ES2249180A1 - Lubricante solido para forros de friccion y su proceso de fabricacion. - Google Patents
Lubricante solido para forros de friccion y su proceso de fabricacion.Info
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Abstract
Se trata de un lubricante sólido para forros de fricción (pastillas de freno, zapatas, embragues, etc.), constituido a partir de un sulfuro de estaño complejo formado por unas aleaciones binarias, terciarias o cuaternarias de estaño, azufre y un metal o metales de base X, tales como hierro, cobre, titanio, bismuto y/o manganeso; también se reivindica su proceso de fabricación según el cual los polvos de las materias primas se homogeneizan con el azufre en un mezclador en atmósfera controlada y la mezcla se coloca en un reactor para la reacción química de sulfuración, para después someter el producto a un tratamiento térmico y finalmente proceder a su molienda y posterior micronización en un molino de chorro de aire.
Description
Lubricante sólido para forros de fricción y su
proceso de fabricación.
Los forros de fricción utilizados en embragues y
frenos se constituyen por productos que, básicamente, se componen
de metales, tanto en fibras como en polvo; de cargas que
eventualmente incluyen fibras inorgánicas; lubrificantes,
constituidos normalmente por lubricantes sólidos y componentes
orgánicos tales como resinas, cauchos y fibras o cargas
orgánicas.
Para obtener unas propiedades óptimas frente al
desgaste, es conocida la utilización de sulfuros metálicos, tal y
como se describe, por ejemplo en las Patentes alemanas DE 40 18 671
y DE 40 24 547.
A través de la Patente inglesa GB 995198,
solicitada en 1960 por "Steatit Magnesia AG" se conoce un
proceso de fabricación de un cuerpo cerámico de fricción, en el
cual se propone, como lubricante sólido sulfuros de molibdeno, de
antimonio, de plomo, de zinc y/o de cadmio, mencionándose también
el uso de sulfuro de estaño.
Por la Patente US 4.000.981, solicitada en 1975
por "Oiles Industry Co Ltd", se conoce ya un artículo
sinterizado autolubricante que tiene una gran resistencia a la
oxidación, una gran estabilidad, alta resistencia al desgaste a
temperaturas elevadas sin ayuda de ningún otro lubricante y que
incorpora estaño entre sus componentes, en concreto entre un 5 a un
10% de porcentaje de peso de estaño.
En la Patente US 5.958.846 de "Chemetall" se
describe un lubricante sólido, especialmente para forros de
fricción de frenos que se constituye a base de un sulfuro de metal,
de la fórmula.
M1_{y}M2_{m}M3_{n}S_{x}
En donde M1, M2 y M3 son diferentes metales
seleccionados del grupo de: Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Sb, Sn y
B;
\bullet S es azufre
\bullet y es de 1 a 5
\bullet m es de 1 a 5
\bullet n es de 0 a 5
\bullet x es de 2 a 8
Con posterioridad a esta Patente de Estados
Unidos, la misma Firma "Chemetall" solicitó la Patente US
6.303.545 que también hace referencia a lubricantes sólidos basados
en sulfuro de estaño y carbono para su uso en forros de fricción
tales como los forros de frenos y de embragues.
El sulfuro de estaño comercial puro tiene el
problema de la absorción de humedad que con el tiempo resulta
negativo para el forro de fricción.
Para subsanar este inconveniente se preconiza
ahora el empleo, en la fabricación de lubricantes sólidos y en
lugar de sulfuro de estaño puro, de un sulfuro de estaño complejo
reduciéndose la absorción de humedad lo que se traduce en las
mejoras siguientes:
- \bullet
- Una duración más prolongada del forro de fricción debido a que la humedad es uno de los agentes más importantes de degradación del sulfuro.
- \bullet
- Ventajas en la concreta aplicación de este lubricante para la fabricación de forros de fricción, ya que el agua degrada los ingredientes utilizados en las formulaciones de fricción.
El objeto de la presente invención es un
lubricante sólido para la fabricación de forros de fricción de los
que se emplean en frenos y mecanismos de embrague de vehículos; así
como su proceso de fabricación.
De acuerdo con la presente invención se preconiza
el empleo, en lugar de un sulfuro de estaño comercial puro, un
sulfuro de estaño complejo.
