ES2967091T3 - Forros de fricción, método para su producción y su uso - Google Patents
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Abstract
Las aleaciones de Al, en particular las aleaciones de Al-magnesio o aluminio-titanio, son adecuadas como agentes protectores contra la corrosión en forros de fricción para frenos y embragues y sirven como sustitutos del zinc metálico o de los compuestos de zinc en tales forros. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Forros de fricción, método para su producción y su uso
La invención se refiere al uso de aleaciones de aluminio como agentes anticorrosivos en forros de fricción que contienen resina orgánica y no contienen zinc o aleaciones de zinc.
Las mezclas habituales de forros de fricción presentan en principio las siguientes composiciones:
- metales (fibras y polvos, que contienen hierro en la mayor parte de los casos),
- materiales de relleno,
- agentes deslizantes (lubricantes sólidos) y
- componentes orgánicos como, por ejemplo, resinas, cauchos o fibras orgánicas y materiales de relleno.
En este caso, las proporciones metálicas de los forros de fricción suelen contener zinc o aleaciones de zinc, que sirven principalmente como protección anticorrosiva y, por ejemplo, deben evitar la aparición de óxido en los componentes de acero y de fundición de frenos y embragues, en especial en los elementos de fricción que contienen hierro, como discos de freno y tambores de freno, y en las partes integrantes que contienen hierro de la mezcla de forros de fricción. Sin embargo, el uso de zinc en mezclas de forros de fricción se considera cada vez más crítico. En este caso, el zinc está clasificado como un metal pesado y un aumento de su concentración en el medio ambiente debe mantenerse lo más reducido posible desde puntos de vista sanitarios y ecológicos.
En cuanto a la protección anticorrosiva de sistemas de frenos, también sin el uso de zinc, en el estado de la técnica ya se han propuesto soluciones muy diferentes.
El documento EP 2778462 A1 describe un contacto galvánico del freno, seleccionándose la tensión aplicada de modo que no se produzca corrosión.
El documento EP 3327 099 A1 propone un forro de fricción con un valor de pH alcalino, mediante lo cual se deben suprimir las reacciones de oxidación.
Por el documento EP 0079 732 A1 es conocido evitar la aparición de óxido en y sobre los componentes de acero y fundidos de frenos y embragues revistiendo el material de fricción con un metal. Este metal forma una superficie metálica menos noble que el acero y está compuesta por una aleación de zinc, aluminio o magnesio. Sin embargo, este procedimiento sólo evita la oxidación durante el transporte de los vehículos así equipados, ya que esta fina capa protectora se elimina con pocos accionamientos de freno o embrague.
El documento EP 3048325 A1 se refiere a un material de fricción o un forro de fricción que tiene una fuerte capacidad de carga térmica y mecánica y al mismo tiempo cumple los requisitos de un contenido en cobre lo menor posible. El documento US 2002/179 199 A1 se refiere a un disco de freno que presenta un denominado material que contiene metal en forma de aleación de aluminio.
El documento EP 1097 313 B1 prevé el uso de una aleación de aluminio-zinc como protección anticorrosiva en los forros de fricción.
Sin embargo, el uso de tales aleaciones puede estar vinculado a diversos inconvenientes. La adición de AlZn5 a algunas mezclas de forros de fricción puede provocar la formación de espuma y escamas de óxido de aluminio en la superficie del forro. También se pudo determinar que el forro de fricción puede hincharse dependiendo de la concentración de AlZn5. Finalmente, la producción de AlZn5 es relativamente compleja y está clasificada como contaminante debido a su contenido en zinc, lo que a su vez tiene repercusiones en la correspondiente eliminación de residuos.
Por lo tanto, la tarea de la presente invención es la puesta a disposición de forros de fricción, o bien mezclas de forros de fricción, en los que se pueda prescindir por completo, al menos en la medida de lo posible, de zinc, compuestos de zinc o aleaciones de zinc.
Esta tarea según la invención se resuelve en principio prescindiendo del uso de zinc y utilizando como sustituto del zinc una aleación que sea menos reactiva que, por ejemplo, AlZn5 u otra aleación de zinc, pero que aún así ofrezca suficiente protección anticorrosiva. Se descubrió que los problemas vinculados al uso de una aleación de zinc, como AlZn5, se deben principalmente a la elevada capacidad de reacción química de estas sustancias.
Por lo tanto, las mezclas de forros de fricción según la invención presentan preferentemente reactividades que se sitúan entre las de una mezcla de forros de fricción que contiene Zn metálico (por lo demás la misma mezcla de forros de fricción/forro de fricción en la composición) y una mezcla de forros de fricción que contiene AlZn5, o bien el forro de fricción producido a partir de la misma.
Para determinar la idoneidad de una aleación exenta de Zn como protección anticorrosiva en forros de fricción usuales o comunes por lo demás (respecto a la composición cualitativa y cuantitativa), se mezclan diferentes aleaciones en una mezcla de forros de fricción habitual que no contiene zinc o una aleación de zinc y a continuación se prensan para dar forros de fricción o cuerpos de ensayo. Como mezclas de referencia sirven los correspondientes forros de fricción que contienen polvo de Zn y AlZn5.
