間の結合力が強化される。 In the sintered friction material described above, it is preferable that the relative density as a percentage of the sintered body density after sintering by a pressure sintering method such as discharge plasma sintering or hot press is 80% or more. Using a pressure sintering method such as spark plasma sintering or hot pressing, the relative density after sintering (percentage of sintered body density / true density) should be 80% or more, so that the bonding between iron-based materials Strength is strengthened.
この発明による焼結摩擦材は、上記のように構成されているので、主成分が鉄系材料であるが、オーステナイト形成元素であるニッケル、マンガンを単独又は併用添加することによって基地組織の一部をオーステナイトに保つことができ、更に、黒鉛化傾向(Al>Si>Ti>C)の大きい元素を添加することにより基地組織の一部をフェライトに保つことで、基地組織がオーステナイトとフェライトの混合組織となる。即ち、添加金属により還元鉄粉中にパーライトの形成が抑制されるので、黒鉛が固溶し融点が低いパーライトと比べて主成分の融点の低下がなく、高温特性・耐食性に優れており、しかもパーライトより軟らかいため相手材摩耗量が少ないオーステナイトとフェライトが基地組織を形成した焼結摩擦材を得ることができる。 Since the sintered friction material according to the present invention is configured as described above, the main component is an iron-based material, but a part of the base structure can be obtained by adding nickel or manganese, which are austenite forming elements, alone or in combination. In addition, by adding an element having a large graphitization tendency (Al>Si>Ti> C), a part of the base structure is kept in ferrite, so that the base structure is a mixture of austenite and ferrite. Become an organization. That is, since the formation of pearlite in the reduced iron powder is suppressed by the additive metal, the melting point of the main component does not decrease compared to pearlite having a solid solution and a low melting point, and is excellent in high temperature characteristics and corrosion resistance. Since it is softer than pearlite, a sintered friction material can be obtained in which austenite and ferrite with a small amount of wear of the counterpart material form a matrix structure.
また、基地組織をオーステナイトに保つためオーステナイト形成元素であるニッケル0〜10vol%、マンガン0〜8vol%の範囲で、両者の合計が2〜10vol%添加する場合には、基地組織をオーステナイトに保つことができる。各オーステナイト形成元素は各下限添加量以下では基地組織をオーステナイトに保つことができず、各上限添加量以上では添加金属を含む炭化物を生成してしまう。 In addition, in order to keep the base structure in austenite, when the total of both is added in the range of 0 to 10 vol% of nickel which is an austenite forming element and 0 to 8 vol% of manganese, the base structure should be kept in austenite. Can do. Each austenite-forming element cannot keep the base structure in austenite below each lower limit addition amount, and generates carbide containing the added metal above each upper limit addition amount.
また、基地組織をフェライト(還元鉄粉の基地組織)に保つため黒鉛化促進元素であるアルミニウム2〜8vol%添加する場合には、潤滑材の黒鉛の固溶を防ぎ基地組織をフェライトに保つことができる。黒鉛化促進元素であるアルミニウムは各下限添加量以下では黒鉛の固溶を防ぐことができなくなるので基地組織をフェライトに保つことができず、各上限添加量以上では添加金属を含む炭化物を生成してしまう。 In addition, in order to keep the base structure in ferrite (base structure of reduced iron powder), when adding 2 to 8 vol% of aluminum which is a graphitization promoting element, solid solution of graphite in the lubricant is prevented and the base structure is kept in ferrite. Can do. Aluminum that is a graphitization accelerating element cannot prevent the solid solution of graphite below the lower limit addition amount, so the base structure cannot be maintained in ferrite, and if it exceeds the upper limit addition amount, carbide containing the added metal is generated. End up.
また、オーステナイトとフェライトの存在率([オーステナイト+フェライト]/[基地組織]の百分率)を80%以上とした場合には、焼結により一部固溶によるパーライトがあるが、基地組織の大部分をオーステナイトとフェライトに保つことで、高温特性・耐食性に優れ相手材摩耗畳が少ないという特性を活かすことができる。 When the austenite and ferrite abundance (percentage of [austenite + ferrite] / [base structure]) is 80% or more, there is pearlite that is partly solid solution by sintering, but most of the base structure. By maintaining the austenite and ferrite, it is possible to take advantage of the high temperature characteristics and corrosion resistance, and the fact that there is little mating wear on the mating material.
また、還元鉄、マグネシア、アルミナ、マグネシア+アルミナ、及び黒鉛粉末について配合割合の範囲を定めることにより、摩擦係数の確保と、摩擦材摩耗量と相手材摩耗量の抑制との両立を果たすことができる。黒鉛粉末についても、下限未満の場合には潤滑効果が低下するため摩擦材及び相手材摩耗量ともに増加し、上限を超えた場合は摩擦係数の低下が大きくなる。基地組織をオーステナイト及びフェライトに保つための各オーステナイト形成元素及び黒鉛化促進元素については、各下限添加量以下では基地組織をオーステナイト及びフェライトに保つことができず、各上限添加量以上では添加金属を含む炭化物を生成してしまう。 In addition, by determining the range of blending ratios for reduced iron, magnesia, alumina, magnesia + alumina, and graphite powder, it is possible to achieve both the ensuring of the friction coefficient and the suppression of the friction material wear amount and the counterpart material wear amount. it can. Also for the graphite powder, if the amount is less than the lower limit, the lubrication effect is reduced, so both the friction material and the wear amount of the counterpart material are increased, and if the upper limit is exceeded, the friction coefficient is greatly decreased. For each austenite forming element and graphitization accelerating element for keeping the base structure in austenite and ferrite, the base structure cannot be kept in austenite and ferrite below each lower limit addition amount, and in each upper limit addition amount or more, the added metal is not added. Carbide containing is produced.