En concreto, el sulfuro de estaño complejo puede
ser unas aleaciones binarias, terciarias o cuaternarias según las
fórmulas:
Aleación binaria Sn_{w} M1_{y} S_{z}
Aleación terciaria Sn_{w} M1_{y} M2_{m}
S_{z}
Aleación cuaternaria Sn_{w} M1_{y} M2_{m}
M3_{n} S_{z}
En donde: Sn es estaño; S es azufre; mientras que
M1, M2 y M3 son metales de base X, tales como Hierro (Fe); Cobre
(Cu); Titanio (Ti); Bismuto (Bi) y Manganeso (Mn).
De acuerdo con lo anterior, la materia prima se
prepara de la forma siguiente:
Se introduce en un horno de inducción el lingote
de estaño (un 99.95% mínimo de Sn) que se derrite a una temperatura
en exceso que puede ir hasta 200ºC sobre el punto de fusión del
estaño, de preferencia entre 350ºC y 400ºC, en una atmósfera
controlada. Posteriormente se atomiza el metal líquido con agua,
aire o gas inerte. La presión de atomización debería ser de
preferencia entre 200 y 250 Kg/cm^{2}.
Cuando se usa agua en el proceso, el polvo
atomizado se seca en un horno con una atmósfera controlada.
Después se seca el material atomizado y se
clasifica para alcanzar de preferencia un tamaño de partículas
entre un 60 y un 100% más pequeño que la malla 100.
También se puede usar óxido de estaño con un 99%
de pureza, en una mezcla/con polvo de estaño metálico.
En un horno de inducción se funde el hierro a una
temperatura en exceso que puede ir hasta 200ºC sobre el punto de
fusión del hierro que son 1540ºC, de preferencia a unos 1700ºC.
Posteriormente el metal líquido se atomiza con agua, aire o gas
inerte. La presión de atomización debería ser de 100 a 150
Kg/cm^{2}.
Cuando se usa agua en el proceso, se seca el
polvo en un secador de horno rotatorio con una atmósfera
controlada.
Después el metal atomizado se seca y se clasifica
para alcanzar de preferencia un tamaño de granulación de un 90 a
un 100% más pequeño que la malla 325.
También se puede usar óxido de hierro con una
pureza de un 99%, en una mezcla con el polvo de hierro
metálico.
En un horno de inducción se funde el cobre con
una temperatura en exceso que puede ir de 300ºC sobre el punto de
fusión del cobre, de preferencia entre
1250ºC-1350ºC.
Después se atomiza el metal líquido con agua,
aire o gas inerte. La presión de atomización de preferencia
debería ser de 100 a 150 Kg/cm^{2}.
Cuando se usa agua en el proceso, se seca el
polvo en un secador de horno rotatorio con una atmósfera
controlada.
Posteriormente se seca y se clasifica el material
atomizado para alcanzar un tamaño de partícula de preferencia de
un 90% - 100% más pequeño que la malla 325.
También se puede usar óxido de cobre con una
pureza de un 99%, en una mezcla con el polvo de cobre metálico.
El manganeso electrolítico (con un contenido de
manganeso mínimo de un 99.8%), se muele en un molino de bola con
una atmósfera controlada para evitar el riesgo de explosión. Se
clasifica para obtener un tamaño de partícula de un 100% más
pequeño que la malla 325.
También se puede usar óxido de manganeso con una
pureza de un 99% en una mezcla con polvo de manganeso
electrolítico.
El polvo de titanio deberá tener de preferencia
un tamaño de granulación de un 100% más pequeño que la malla 325
con una pureza comercial.
El polvo de bismuto deberá tener de preferencia
un tamaño de granulación de un 100% más pequeño que la malla 325
con una pureza comercial.
El azufre en polvo con un tamaño de granulación
de malla 60 y un mínimo de un 98% de pureza.
A partir de estas materias, la producción del
sulfuro de estaño complejo se desarrolla de la forma siguiente.
Los polvos atomizados se homogeneizan finamente
con azufre en un mezclador de tipo cubo durante 15 a 45 minutos. Se
procesa en una atmósfera controlada con gas argón para evitar el
riesgo de explosión.
La proporción en peso de la materia prima en el
mezclador es como sigue:
Azufre (S)= 20 a 30%
Estaño (Sn)= 50 a 70%
Hierro (Fe)= 0,5 a 15% y/o,
Titanio (Ti)= 0,5 a 15% y/o,
Cobre (Cu)= 0,5 a 15% y/o,
Bismuto (Bi) = 0,5 a 15% y/o
Manganeso (Mn) = 0,5 a 15%.
