JP2020105608A - 摩擦材 - Google Patents
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Abstract
Description
このような摩擦材として、例えば、特許文献1には、鉄製の裏板に銅被膜を介して金属系ライニング材を焼結により拡散接合してなる焼結材料であって、裏板の表面と銅被膜との間にニッケル、クロム又はニッケル−クロムの被膜を介在させたことを特徴とする防錆性に優れた焼結材料が記載されている。
このような摩擦材において、ピンホールを埋めて耐食性を向上させるためには通常30μm以上の膜厚の銅メッキが必要である。しかしながら、30μm以上の膜厚のメッキを電気メッキ法で形成すると、製品の膜厚バラツキが大きくなり、製品寸法不良に繋がるおそれがある。さらにはメッキ処理時間が増え、コスト増となる。また、メッキの層が過剰に厚くなると、剥離を生じる場合がある。
[1]
Feを主成分とするFe系部材と、前記Fe系部材の表面に形成された被覆層と、前記被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材と、を含み、
前記被覆層は、前記Fe系部材側から順に第1被覆層と第2被覆層とを含み、
前記第1被覆層は、Cu、Ni及びFeを含む合金からなり、かつ、Feの含有量が10原子%以上であり、
前記第2被覆層は、Cu及びNiを含む合金、又は、Cu、Ni及びFeを含む合金からなり、かつ、Feの含有量が10原子%未満であり、
前記第1被覆層の平均厚さが、1.0μm以上6.0μm以下であり、
前記第2被覆層の平均厚さが、9.5μm以上24.0μm以下である、摩擦材。
[2]
前記第1被覆層において、Cuの含有量が1原子%以上45原子%以下であり、Niの含有量が1原子%以上45原子%以下であり、Feの含有量が10原子%以上95原子%以下である、[1]に記載の摩擦材。
[3]
前記第2被覆層において、Cuの含有量が5原子%以上60原子%以下であり、Niの含有量が40原子%以上95原子%以下であり、Feの含有量が0原子%以上10原子%未満である、[1]又は[2]に記載の摩擦材。
[4]
前記第2被覆層は、前記第1被覆層側から順に下部領域と上部領域とを含み、
前記下部領域において、Cuの含有量が5原子%以上20原子%未満であり、
前記上部領域において、Cuの含有量が20原子%以上60原子%以下である、[1]〜[3]のいずれかに記載の摩擦材。
[5]
前記下部領域の平均厚さが、8.0μm以上20.0μm以下であり、前記上部領域の平均厚さが、1.5μm以上10.0μm以下である、[4]に記載の摩擦材。
[6]
前記下部領域において、Cuの含有量が5原子%以上20原子%未満であり、Niの含有量が80原子%を超え95原子%以下であり、Feの含有量が0原子%以上10原子%未満である、[4]又は[5]に記載の摩擦材。
[7]
前記上部領域において、Cuの含有量が20原子%以上60原子%以下であり、Niの含有量が40原子%以上80原子%以下であり、Feの含有量が0原子%以上2原子%以下である、[4]〜[6]のいずれかに記載の摩擦材。
[8]
前記被覆層において、前記第2被覆層の前記Fe系部材側とは反対側の表面に第3被覆層を含み、
前記第3被覆層は、Cu、Ni及びSnを含む合金、Cu、Ni及びZnを含む合金、又は、Cu、Ni、Sn及びZnを含む合金からなり、
前記第3被覆層の平均厚さが、0.1μm以上5.0μm以下である、[1]〜[7]のいずれかに記載の摩擦材。
[9]
前記第3被覆層において、Cuの含有量が30原子%以上69.5原子%以下であり、Niの含有量が30原子%以上69.5原子%以下であり、Sn及び/又はZnの含有量が0.5原子%以上5原子%以下である、[8]に記載の摩擦材。
[10]
前記被覆層の平均厚さが、10.5μm以上30.0μm未満である、[1]〜[9]のいずれかに記載の摩擦材。
