JPH09184037A - ブレーキディスク用アルミニウム合金複合材 - Google Patents

ブレーキディスク用アルミニウム合金複合材

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JPH09184037A
JPH09184037A JP35210695A JP35210695A JPH09184037A JP H09184037 A JPH09184037 A JP H09184037A JP 35210695 A JP35210695 A JP 35210695A JP 35210695 A JP35210695 A JP 35210695A JP H09184037 A JPH09184037 A JP H09184037A
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JP
Japan
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aluminum alloy
thermal conductivity
particles
alloy composite
brake disc
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JP35210695A
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English (en)
Inventor
Juichi Ishikawa
壽一 石川
Koji Okazaki
孝二 岡崎
Wada Hikaru
ワダ ヒカル
Yoshimasa Okubo
喜正 大久保
Akio Kikuchi
昭雄 菊地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Fuji Corp Ltd
Original Assignee
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Fuji Corp Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性に優れるとともに、熱伝導率が高
く、ブレーキ制動時に発生する摩擦熱を材料内部に逃が
すことにより摩擦熱による材料表面の過熱を抑え、焼付
きを生じることなく安定した制動性が得られるブレーキ
ディスク用アルミニウム合金複合材を提供する。 【解決手段】 Si2 〜10%を含有し、Ni、Cu、F
e、Zn、Mn、TiおよびCrのうちの1種または2
種以上を合計で2 %以下含み、残部Alおよび不可避的
不純物からなるアルミニウム合金粉末成形体であって、
該成形体マトリックス中に、平均粒径が1 〜15μm のS
iC粒子、AlN粒子の1種または2種を総計で3 〜15
%分散させてなり、熱伝導率が180w/Mk 以上である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブレーキディスク
用アルミニウム合金複合材、詳しくは二輪車、四輪車、
鉄道車両用として使用されるブレーキディスク用アルミ
ニウム合金複合材に関する。
【0002】
【従来の技術】二輪車、四輪車、鉄道車両用のブレーキ
ディスクには、通常、ステンレス鋼やクロム鋼などの鋼
材が使用されているが、車体の走行性能の向上や燃費改
善の観点から、車体重量の軽減が要求され、ブレーキデ
ィスクについても軽量化のために鋼材に代わりアルミニ
ウム合金材の使用が検討されている。
【0003】通常のアルミニウム合金材をブレーキディ
スク材として使用すると、ディスク材の摩耗が著しいば
かりでなく、ブレーキパッド材の摩耗も顕著となるた
め、アルミニウム合金のマトリックス中に、粒径が5〜
100μmのAl2 3(アルミナ) 、Si3 4(窒化珪
素) 、SiCなどの強化粒子を1〜7%分散させてなる
ディスク材(特開平2-25538 号公報) 、Si4.0 〜12.0
%、Cu2.0 〜6.0 %を含有し、残部Alと不可避的不
純物からなるアルミニウム合金中に、Al2 3、Si
Cなどのセラミックス粒子を分散させてなるブレーキデ
ィスク材(特開平4-173936号公報) が提案されている。
【0004】しかしながら、上記のアルミニウム合金ブ
レーキディスク材は、アルミニウム合金の溶湯に強化粒
子を添加する鋳造材として提供されるものであるため、
アルミニウム合金マトリックス中への強化粒子の均一分
散に難点があり、また強化粒子とアルミニウム合金溶湯
との濡れ性は必ずしも良好でなく、SiC粒子などにお
いては溶湯と化学反応を起こし易いなどの問題もあるこ