La mezcla (azufre, polvo de estaño y metales de
base X) se coloca en el reactor para la reacción química con el
azufre (desde 440ºC de temperatura).
Después de la reacción de sulfuración, se coloca
el producto bajo un tratamiento térmico usando una atmósfera de
nitrógeno o de aire o al vacío (dependiente de los metales de base
X), a una temperatura máxima de 190ºC durante un tiempo de 0.5 a
18 horas.
Después de la sulfuración se muele el material
hasta que se alcance un tamaño de granulación de un 100% más
pequeño que la malla 18, se microniza el material en polvo (molino
de chorro de aire) y se clasifica el tamaño de acuerdo con las
especificaciones internas o las necesidades del cliente.
La figura 1 muestra un gráfico comparativo del
sulfuro de estaño complejo según la invención y un sulfuro de
estaño comercial puro, en un ambiente con una humedad del 92%.
La figura 2 es un gráfico comparativo como el
anterior en un ambiente con una humedad del 86%.
Ejemplo de realización
práctico
Se procede a la preparación de un sulfuro de
estaño complejo para su uso en la fabricación de un lubricante
sólido, de los que se emplean en frenos y mecanismos de embrague de
vehículos. El sulfuro de estaño complejo es en concreto en este
caso una aleación binaria con un metal base X, en concreto el
hierro.
Se funden lingotes de estaño con una pureza de un
99.9% en un horno de inducción con atmósfera controlada hasta que
alcance 400ºC. El estaño de metal líquido se atomiza con agua y se
seca en un horno con atmósfera controlada. Se clasifica para
alcanzar un tamaño de partículas de un 60% más pequeño que la malla
325.
Se derrite hierro en un horno de inducción hasta
alcanzar 1650ºC.
Se atomiza con agua y se seca en un secador de
horno rotatorio con una atmósfera controlada. Se clasifica para
alcanzar un tamaño de partículas de un 100% más pequeño que la
malla 325.
Se homogeneiza el estaño, el azufre y el hierro
en un mezclador de tipo cubo (70Kg de Sn, 25Kg de S y 5Kg de Fe)
durante 45 minutos, en una atmósfera controlada.
Se coloca la mezcla en el reactor (440ºC).
Después de la reacción de sulfuración, se
necesita tratar térmicamente el sulfuro en una atmósfera de
nitrógeno a 150ºC durante 18 horas.
El sulfuro complejo ha de ser molido (molino de
bola) después del tratamiento térmico y a continuación ha de ser
micronizado (molino de chorro de aire).
El sulfuro complejo se clasifica para alcanzar un
tamaño de granulación de un 98% más pequeño que la malla 325.
La composición química del material producido se
analiza y los resultados esperados se indican aquí debajo:
Sn = 70.0% mínimo
Fe = 8,0% máximo
S = 20,0% mínimo
La humedad absorbida por el sulfuro complejo del
ejemplo práctico arriba indicado se comparó con el sulfuro de
estaño comercial puro.
Se expusieron muestras de los dos productos en un
entorno con una humedad relativa de un 86% y un 92%
respectivamente, con periodos de tiempo que varían hasta 24
horas.
Los gráficos de las figuras 1 y 2 indican los
resultados.
Se puede observar que el sulfuro complejo
(FeSnS-línea más gruesa) absorbió menos humedad que
el sulfuro de estaño comercial puro (SnS-línea más
fina).
Las ventajas obtenidas con el sulfuro complejo
son:
- \sqbullet
- Una duración más prolongada del producto, debido a que la humedad es uno de los agentes más importantes de degradación del sulfuro;
- \sqbullet
- El uso de un producto que absorbe menos agua es ventajoso para la fabricación de almohadillas de freno debido a que el agua degrada los ingredientes usados en las formulaciones de fricción.
