CN110168041A - 烧结金属摩擦件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种烧结金属摩擦件,其即使在高输出功率下耐摩耗性和耐热性也优异,具有更高的摩擦系数,且摩擦系数、耐摩耗性难以降低,铜含量降低至不足5质量%。一种烧结金属摩擦件,其特征在于,由摩擦件组合物的烧结物构成,所述摩擦件组合物作为基体金属包含20~40质量%的铁粉、20~40质量%的镍粉、0.5~10质量%的锌粉、0.5~5质量%的锡粉、0.5~4质量%的铜粉、0.5~5质量%的烧结助剂粉,并且包含摩擦调整材料。
Description
技术领域
本发明涉及烧结金属摩擦件,特别是涉及用于离合器、制动器等的烧结金属摩擦件。
背景技术
在两轮车辆、汽车、铁路车辆、飞机等和/或工业机械等中,通过构成离合器的发动机侧环状离合器板和变速器侧环状离合器板彼此接触来进行发动机和变速器之间的动力传递。另外,构成制动器的制动器衬片通过与同车轮成为一体并同轴旋转的配合板接触来进行车轮的制动。然后,通过在这样的离合器板的表面(离合器衬片)上、制动器衬片上设置环状的摩擦件作为衬里,形成离合器衬片件、制动衬里件、制动垫片件等。
上述摩擦件中大致存在利用树脂、橡胶等粘结剂结合填料成分而得到的有机系摩擦件和将金属、合金作为基体烧结而得到的金属系摩擦件,金属系摩擦件由于与有机系摩擦件相比耐摩耗性、耐热性等优异,因此在用于苛刻的条件的情况下是有用的。
此外,近年来,由于车辆的高速化、大型化而使高输出功率化推进,在以制动器为首的各种摩擦件上施加的载荷也变得更严苛,在摩擦件中,开始寻求耐摩耗性、耐热性优异,具有更高的摩擦系数,并且即使反复使用摩擦系数、耐摩耗性也不容易降低的摩擦件。
作为这样的摩擦件,申请人早先在专利文献1(日本专利第4430468号公报)中提出了一种由基体金属和填料成分的烧结体制成的铜系烧结摩擦件,所述基体金属由铁粉、镍粉、不锈钢粉、锌粉、锡粉和铜粉构成。
专利文献1:日本专利第4430468号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1的实施例中公开了含有30~37质量%的铜粉作为基体金属的摩擦件,但近年来,从环境保护的观点出发,正在寻求在磨耗粉中含有的铜成分少的材料作为制动器垫片,在美国加利福尼亚州,预计从2021年开始导入将制动器垫片中所含的铜成分的含量限制为不足5质量%的规定。
在这样的背景下,期望一种摩擦件,其即使在高输出功率下耐摩耗性、耐热性也优异,具有更高的摩擦系数,并且摩擦系数、耐摩耗性不容易降低,铜含量降低至不足5质量%。
另一方面,本发明人等在研究时发现:为了使烧结金属摩擦件即使在高功率下耐摩耗性、耐热性也优异,具有更高的摩擦系数,且即使在重复使用时也能够抑制摩擦系数、耐摩耗性的降低,需要在摩擦件中含有一定量的铜作为主要成分,在铜的配混减少时,会引起摩擦系数降低以及摩擦件的强度降低,并且会引起磨耗的增加。
在该情况下,本发明的目的在于提供一种烧结金属摩擦件,其即使在高输出功率下耐摩耗性、耐热性也优异,具有更高的摩擦系数,并且即使在重复使用时也能够抑制摩擦系数、耐摩耗性的降低,并且铜粉的含量减少至不足5质量%。
用于解决问题的方案
基于上述见解,本发明人等进一步研究时发现:通过由包含基体金属和摩擦调整材料的摩擦件组合物的烧结物所形成的烧结金属摩擦件可以解决上述技术问题,并且基于本见解完成了本发明,所述基体金属是代替以铜粉为主要成分的基体金属、由以铁粉和镍粉为主要成分并抑制了铜粉的配混量的特定的配混比例构成的基体金属。
即,本发明提供以下技术方案:
(1)一种烧结金属摩擦件,其特征在于,由摩擦件组合物的烧结物形成,所述摩擦件组合物作为基体金属包含20~40质量%的铁粉、20~40质量%的镍粉、0.5~10质量%的锌粉、0.5~5质量%的锡粉、0.5~4质量%的铜粉、0.5~5质量%的烧结助剂粉,并且包含摩擦调整材料,
(2)根据前述(1)所述的烧结金属摩擦件,其中,前述摩擦件组合物中的基体金属的总含有比率为42~95质量%,并且前述摩擦调整材料的含有比率为5~58质量%,
(3)根据前述(1)或(2)所述的烧结金属摩擦件,其中,前述摩擦件组合物中铁粉和镍粉的总含有比率为40~80质量%,
(4)根据前述(1)~(3)中的任一项所述的烧结金属摩擦件,其中,前述镍粉为选自通过雾化法制备的镍粉和通过羰基镍法制备的镍粉中的一种以上,