更に、加圧焼結法を用い、焼結後の相対密度(焼結体密度/真密度の百分率)を80%以上とする場合には、鉄系材料間の結合力が強化され、強度、耐摩耗性に優れた焼結摩擦材を得ることができる。 Furthermore, when using the pressure sintering method and the relative density after sintering (percentage of sintered body density / true density) is 80% or more, the bonding force between the iron-based materials is enhanced, A sintered friction material having excellent wear resistance can be obtained.
以下、実施例を挙げて、この発明による焼結摩擦材を更に詳細に説明する。
まず、原材料として平均粒径約160μmの還元鉄粉と、平均粒径約12μmのアルミニウム粉末と、平均粒径約1.2μmの微細なアルミナ粉末と、平均粒径約190μmのマグネシア粉末と、平均粒径約170μmの天然黒鉛粉末と、平均粒径約240μmの人造黒鉛粉末と、平均粒径約12μmのアルミナ粉末と平均粒径約12μmのニッケル粉末及び平均粒径約45μmのマンガン粉末を用意した。アルミニウム粉末は黒鉛化促進元素として配合されている。また、ニッケル粉末及びマンガン粉末は、オーステナイト形成元素として配合されている。
Hereinafter, the sintered friction material according to the present invention will be described in more detail with reference to examples.
First, as a raw material, reduced iron powder having an average particle size of about 160 μm, aluminum powder having an average particle size of about 12 μm, fine alumina powder having an average particle size of about 1.2 μm, magnesia powder having an average particle size of about 190 μm, Natural graphite powder having a particle size of about 170 μm, artificial graphite powder having an average particle size of about 240 μm, alumina powder having an average particle size of about 12 μm, nickel powder having an average particle size of about 12 μm, and manganese powder having an average particle size of about 45 μm were prepared. . Aluminum powder is blended as a graphitization promoting element. Nickel powder and manganese powder are blended as austenite forming elements.
上記の各原材料を表1に示す配合Cに各々秤量後、攪拌らい潰機(石川工場製)を用い、混合時の偏析を防ぐため混合物に4%のメタノールを添加して10分間混合することにより混合粉末を作製した。なお比較材として、銅系焼結材Aの混合粉末と、基地組織をパーライトにした配合の代表例Bの混合粉末も用意した。 After weighing each of the above raw materials into each of the blends C shown in Table 1, add 4% methanol to the mixture and mix for 10 minutes in order to prevent segregation during mixing using a stirring grinder (Ishikawa Factory). A mixed powder was prepared. As a comparative material, a mixed powder of a copper-based sintered material A and a mixed powder of a representative example B having a base structure made of pearlite were also prepared.
各混合粉末を23mm×35mmのキャビティを有する黒鉛型に充填し、放電プラズマ焼結装置(住友石炭工業製、型式SPS−515S)を用い、圧力14MPa、昇温速度10〜20℃/min、加圧0.7MPa)でも焼結を行い、放電プラズマ焼結装置で焼結したものと比較した。 Each mixed powder is filled into a graphite mold having a cavity of 23 mm × 35 mm, and using a discharge plasma sintering apparatus (manufactured by Sumitomo Coal Industry, model SPS-515S), the pressure is 14 MPa, the heating rate is 10 to 20 ° C./min, Sintering was also performed at a pressure of 0.7 MPa, and compared with that sintered by a discharge plasma sintering apparatus.
焼結後、各焼結体の相対密度(焼結体の見掛け密度/焼結体の真密度の百分率)、硬さを測定した。また500℃、600℃の高温ブレーキ性能試験を実施し、摩擦係数及び相手材摩耗量を求めた。焼結体の見掛け密度は大気及び水中の重量から算出し、真密度は原材料の真密度と配合割合から算出した。硬さはロックウェル硬さ試験機のSスケール(HRS)で測定した。ブレーキ性能試験は当社所有の1/10スケールテスタ試験機を用いて相手材温度500℃・600℃、減速度5.88m/s 2s2・6.86m/s2、初速度120km/h→0km/hの制動を20回実施した。表1に、焼結条件(温度℃、圧力MPa,製造区分)、相対密度(%)、硬さ(HRS)とブレーキ性能試験における平均摩擦係数と相手材摩耗量(μm)、及びパーライト以外の面積率(%)を示す。
基地組織を観察するためにナイタール(5%硝酸+エタノール10sec)によるエッチングを行った。表1に示した面積率([基地組織中のフェライト又はフェライト+オーステナイトの面積]/[基地組織の面積]の百分率)は10視野の平均値である。 In order to observe the base structure, etching with nital (5% nitric acid + ethanol 10 sec) was performed. The area ratio shown in Table 1 ([area of ferrite or ferrite + austenite in base structure] / [area of base structure]) is an average value of 10 fields of view.