Se prefieren las pruebas utilizadas en el ámbito de la presente invención:
1. almacenamiento de los forros de fricción o de los cuerpos de ensayo durante 14 días a temperatura ambiente en una disolución de NaCl al 5 % en peso,
2. prueba de voltametría: determinación del potencial redox/tensión redox E° según la norma DIN38404-6 y
3. prueba de galvanometría: determinación de la densidad de carga eléctrica.
Estas pruebas son conocidas por el especialista y se describen, por ejemplo, en la norma DIN 50918 corrosión de metales.
La evaluación de la primera prueba se efectúa ópticamente, gravimétricamente y mediante una determinación de las dimensiones de los cuerpos de ensayo. En este caso se comprueba (ópticamente) si es detectable una formación de óxido en los cuerpos de ensayo, y se efectúa una determinación de color de la disolución de NaCl. En la prueba de voltametría se determina si el forro de fricción según la invención presenta al menos un potencial redox negativo (E<o>) que se sitúe entre el de una mezcla de referencia que contiene Zn y una que contiene AlZn5. En la determinación de la densidad de carga (ensayo de galvanometría) se debe alcanzar un valor que sea al menos tan elevado como el de la mezcla de referencia que contiene Zn. En los ensayos descritos, la proporción de Zn metálico o de aleación de Zn de las mezclas de referencia corresponde a la proporción de aleaciones que no contienen Zn en las mezclas según la invención (en cada caso expresada en % en peso del forro de fricción acabado).
Las aleaciones de aluminio con magnesio (Mg) o titanio (Ti) han demostrado ser especialmente adecuadas para resolver la presente tarea. En principio, también son adecuados otros elementos de aleación, como por ejemplo silicio (Si). Pueden tratarse de sistemas de aleación binarios, ternarios o cuaternarios, de los cuales se prefieren especialmente las aleaciones binarias de aluminio. Estos sistemas binarios de tipo Al<X>Z<y>(con Z preferentemente igual a Mg y Ti y x = 10 - 90 % en peso e y = 10 - 90 % en peso) han demostrado ser especialmente adecuados respecto al potencial de electrodo o redox (= reactividad), estabilidad dimensional y densidad de carga. En especial, se deben mencionar aquí aleaciones como AITi10 y AIMg50.
Las aleaciones utilizadas según la invención contienen uno o varios de los siguientes metales: Mg, Ti, Si, Ba, Sr, Ca, Be, Zr, Cr, Fe, Sn, Bi y aluminio. Las mezclas de forros de fricción según la invención pueden contener también polvo de una mezcla de metales a partir de los citados componentes. La producción de las aleaciones se efectúa mediante fusión y homogeneización de los componentes para dar un sistema finamente disperso. En el comercio se encuentran disponibles una variedad de aleaciones de este tipo.
La proporción de las aleaciones utilizadas según la invención en la mezcla de forros de fricción, o bien en el forro de fricción acabado, se puede situar preferentemente entre 0,5 - 15 % en peso. Estas aleaciones se pueden utilizar en todos los forros de fricción habituales en los que se utiliza Zn o aleaciones de Zn según el estado de la técnica. Por lo tanto, no es necesaria una adaptación especial de los demás componentes del forro de fricción a las aleaciones aquí descritas. En las mezclas del estado de la técnica, preferentemente sólo se sustituye el componente de Zn o de aleación de Zn por las aleaciones según la invención. Por regla general, la sustitución también se puede realizar teniendo en cuenta la respectiva proporción ponderal en el forro de fricción de 1:1 o con pequeñas desviaciones de ésta.
La previsión de un metal menos noble que el hierro o el acero en la mezcla de material de fricción evita la oxidación del elemento de fricción de acero o hierro. Los componentes de aleación de aluminio del forro de fricción forman un ánodo de sacrificio, de modo que se puede evitar de forma segura una oxidación y en especial una oxidación sólida del elemento de fricción en el forro de fricción. En este caso, es ventajoso que el ánodo de sacrificio siempre se puede renovar con el desgaste del forro de fricción.
La eficacia de las partículas inhibidoras de la corrosión depende de que su distribución sea uniforme en toda la sección transversal de los forros de fricción. Esto se consigue de manera especialmente conveniente con una aleación según la invención, que se añade preferiblemente en forma de polvo.
Con las aleaciones utilizadas según la invención se puede conseguir otra ventaja si estas se introducen en forma de polvo en el forro de fricción. La adición en forma de polvo reduce la adherencia de piezas de hierro y acero a los forros de fricción de frenos y embragues que se produce bajo determinadas condiciones ambientales y reduce así la llamada "corrosión adhesiva".