(5)根据前述(1)~(4)中的任一项所述的烧结金属摩擦件,其中,前述烧结助剂粉为选自硼化铁粉、磷铁粉、磷铜粉和磷青铜粉中的一种以上,
(6)根据前述(1)~(5)中的任一项所述的烧结金属摩擦件,其中,前述摩擦调整材料由润滑材料和硬质材料构成,前述润滑材料为选自石墨粉、焦粉、氟化钙粉、氟化钡粉、氮化硼粉和二硫化钼粉中的一种以上,所述硬质材料为选自氧化铝粉、多铝红柱石粉、锆英砂粉和硅石粉中的一种以上。
发明的效果
根据本发明,可以提供一种烧结金属摩擦件,所述烧结金属摩擦件由包含基体金属和摩擦调整材料的摩擦件组合物的烧结物形成,所述基体金属由以铁粉和镍粉作为主要成分的特定的配混比率构成,由此,即使在高输出功率下耐摩耗性、耐热性也优异,具有更高的摩擦系数,且摩擦系数、耐摩耗性难以降低,铜含量降低至不足5质量%。
附图说明
图1是用于说明平坦的扭矩曲线的图。
图2是用于说明非平坦的扭矩曲线的图。
具体实施方式
本发明的烧结金属摩擦件的特征在于,由摩擦件组合物的烧结物形成,所述摩擦件组合物作为基体金属包含20~40质量%的铁粉、20~40质量%的镍粉、0.5~10质量%的锌粉、0.5~5质量%的锡粉、0.5~4质量%的铜粉、0.5~5质量%的烧结助剂粉,并且包含摩擦调整材料。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为基体金属的铁粉可列举出选自还原铁粉、铸铁粉等中的一种以上,优选为还原铁粉。
当构成基体金属的铁粉为还原铁粉时,由于还原铁粉的熔点比铸铁粉高约300℃,因此可以容易地提供在高温下的摩擦特性优异的烧结金属摩擦件。
作为还原铁粉,例如可列举出在氢气或者氨气气氛中以600~1200℃的温度对铁矿石进行热处理而成的还原铁粉。
在本发明的烧结金属摩擦件中,铁粉的粒径范围优选为10~500μm,更优选为20~300μm,进一步优选为40~150μm。
需要说明的是,上述铁粉的粒径范围是指通过筛分法测定的值。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物中的铁粉的含量为20~40质量%,优选为23~37质量%,更优选为25~35质量%。
在本发明的烧结金属摩擦件中,通过使铁粉的含量在上述范围内,可以使摩擦件的强度提高、并使其它成分以所期望的量含有、发挥合适的抗衰退性。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为基体金属的镍粉,可列举出选自通过雾化(喷雾)法制备的镍粉和通过羰基镍法制备的镍粉中的一种以上。
由于构成基体金属的镍粉为选自通过雾化(喷雾)法制备的镍粉和通过羰基镍法制备的镍粉中的一种以上,因此,可以容易地提高摩擦件的强度,并且即使在高输出功率下耐热性也优异,具有更高摩擦系数,且发挥合适的抗衰退性。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为镍粉,粒径范围优选为1~200μm,更优选为3~100μm,进一步优选为5~20μm。
需要说明的是,上述镍粉的粒径范围是指通过筛分法测定的值。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物中镍粉的含量为20~40质量%,优选为23~37质量%,更优选为25~35质量%。
在本发明的烧结金属摩擦件中,通过使镍粉的含量在上述范围内,也可以提高摩擦件的强度、并且使其它成分以所期望的量含有、发挥合适的抗衰退性。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物中的铁粉和镍粉的总含有比率优选为40~80质量%,更优选为46~74质量%,进一步优选为50~70质量%。
在本发明的烧结金属摩擦件中,通过使铁粉和镍粉的总含有比率在上述范围内,可以更容易地发挥提高摩擦件强度的效果、以及使其它成分以所期望的量含有所带来的抗衰退性。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为基体金属的锌粉没有特别限制,例如可列举出通过雾化(喷雾)法制备的锌粉。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为锌粉,粒径范围优选为5~200μm,更优选为10~100μm,进一步优选为35~65μm。