図1は本発明材C2の基地組織を示す顕微鏡写真であり、図2、図3は、それぞれ本発明材C3のナイタールによるエッチングを施して示す顕微鏡写真と、ピクリン酸/塩酸/エタノールによるエッチングを施して示す顕微鏡写真である。また、図4、図5はそれぞれ比較材B1、比較材B2の基地組織を示す顕微鏡写真である。 FIG. 1 is a photomicrograph showing the base structure of the material C2 of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are photomicrographs obtained by etching the material C3 of the present invention with nital and etching with picric acid / hydrochloric acid / ethanol, respectively. FIG. 4 and 5 are photomicrographs showing the base structures of the comparative material B1 and the comparative material B2, respectively.
表1及び図面から理解されるように、比較材B1(図4)については、白色部のフェライトが面積率61%、着色部のパーライトが面積率39%で存在することが確認された。また、比較材B2(図5)については、白色部の[フェライト+オーステナイト]が面積率73%、着色部のパーライトが面積率27%で存在することが確認された。 As can be understood from Table 1 and the drawings, it was confirmed that in the comparative material B1 (FIG. 4), the ferrite in the white part was present in an area ratio of 61% and the pearlite in the colored part was present in an area ratio of 39%. Further, it was confirmed that for the comparative material B2 (FIG. 5), [ferrite + austenite] in the white part was present at an area ratio of 73% and pearlite in the colored part was present at an area ratio of 27%.
本発明材C1〜C8では、オーステナイト形成元素であるニッケル又はマンガンが表1に記載した配合で添加されており、黒鉛化促進元素であるアルミニウムも表1に記載した配合で添加されている。図1に基地組織を示す発明材C2は白色部の[フェライト]又は[フェライト+オーステナイト]は83%の面積率で存在しており、比較材の場合の面積率より高い割合で存在している。また、図2に示すように、本発明材C3はナイタールによる腐食が殆どない。そのためピクリン酸(1g)+塩酸(15cc)+エタノール(100cc)の腐食液(30sec)によるエッチングを行い、図3に示すように、白色部のオーステナイトと着色部のフェライトを確認した。この場合、パーライト以外の組織の面積率は95%であることを確認した。同様に、本発明材C1、C4でも当該面積率が80%以上で存在していることが確認された。 In the present invention materials C1 to C8, nickel or manganese, which is an austenite forming element, is added in the formulation shown in Table 1, and aluminum, which is a graphitization promoting element, is also added in the formulation shown in Table 1. Inventive material C2 showing the base structure in FIG. 1 has [ferrite] or [ferrite + austenite] in the white part in an area ratio of 83%, and is present in a higher ratio than the area ratio in the case of the comparative material. . Further, as shown in FIG. 2, the material C3 of the present invention is hardly corroded by nital. Therefore, etching with a caustic solution (30 sec) of picric acid (1 g) + hydrochloric acid (15 cc) + ethanol (100 cc) was performed, and as shown in FIG. 3, austenite in the white part and ferrite in the colored part were confirmed. In this case, it was confirmed that the area ratio of the tissue other than pearlite was 95%. Similarly, the present invention materials C1 and C4 were confirmed to have an area ratio of 80% or more.
Claims (2)
オーステナイト形成元素として、ニッケル0〜10vol%、マンガン0〜8vol%の範囲で、両者の合計が2〜10vol%、
黒鉛化促進元素としてアルミニウム2〜8vol%、
残部として、微細アルミナ(平均粒径:0.3〜2μm)を0〜15vol%、マグネシア(平均粒径:50〜250μm)を0〜10vol%、アルミナ(平均粒径:5〜20μm)が2〜10vol%(但し、マグネシア+アルミナが5〜15vol%の範囲)、黒鉛を30〜45vol%の範囲で添加して焼結されてなり、
前記還元鉄粉の基地組織の80%以上がオーステナイトとフェライトの混合組織に保たれていることを特徴とする焼結摩擦材。 High melting point reduced iron powder 20-40 vol%,
As an austenite forming element, in the range of nickel 0-10 vol%, manganese 0-8 vol%, the total of both is 2-10 vol%,
2-8 vol% aluminum as a graphitization promoting element,
As the remainder, 0-15 vol% of fine alumina (average particle size: 0.3-2 μm), 0-10 vol% of magnesia (average particle size: 50-250 μm), and 2 (alumina particle size: 5-20 μm) are 2 -10 vol% (however, magnesia + alumina is in the range of 5-15 vol%), graphite is added in the range of 30-45 vol%, and is sintered.
A sintered friction material, wherein 80% or more of the base structure of the reduced iron powder is maintained in a mixed structure of austenite and ferrite.
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