本実施形態の摩擦材は、Feを主成分とするFe系部材と、Fe系部材の表面に形成された被覆層と、被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材と、を含む。本実施形態において、「Feを主成分とする」とは、Fe系部材中に含まれるFeが、50質量%以上であることを指す。これにより、Fe系部材の表面に被覆層を形成する際に第1被覆層中にFeを充分に拡散させることができる。また、本実施形態の摩擦材は、被覆層として、Fe系部材側から順に第1被覆層と第2被覆層とを含むことにより、被覆層に形成され得るピンホールがFe系部材まで繋がるのを抑制することができ、この結果、耐食性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第1被覆層が、Cu、Ni及びFeを含む合金からなり、かつ、Feの含有量を10原子%以上とすることにより、Fe系部材と被覆層との密着性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第2被覆層が、Cu及びNiを含む合金、又は、Cu、Ni及びFeを含む合金からなり、かつ、Feの含有量を10原子%未満とすることにより、錆の発生を抑制することができ、耐食性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第1被覆層の平均厚さが1.0μm以上であると、Fe系部材と被覆層との密着性が向上し、第1被覆層の平均厚さが6.0μm以下であると、Feを特定量以上含む層の厚さを厚くし過ぎないことで耐食性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第2被覆層の平均厚さが9.5μm以上であると、耐食性が向上し、第2被覆層の平均厚さが24.0μm以下であると、被覆層を均一に形成することができる。
そして、これらの構成が組み合わされることにより、本実施形態の摩擦材は、耐食性に優れ、裏板であるFe系部材と摩擦部材との密着性に優れると考えられる。
本実施形態に用いる被覆層は、Fe系部材側から順に第1被覆層と第2被覆層とを含む。本実施形態に用いる被覆層は、第1被覆層と第2被覆層とを含むと、ピンホールがFe系部材まで繋がるのを抑制することができる。この結果、本実施形態の摩擦材は耐食性が向上する。
本実施形態に用いる第1被覆層は、Cu、Ni及びFeを含む合金からなり、かつ、Feの含有量が10原子%以上である。第1被覆層において、Cuの含有量は1原子%以上45原子%以下であることが好ましく、Niの含有量は1原子%以上45原子%以下であることが好ましく、Feの含有量は10原子%以上95原子%以下であることが好ましい。本実施形態の摩擦材は、第1被覆層におけるCuの含有量が1原子%以上であると、第1被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、Fe系部材と第1被覆層との密着性が向上する傾向にあり、第1被覆層におけるCuの含有量が45原子%以下であると、Niの含有比率が減少するのを抑制し、耐食性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第1被覆層におけるNiの含有量が1原子%以上であると、耐食性が向上する傾向にあり、第1被覆層におけるNiの含有量が45原子%以下であると、第1被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、Fe系部材と第1被覆層との密着性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第1被覆層におけるFeの含有量が10原子%以上であると、Fe系部材と被覆層との密着性が向上し、第1被覆層におけるFeの含有量が95原子%以下であると、第1被覆層と第2被覆層との密着性が向上する傾向にある。
同様の観点から、第1被覆層におけるCuの含有量は、5原子%以上45原子%以下であることがより好ましく、10原子%以上45原子%以下であることがさらに好ましく、16原子%以上43原子%以下であることが特に好ましく、また、第1被覆層におけるNiの含有量は、2原子%以上43原子%以下であることがより好ましく、3原子%以上40原子%以下であることがさらに好ましく、また、第1被覆層におけるFeの含有量は、12原子%以上90原子%以下であることがより好ましく、15原子%以上80原子%以下であることがさらに好ましく、17原子%以上73原子%以下であることが特に好ましい。