需要说明的是,锌粉的粒径范围是指通过筛分法测定的值。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物中的锌粉的含量为0.5~10质量%,优选为1~9质量%,进一步优选为5~7质量%。
在本发明的烧结金属摩擦件中,通过使锌粉的含量在上述范围内,摩擦件的强度提高、耐摩耗性提高,变得容易抑制摩擦时向对象材料的固着,并且容易呈现出所期望的摩擦系数。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为基体金属的锡粉也没有特别限制。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为锡粉,粒径范围优选为5~200μm,更优选为10~100μm,进一步优选为20~50μm。
需要说明的是,上述锡粉的粒径范围是指通过筛分法测定的值。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物中的锡粉的含量为0.5~5质量%,优选为1~4质量%,更优选为1~3质量%。
在本发明的烧结金属摩擦件中,通过使锡粉的含量在上述范围内,摩擦件的强度和耐摩耗性提高,变得容易抑制摩擦时向对象材料的固着,并且容易呈现出所期望的摩擦系数。
本发明的烧结金属摩擦件对作为基体金属的铜粉没有特别限制,但例如可列举出电解铜粉。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为铜粉,粒径范围优选为5~200μm,更优选为10~100μm,进一步优选为15~40μm。
需要说明的是,上述铜粉的粒径范围是指通过筛分法测定的值。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物中的铜粉的含量为0.5~4质量%,优选为1~4质量%,更优选为3~4质量%。
在本发明的烧结金属摩擦件中,即使将铜粉含量限制在上述范围内,在高功率下的耐摩耗性、耐热性也优异,呈现出更高的摩擦系数,并且即使在重复使用的情况下也可以抑制摩擦系数、耐摩耗性的降低。
在本发明的烧结金属摩擦件中,通过使铜粉的含量在上述范围内,可以充分地减少对环境的影响,并且可以使其与镀铜的钢板牢固地密合。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为基体金属的烧结助剂粉,没有特别限制,例如优选为选自硼化铁粉、磷铁粉、磷铜粉、磷青铜粉、氧化钇、氧化镁、氧化铝、氧化铪等中的一种以上,更优选为选自硼化铁粉、磷铁粉、磷铜粉和磷青铜粉中的一种以上。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为硼化铁粉,粒径范围优选为5~200μm,更优选为10~100μm,进一步优选为20~50μm。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为磷铁粉,粒径范围优选为5~200μm,更优选为10~100μm,进一步优选为10~30μm。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为磷铜粉,粒径范围优选为5~200μm,更优选为10~100μm,进一步优选为10~30μm。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为磷青铜粉,粒径范围优选为5~200μm,更优选为10~100μm,进一步优选为10~30μm。
需要说明的是,上述各烧结助剂粉的粒径范围是指通过筛分法测定的值。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物中烧结助剂粉的含量为0.5~5质量%,优选为0.5~4质量%,更优选为0.5~3质量%。
在本发明的烧结金属摩擦件中,通过使摩擦件组合物中的烧结助剂粉的含量在上述范围内,铁粉、镍粉的烧结性提高,使摩擦件的强度提高,变得容易使摩擦时的扭矩波形平坦化(变得容易抑制噪声的发生),变得容易抑制摩擦时向对象材料的固着,并且变得容易呈现出所希望的摩擦系数。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物中的基体金属的总含有比率优选为42~95质量%,更优选为49.5~90质量%,进一步优选为59~84质量%。