とから、耐摩耗性などに十分な特性が得られない場合が
少なくない。
【0005】発明者らは、ブレーキディスクに対するア
ルミニウム合金材の適用可能性を検討するために、ブレ
ーキの作動と材料特性との関連について検討した結果、
ブレーキ制動時には摩擦熱によってディスク材の温度が
急激に上昇し、高負荷の場合にはとくに著しい上昇がみ
られ、ディスク材が焼付けを起こしたり、ディスク材に
激しい引っ掻き傷の発生が生じ、さらにディスク材が溶
解する場合もあることがわかった。
【0006】従って、アルミニウム合金材をブレーキデ
ィスク材として適用するには、まずアルミニウム合金材
の耐熱性を高めることが必要であることは当然である
が、別の観点からは、熱伝導率の高い材料を使用するこ
とにより摩擦表面の温度上昇を抑えることがブレーキデ
ィスク材の損傷防止に有効であることが見出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の検討
結果に基づいて、前記アルミニウム合金ブレーキディス
ク材の問題点を解消するためになされたものであり、そ
の目的は、耐摩耗性に優れるとともに、熱伝導率が高く
摩擦表面の温度上昇が抑制されて、ブレーキディスクの
損傷を軽減することができるブレーキディスク用アルミ
ニウム合金複合材を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるブレーキディスク用アルミニウム合金
複合材は、Si2〜10%を含有し、Ni、Cu、F
e、Zn、Mn、Ti、ZrおよびCrのうちの1種ま
たは2種以上を合計で2%以下含み、残部Alおよび不
可避的不純物からなるアルミニウム合金粉末成形体であ
って、該成形体マトリックス中に、平均粒径が1〜15
μmのSiC粒子、AlN粒子の1種または2種を総計
で3〜15%分散させてなり、熱伝導率が180W/m
K以上であることを構成上の特徴とする。また、さらに
平均粒径が10〜100μmの黒鉛粉末を1〜5%分散
させてなることを発明構成上の第2の特徴とする。
【0009】本発明における含有成分の意義および限定
理由について説明すると、Siは、合金の耐磨耗性およ
び耐焼付き性を高める機能を有する。またSiを含有さ
せても、合金の熱伝導率に及ぼす影響は小さい。好まし
い含有量は2〜10%の範囲であり、2%未満ではその
効果が十分でなく、10%を越えて含有すると、合金の
熱伝導率が低下し、その効果も飽和する。
【0010】Ni、Cu、Fe、Zn、Mn、Ti、Z
rおよびCrは、合金の強度を高め、そこ結果として合
金の耐磨耗性および耐焼付き性を向上させるよう作用す
る。好ましい含有範囲は2%以下であり、2%を越える
と熱伝導率を低下させる。
【0011】SiC粒子、AlN粒子は、ビッカース硬
さ500以上を有するセラミックス粒子であり、これら
を添加することにより、ディスク材およびブレーキパッ
ト材の磨耗を減少させることができる。また、SiCお
よびAlNの熱伝導率は、それぞれ120W/mKおよ
び150W/mKと高く、これらの粒子を添加すること
によってブレーキディスク材の熱伝導率を高い値に保つ
ことができる。
【0012】SiC粒子およびAlN粒子の好ましい含
有量は、総計で3〜15%の範囲であり、3%未満では
耐磨耗性向上の効果が十分に得られず、15%を越える
と、合金の鍛造性および機械加工性が劣化して製品の製
造が困難となり易い。SiC粒子およびAlN粒子の平
均粒径は1〜15μmの範囲が好ましく、1μm未満で
は粒子が凝集を起こし易く、15μmを越えると合金の
機械加工性を低下させる。
【0013】黒鉛粉末を添加することにより、ブレーキ
制動性を向上させるために必要な摩擦係数が高められ
る。黒鉛粉末の好ましい添加量は1〜5%の範囲であ
り、1%未満ではその効果が小さく、5%を越えると、
ディスク材の強度が低下する傾向があり、その効果も飽
和する。黒鉛粉末の平均粒径は7〜100μmの範囲が
好ましく、7μm未満では粉末が凝集を起こし易く、マ
トリクス中に均一に分散させるのが難しく、100μm
を越えるとディスク材の強度が低下する。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明のブレーキディスク用アル
ミニウム合金複合材は、粉末冶金法によって製造され
る。標準的な工程は、所定の組成を有するアルミニウム
合金粉末、SiC粒子および/またはAlN粒子、必要
に応じて黒鉛粉末を、所望の割合で配合し、十分に混合
する。均一な混合状態を得るためには、アルミニウム合
金粉末は微細であることが望ましく、通常100μm以
下の粉末として使用する。ついで、混合粉を缶に充填
し、混合粉を400〜500℃の温度に加熱しながら缶