本実施形態に用いる第2被覆層は、Cu及びNiを含む合金、又は、Cu、Ni及びFeを含む合金からなり、かつ、Feの含有量が10原子%未満である。第2被覆層において、Cuの含有量は5原子%以上60原子%以下であることが好ましく、Niの含有量は40原子%以上95原子%以下であることが好ましく、Feの含有量は0原子%以上10原子%未満であることが好ましい。本実施形態の摩擦材は、第2被覆層におけるCuの含有量が5原子%以上であると、第2被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、密着性が向上する傾向にあり、第2被覆層におけるCuの含有量が60原子%以下であると、Niの含有比率が減少するのを抑制し、耐食性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第2被覆層におけるNiの含有量が40原子%以上であると、耐食性が向上する傾向にあり、第2被覆層におけるNiの含有量が95%以下であると、第2被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、密着性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第2被覆層におけるFeの含有量が10原子%未満であると、錆の発生を抑制することができ、耐食性が向上する。同様の観点から、第2被覆層におけるCuの含有量は、5原子%以上55原子%以下であることがより好ましく、6原子%以上50原子%以下であることがさらに好ましく、8原子%以上45原子%以下であることが特に好ましく、また、第2被覆層におけるNiの含有量は、45原子%以上93原子%以下であることがより好ましく、50原子%以上92原子%以下であることがさらに好ましく、55原子%以上91原子%以下であることが特に好ましく、また、第2被覆層におけるFeの含有量は、0原子%以上7原子%以下であることがより好ましく、0原子%以上5原子%以下であることがさらに好ましく、0原子%以上4原子%以下であることが特に好ましい。
本実施形態に用いる被覆層は、第2被覆層のFe系部材側とは反対側の表面に第3被覆層を含むことが好ましい。第3被覆層は、Cu、Ni及びSnを含む合金、Cu、Ni及びZnを含む合金、又は、Cu、Ni、Sn及びZnを含む合金からなることが好ましい。第3被覆層は、Cu、Ni及びSnを含む合金からなると、摩擦部材との密着性がさらに向上する傾向にある。この理由は明らかではないが、第3被覆層は、Snを含むことで、さらに硬さを低くすることができるためであると考えられる。また、第3被覆層において、SnをZnに代替しても同様の効果を得ることができる。したがって、第3被覆層は、Cu、Ni及びZnを含む合金、又は、Cu、Ni、Sn及びZnを含む合金からなる層であってもよい。
本実施形態に用いるFe系部材は、Feを主成分とする。Fe系部材において、Feの含有量は、50質量%以上であり、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、98質量%以上であることが特に好ましい。Fe系部材において、Feの含有量の上限は、特に限定されないが、例えば、99.9質量%以下である。これにより、Fe系部材の表面に被覆層を形成する際に第1被覆層中にFeを充分に拡散させることができる。
本実施形態に用いる摩擦部材は、被覆層の少なくとも一部の表面に形成される。
次に、本実施形態の摩擦材の製造方法について、具体例を用いて説明する。本実施形態の摩擦材の製造方法は、当該摩擦材の構成を達成し得る限り特に制限されるものではない。
工程(A):マトリックスを構成する金属粉末、硬質粒子粉末、潤滑剤粉末、摩擦調整剤粉末を配合した原料粉末を混合し、得られた混合物を所定の形状に成形して摩擦部材を作製する工程と、
工程(B):準備したFe系部材の表面に、電気メッキにより、メッキ層を形成する工程と、
工程(C):Fe系部材にメッキ層を形成した少なくとも一部の表面に、作製した摩擦部材を載せて炉内に入れて加熱処理する工程と、
工程(D):加熱処理後、炉内を室温まで冷却して、摩擦材を取り出し、摩擦材の表面を所定の寸法に研磨する工程を含む。
工程(A)では摩擦部材の原料粉末として、マトリックス、硬質粒子、潤滑剤、摩擦調整剤等を適宜配合及び混合することにより、所定の配合組成を均一に混合させた摩擦部材を作製することができる。上記金属粉末に代えて、合金粉末、金属化合物粉末、又は金属間化合物粉末を用いてもよい。
下表1に示す組成の原料粉末を混合し、得られた混合物を成形して摩擦部材を作製した。
下表2に示す組成のFe系部材1及び2を準備した。