Claims (3)
1. Lubricante sólido para forros de fricción, de
los lubricantes sólidos que se constituyen a partir de un sulfuro
de metal, en concreto sulfuro de estaño, y que se utilizan, para la
fabricación de forros de fricción de los empleados en frenos y en
mecanismos de embrague de vehículos, caracterizado porque en
lugar de un sulfuro de estaño comercial se emplea un sulfuro de
estaño complejo formado por unas aleaciones binarias, terciarias o
cuaternarias según las fórmulas:
Aleación binaria Sn_{w}M1_{y}S_{z}
Aleación terciaria
Sn_{w}M1_{y}M2_{m}S_{z}
Aleación cuaternaria
Sn_{w}M1_{y}M2_{m}M3_{n}S_{z}
En donde: Sn es estaño; S es azufre y M1, M2 y M3
son metales de base X, tales como hierro; cobre; titanio; bismuto
y manganeso.
2. Proceso de fabricación de un lubricante sólido
para forros de fricción, en el que el lubricante sólido se
constituye a partir de un sulfuro de estaño complejo, tal como
pueden ser unas aleaciones binarias, terciarias o cuaternarias,
según las fórmulas:
Aleación binaria Sn_{w}M1_{y}S_{z}
Aleación terciaria
Sn_{w}M1_{y}M2_{m}S_{z}
Aleación cuaternaria
Sn_{w}M1_{y}M2_{m}M3_{n}S_{z}
En donde: Sn es estaño; S es azufre y M1, M2 y M3
son metales de base X, tales como hierro; cobre; titanio; bismuto
y/o manganeso, caracterizado porque los polvos atomizados de
las materias primas se homogeneizan con el azufre en un mezclador
de tipo cubo durante un tiempo comprendido entre 15 y 45 minutos,
procesándolo en una atmósfera controlada con gas argón, siendo la
proporción su peso de las materias primas en el mezclador la
siguiente.
- azufre de un 20 a un 30% de peso
- estaño de un 50 a un 70% de peso
- hierro de un 0,5 a un 15% de peso y/o,
- titanio de un 0,5 a un 15% de peso y/o,
- cobre de un 0,5 a un 15% de peso y/o,
- bismuto de un 0,5 a un 15% de peso y/o
- manganeso de un 0,5 a un 15% de peso
3. Proceso de fabricación de un lubricante sólido
para forros de fricción, en todo de acuerdo con la segunda
reivindicación, caracterizado porque la mezcla de azufre,
estaño y el correspondiente metal o metales de base X se coloca en
un reactor para la reacción química de sulfuración con el azufre a
partir de los 440ºC de temperatura; porque después de la fase de
sulfuración se dispone al producto bajo un tratamiento térmico a
una temperatura máxima de 190ºC y durante un tiempo comprendido
entre los treinta minutos y las 18 horas; y porque en una fase
posterior se muele el material hasta que alcance un tamaño de
granulación de un 100% más pequeño que la malla (18), para
finalmente micronizar el material en polvo mediante un molino de
chorro de aire y proceder a un clasificado final.
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|---|---|---|---|
| ES200402187A ES2249180B1 (es) | 2004-09-14 | 2004-09-14 | Lubricante solido para forros de friccion y su proceso de fabricacion. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200402187A ES2249180B1 (es) | 2004-09-14 | 2004-09-14 | Lubricante solido para forros de friccion y su proceso de fabricacion. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| ES2249180B1 ES2249180B1 (es) | 2006-12-01 |
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|---|---|---|---|
| ES200402187A Expired - Fee Related ES2249180B1 (es) | 2004-09-14 | 2004-09-14 | Lubricante solido para forros de friccion y su proceso de fabricacion. |
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|---|---|
| ES (1) | ES2249180B1 (es) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5958846A (en) * | 1995-05-17 | 1999-09-28 | Chemetall Ges. M.B.H. | Solid lubricant, especially for friction linings, friction lining mixtures |
| ES2135963T3 (es) * | 1996-05-07 | 1999-11-01 | Starck H C Gmbh Co Kg | Procedimiento para la obtencion de disulfuros metalicos y su elaboracion ulterior para dar trisulfuros dimetalicos. |
| ES2192846T3 (es) * | 1998-04-09 | 2003-10-16 | Chemetall Gmbh | Lubricante solido basado en sulfuro de estaño y carbono. |
| EP1357311A2 (en) * | 2002-04-24 | 2003-10-29 | Nisshinbo Industries, Inc. | Non-asbestos friction materials |
-
2004
- 2004-09-14 ES ES200402187A patent/ES2249180B1/es not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2249180B1 (es) | 2006-12-01 |
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