在本发明的烧结金属摩擦件中,通过使摩擦件组合物中的基体金属的总含有比率在上述范围内,可以使摩擦件的强度提高,并且可以发挥出合适的抗衰退性。
在本发明的烧结金属摩擦件中,作为摩擦调整材料没有特别限制,例如可列举出选自润滑材料和硬质材料中的一种以上。
作为上述润滑材料,可列举出选自石墨粉、焦粉、氟化钙粉、氟化钡粉、氮化硼粉以及二硫化钼粉中的1种以上。
作为上述硬质材料,可列举出选自氧化铝粉、多铝红柱石粉、锆英砂粉以及硅石粉中的1种以上。
除此之外,作为摩擦调整材料,可列举出选自锰粉、氧化铁粉、Fe-Mo合金粉、Fe-Si合金粉、Fe-W合金粉、云母粉和沸石粉中的一种以上。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物中的摩擦调整材料的含量优选为5~58质量%,更优选为10~50.5质量%,进一步优选为16~41质量%。
在本发明的烧结金属摩擦件中,通过使摩擦件组合物中的摩擦调整材料的含量在上述范围内,即使在高功率下耐摩耗性、耐热性也优异,具有更高的摩擦系数,并且即使在重复使用时也可以抑制摩擦系数、耐摩耗性的降低。
在本发明的烧结金属摩擦件中,摩擦件组合物根据需要可以含有基体金属和摩擦调整材料、并进一步含有选自碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、二氧化硅/氧化铝纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、钢纤维、以及其他的无机纤维、金属纤维(铜和铜合金系除外)中的一种以上作为强化纤维。
本发明的烧结金属摩擦件可以通过如下方式制造:在使用摩擦件组合物通过以往公知的方法适当地成型后,进行烧结处理,由此制造。
例如,可以在混合各成分制备摩擦件组合物之后,进行加压成型获得成型体,对该成型体进行加压烧结,由此制造。
关于上述成型时和加压烧结处理中的加工条件,可以采用以往公知的条件。
本发明的烧结金属摩擦件可适宜地作为离合器件、制动件、具体而言作为离合器衬片件、制动衬片件、制动垫片件等使用。
根据本发明,可以提供一种烧结金属摩擦件,所述烧结金属摩擦件由摩擦件组合物的烧结物形成,所述摩擦件组合物包含以铁粉和镍粉作为主要成分的特定配混比率构成的基体金属、以及摩擦调整材料,由此,即使在高输出功率下耐摩耗性、耐热性也优异,具有更高的摩擦系数,且摩擦系数、耐摩耗性难以降低,铜含量降低至不足5质量%。
实施例
接着,通过实施例对本发明进行更详细的说明,但这些例子不对本发明作任何限定。
(实施例1)
作为基体金属,在铁粉(Heganas公司制造的还原铁粉(在氢气中且以900℃的温度进行热处理而得到的铁粉)、粒径范围为40~150μm)、镍粉(通过羰基镍法得到的镍粉、粒径范围为5~20μm)、锌粉(印模粉、粒径范围35~65μm)、锡粉(印模粉、粒径范围20~50μm)和铜粉(电解铜粉、粒径范围15~40μm)的各粉末中,以表1中记载的质量比混合作为烧结助剂的磷铁粉(粒径范围10~30μm)和硼化铁粉(粒径范围20~50μm)、作为润滑材料的石墨粉和氟化钙粉、作为硬质材料的多铝红柱石粉、锆英砂粉和硅石粉,制备摩擦件组合物。
将得到的摩擦件组合物加压成型为规定形状,将得到的成型体置于镀铜钢板上,在还原气氛中以850℃的温度进行烧结,由此得到作为目标物的烧结金属摩擦件。
(摩擦试验)
使用所得到的烧结金属摩擦件,以不锈钢盘作为对象材料来进行干式测功机试验。
试验条件设定为基于JASO T204的条件,充分配研后,将惯性设定为12.5kg·m2,改变初速度和减速度,测定摩擦件特性(摩擦系数,磨耗量(mm)和扭矩曲线)。
关于扭矩,将如图1所示在恒定液压下制动时扭矩曲线相对于时间轴呈水平(变平坦)的情况评价为“○”;将如图2的左图或右图所示在恒定液压下制动时扭矩曲线相对于时间轴未变为水平、而是变成向右下降或向右上升(未变平坦)的情况评价为“×”。
将结果示于表2。
(剪切强度)
使用所获得的烧结金属摩擦件,根据JIS D4422测定了剪切强度。
将结果示于表2。
(实施例2~实施例6)