Las aleaciones utilizables según la invención se introducen preferentemente en forma de partículas en la mezcla de materiales de fricción. Como lubricante pueden estar contenidos sulfuros de estaño con una proporción ponderal entre aproximadamente 0,5 y 10 % en peso, de modo preferible aproximadamente 2 a 8 % en peso.
Para la producción del forro de fricción está previsto licuar en primer lugar las aleaciones de aluminio, que se presentan preferiblemente en forma de barras o de bloques, y pulverizarlas a continuación para obtener partículas esencialmente esféricas. A continuación, estas partículas se mezclan con una mezcla común de materiales de fricción y se prensan para dar un forro de fricción a temperaturas y presiones conocidas.
Sin embargo, también se pueden formar partículas de polvo directamente a partir de la fusión de la aleación, por ejemplo mediante pulverización o centrifugado sobre el borde de un disco giratorio. El tamaño de partícula de las aleaciones utilizadas según la invención se sitúa preferentemente en el intervalo de 100 gm a 700 gm. Las aleaciones de aluminio con otros metales, como las aleaciones de Al/Mg, en forma de partículas también se encuentran disponibles en el comercio.
Como materiales de relleno para forros de fricción según la invención pueden estar contenidos óxidos metálicos, silicatos metálicos y/o sulfatos metálicos, individualmente o en combinación con otros materiales de relleno. Las sustancias fibrosas están constituidas preferiblemente por fibras de aramida y/u otras fibras orgánicas o inorgánicas. Además de la aleación de aluminio, como metales pueden estar incluidos, por ejemplo, lana de acero y/o lana de cobre.
Como lubricantes se utilizan preferiblemente sulfuros de estaño con una proporción ponderal de 0,5 a 10 % en peso, preferiblemente de 2 a 8 % en peso. Los sulfuros de estaño se pueden añadir, por ejemplo, en forma de polvo a la mezcla de forro de fricción.
Las aleaciones utilizadas según la invención se pueden utilizar en principio en cualquier mezcla de forros de fricción. La producción de los forros de fricción según la invención se puede efectuar según métodos convencionales conocidos por el estado de la técnica, es decir, mediante mezclado de todos los componentes de partida y prensado de la mezcla de forros de fricción obtenida de este modo a presión y temperatura elevadas. En el caso de aplicación típico, la aleación de Al que sirve como protección anticorrosiva se introduce en un mezclador como polvo con las demás partes integrantes de la mezcla, mediante lo cual las partículas de aleación se distribuyen homogéneamente en el material de fricción durante el proceso de mezclado. Esto significa además que, mediante el proceso de fricción en el caso de uso de un forro de freno adecuado, siempre llega nuevo material anticorrosivo a la superficie del forro de fricción. De este modo, durante el ciclo de aplicación siempre dominan condiciones uniformes o constantes en la superficie del forro de fricción.
Ejemplo
Una mezcla de materiales de fricción producida según la invención puede estar compuesta, por ejemplo, de la siguiente manera:
Materias primas % en peso
Lana de acero 15 - 25
Cobre y/o aleaciones de cobre. 3 - 20
Aleación de aluminio-Mg/Ti 0,5 - 15
Oxido de aluminio 0,5 - 2
Harina de mica 5 - 8
Espato pesado 5 - 15
Óxido de hierro 5 - 15
Sulfuros de estaño 2 - 8
Grafito 2 - 6 Materias primas % en peso Polvo de coque 10 - 20 Fibra de aramida 1 - 2 Polvo de material de relleno de resina 2 - 6 Resina aglutinante 3 - 7
Por lo tanto, la presente invención se refiere al uso de las aleaciones de Al según la invención como (agentes) anticorrosivos y/o como sustitución del metal zinc y/o compuestos de zinc en forros de fricción y mezclas de forros de fricción correspondientes.
Claims (7)
1. Uso de aleaciones de aluminio que comprenden, además de aluminio, uno o más de los siguientes metales Mg, Ti, Si, Ba, Sr, Ca, Be, Zr, Cr, Fe, Sn, Bi como agentes anticorrosivos en forros de fricción que contienen resina orgánica y no contienen zinc ni una aleación de zinc.
2. Uso según la reivindicación 1, caracterizado por que en el caso de la aleación de Al se trata de una aleación de fórmula AlxZy, donde Z representa Mg y/o Ti y/o Si y x e y significan respectivamente intervalos de 10 % a 90 % en peso inclusive.
3. Uso según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que en el caso de la aleación de Al se trata de una aleación binaria de Al-Mg o una aleación de Al-Ti.
4. Uso según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que en el caso de la aleación de Al ese trata de una aleación ternaria o cuaternaria que contiene Mg y/o Ti y/o Si y en donde y representa la suma de las proporciones del componente Z.
5. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que en el caso de la aleación de Al se trata de AITi10 o AIMg50.
6. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la aleación de Al se presenta y se utiliza en forma de partículas.
7. Uso según la reivindicación 6, caracterizado por que las partículas presentan un tamaño de 100-700 gm.
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