準備したFe系部材1の表面に下表3に示す組成、構成及び厚さの第1層から第4層を順に一般的に採用されている条件で電気メッキすることによりメッキ層を得た。
塩水噴霧試験は、塩水の濃度を5質量%とし、下表6に示す条件とした以外は、日本工業規格「めっきの耐食性試験方法」(JIS H8502)に準拠する方法で実施した。
耐食性試験は、塩水の濃度を5質量%とし、下表7に示す条件とした以外は、日本工業規格「自動車用ディスクブレーキパッドの接着面さび発生試験方法」(JIS D4419)に準拠する方法で実施した。
せん断強さは、日本工業規格「自動車部品―ブレーキシューアッセンブリ及びディスクブレーキパッド−せん断試験方法」(JIS D4422)に準拠する方法で測定した。せん断試験は、300℃の温度で行い、各試料の破壊時のせん断強さ(MPa)を表8に示す。破壊時のせん断強さが大きい程、密着性が高いと評価する。
準備したFe系部材2の表面に下表9に示す組成、構成及び厚さの第1層から第5層を順に一般に採用されている条件で電気メッキすることにより形成してメッキ層を得た。
Claims (10)
- Feを主成分とするFe系部材と、前記Fe系部材の表面に形成された被覆層と、前記被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材と、を含み、
前記被覆層は、前記Fe系部材側から順に第1被覆層と第2被覆層とを含み、
前記第1被覆層は、Cu、Ni及びFeを含む合金からなり、かつ、Feの含有量が10原子%以上であり、
前記第2被覆層は、Cu及びNiを含む合金、又は、Cu、Ni及びFeを含む合金からなり、かつ、Feの含有量が10原子%未満であり、
前記第1被覆層の平均厚さが、1.0μm以上6.0μm以下であり、
前記第2被覆層の平均厚さが、9.5μm以上24.0μm以下である、摩擦材。 - 前記第1被覆層において、Cuの含有量が1原子%以上45原子%以下であり、Niの含有量が1原子%以上45原子%以下であり、Feの含有量が10原子%以上95原子%以下である、請求項1に記載の摩擦材。
- 前記第2被覆層において、Cuの含有量が5原子%以上60原子%以下であり、Niの含有量が40原子%以上95原子%以下であり、Feの含有量が0原子%以上10原子%未満である、請求項1又は2に記載の摩擦材。
- 前記第2被覆層は、前記第1被覆層側から順に下部領域と上部領域とを含み、
前記下部領域において、Cuの含有量が5原子%以上20原子%未満であり、
前記上部領域において、Cuの含有量が20原子%以上60原子%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の摩擦材。 - 前記下部領域の平均厚さが、8.0μm以上20.0μm以下であり、前記上部領域の平均厚さが、1.5μm以上10.0μm以下である、請求項4に記載の摩擦材。
- 前記下部領域において、Cuの含有量が5原子%以上20原子%未満であり、Niの含有量が80原子%を超え95原子%以下であり、Feの含有量が0原子%以上10原子%未満である、請求項4又は5に記載の摩擦材。
- 前記上部領域において、Cuの含有量が20原子%以上60原子%以下であり、Niの含有量が40原子%以上80原子%以下であり、Feの含有量が0原子%以上2原子%以下である、請求項4〜6のいずれか1項に記載の摩擦材。
- 前記被覆層において、前記第2被覆層の前記Fe系部材側とは反対側の表面に第3被覆層を含み、
前記第3被覆層は、Cu、Ni及びSnを含む合金、Cu、Ni及びZnを含む合金、又は、Cu、Ni、Sn及びZnを含む合金からなり、
前記第3被覆層の平均厚さが、0.1μm以上5.0μm以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の摩擦材。 - 前記第3被覆層において、Cuの含有量が30原子%以上69.5原子%以下であり、Niの含有量が30原子%以上69.5原子%以下であり、Sn及び/又はZnの含有量が0.5原子%以上5原子%以下である、請求項8に記載の摩擦材。
- 前記被覆層の平均厚さが、10.5μm以上30.0μm未満である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の摩擦材。
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