除了在实施例1中将各成分的配比(质量比)变更为表1所示的各配比以外,以与实施例1同样的方法制备各烧结金属摩擦件,使用所得的各种烧结金属摩擦件,通过与实施例1同样的方式进行了摩擦试验和剪切强度试验。
将结果示于表2。
[表1]
(质量比)
[表2]
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
摩擦系数(-) | 0.60 | 0.61 | 0.59 | 0.59 | 0.59 | 0.59 |
磨耗量(mm) | 0.55 | 0.51 | 0.41 | 0.39 | 0.61 | 0.60 |
扭矩曲线 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
剪切强度(MPa) | 11.2 | 11.4 | 8.9 | 10.8 | 6.7 | 11.5 |
(比较例1~比较例4)
除了在实施例1中将各成分的配比(质量比)变更为表3所示的各配比以外,以与实施例1同样的方法制备烧结金属摩擦件,使用所得的各种烧结金属摩擦件,以与实施例1相同的方式进行了摩擦试验和剪切强度试验。将结果示于表4。
[表3]
(质量比)
[表4]
比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | 比较例4 | |
摩擦系数(-) | 0.57 | 0.60 | 0.60 | 0.60 |
磨耗量(mm) | 0.49 | 0.36 | 0.55 | 0.65 |
扭矩曲线 | ○ | × | × | × |
剪切强度(MPa) | 9.1 | 5.2 | 4.5 | 13.6 |
由表1和表2可知,实施例1~实施例6中得到的烧结金属摩擦件是通过烧结由特定组成构成的摩擦件组合物而得到的,因此,铜粉的含量减少至不足5质量%,并且显示出优异的强度,即使在高输出功率下耐摩耗性、摩擦系数等作为摩擦件的性能也处于高水平,由于显示出平坦的扭矩曲线,因此可以适宜地维持摩擦系数、耐摩耗性,在以高的减速度来制动高速车辆时可以发挥出优异的特性。
与此相对,比较例1中获得的烧结金属摩擦件的铜粉含有比率为44质量%,为高值,因此,可知其不能实现本发明的目的。
另外,比较例2中获得的烧结金属摩擦件未含有烧结助剂,比较例3中获得的烧结金属摩擦件的铁粉含量高,因此,剪切强度均低,均未显示出平坦的扭矩曲线,因此可知其不能适宜地保持摩擦系数、耐摩耗性。
进而,比较例4中获得的烧结金属摩擦件的镍粉含量高,因此,其未显示出平坦的扭矩曲线,可知其不能适宜地保持摩擦系数、耐摩耗性。
产业上的可利用性
根据本发明,可以提供一种烧结金属摩擦件,所述烧结金属摩擦件由包含基体金属和摩擦调整材料的摩擦件组合物的烧结物形成,所述基体金属由以铁粉和镍粉作为主要成分的特定的配混比率构成,由此,即使在高输出功率下耐摩耗性、耐热性也优异,具有更高的摩擦系数,且摩擦系数、耐摩耗性难以降低,铜含量降低至不足5质量%。
Claims (6)
1.一种烧结金属摩擦件,其特征在于,由摩擦件组合物的烧结物形成,所述摩擦件组合物作为基体金属包含20~40质量%的铁粉、20~40质量%的镍粉、0.5~10质量%的锌粉、0.5~5质量%的锡粉、0.5~4质量%的铜粉、0.5~5质量%的烧结助剂粉,并且包含摩擦调整材料。
2.根据权利要求1所述的烧结金属摩擦件,其中,所述摩擦件组合物中,基体金属的总含有比率为42~95质量%,摩擦调整材料的含有比率为5~58质量%。
3.根据权利要求1所述的烧结金属摩擦件,其中,所述摩擦件组合物中,铁粉和镍粉的总含有比率为40~80质量%。
4.根据权利要求1所述的烧结金属摩擦件,其中,所述镍粉为选自通过雾化法制备的镍粉和通过羰基镍法制备的镍粉中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的烧结金属摩擦件,其中,所述烧结助剂粉为选自硼化铁粉、磷铁粉、磷铜粉和磷青铜粉中的一种以上。
6.根据权利要求1所述的烧结金属摩擦件,其中,所述摩擦调整材料由润滑材料和硬质材料构成,
所述润滑材料为选自石墨粉、焦粉、氟化钙粉、氟化钡粉、氮化硼粉和二硫化钼粉中的一种以上,
所述硬质材料为选自氧化铝粉、多铝红柱石粉、锆英砂粉和硅石粉中的一种以上。
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