の内部を真空排気あるいは不活性ガスで置換して、アル
ミニウム合金粉末の表面に吸着しているガスおよび水分
を除去する脱ガス処理を行う。
【0015】続いて、缶内に充填されている上記の混合
粉を、缶とともにホットプレスすることにより固化し、
混合粉を99.9%以上の密度とする。缶充填−脱ガス
−ホットプレス固定の代わりに、混合粉を真空ホットプ
レスすることによって固化することもできる。固化後、
適当な大きさに切断して、鍛造および機械仕上げ加工行
い、ブレーキディスクに成形する。本発明の粉末成形体
とは、固化後の成形体、鍛造後の成形体、機械仕上げ後
の成形体など、製造の途中工程にあるものや最終製品を
包含する。
【0016】本発明によるブレーキディスク用アルミニ
ウム合金複合材は、耐磨耗性が優れているとともに、耐
焼付き性に優れ良好な耐熱性能をそなえているから、ブ
レーキディスク材として使用した場合、磨耗の発生が抑
制され、摩擦熱によりディスク材の温度が上昇しても焼
付きが生じることが避けられる。さらに、熱伝導率が高
いから、ブレーキ制動時に発生する摩擦熱が材料内部に
素早く伝達され、摩擦熱による材料表面の過熱が抑えら
れ、焼付きの発生しない安定した制動性が得られる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。 実施例1 エアアトマイズ法により作製した平均粒径60μmのア
ルミニウム合金粉末と、SiC粒子、AlN粒子および
平均粒径40μmの黒鉛粉末を用い、これらの粉末、粒
子を混合、封缶、450℃で1hの真空排気による脱ガ
ス処理、400℃の温度で荷重4000tのホットプレ
スを行うことにより、表1(合金元素)および表2(セ
ラミックス粒子)に示す組成を有する直径95mm、長
さ100mmのアルミニウム合金複合材を得た。
【0018】得られた複合材について、熱伝導率の測定
を行うとともに、以下に示す条件でピン−ディスク式摩
擦磨耗試験を行い、ピンの磨耗量、ディスクの磨耗量を
測定し、耐焼付き性を評価した。結果を表3に示す。本
発明に従うブレーキディスク用アルミニウム合金複合
材、試験材No.1〜12はいずれも、耐磨耗性に優れ、熱伝
導率が高く耐焼付き性が良好である。
【0019】ピン−ディスク式摩擦磨耗試験:製造され
た上記アルミニウム合金複合材をディスクとし、市販の
ブレーキ用パット材(日本ブレーキ工業株式会社製ブレ
ーキパット:C04A)から断面形状が7mm×7mm
の角型のピンを成形し、ディスクを回転させ、この回転
するディスクの側面に3個のピンを押し当てて摩擦さ
せ、ピンおよびディスクの磨耗量を測定した。
【0020】試験条件は、試験荷重15kgf(面圧1
MPa)、摩擦速度2m/s、試験時間5分とした。耐
焼付き性の評価は、試験条件として、試験荷重を10k
gf(面圧0.7MPa)、15kgf(面圧1MP
a)および20kgf(面圧1MPa)の3種類とし、
摩擦速度20m/s、試験時間5秒とし、焼付き性の有
無を観察した。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】比較例1 実施例1と同様にして、表4に示す組成を有する直径9
5mm、長さ100mmのアルミニウム合金複合材を製
造した。得られた複合材について、実施例1と同じ方法
で、熱伝導率を測定し、ピン−ディスク式摩擦磨耗試験
を行って、ピンおよびディスクの磨耗量を測定し、耐焼
付き性を評価した。結果を表5に示す。なお、表4にお
いて、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【0025】
【表4】
【0026】
【表5】
【0027】表5にみられるように、試験材No.13 はS
i含有量が多いため、試験材No.14は本発明の合金組成
を外れるため、いずれも熱伝導率が低く、試験荷重が大
きい場合に焼付きが生じている。試験材No.15 は、セラ
ミックス粒子を含有しないため、磨耗量が大きく、焼付
きも生じている。試験材No.16 は、SiC粒子の粒径が
小さいため凝集が多くなり、SiCが耐磨耗性向上に寄
与せず、磨耗量が大きい。
【0028】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、耐磨耗
性に優れ、熱伝導率が高いため、ブレーキ制動時の摩擦
熱が材料内部に逃げて材料表面の過熱が抑えられ、焼付
きを生じることがなく、二輪車、四輪車、鉄道車両用の
ブレーキディスクとして好適に使用できるブレーキディ
スク用アルミニウム合金複合材が提供される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒカル ワダ ベルギー B9050 レーデベルグ ファン デン ヘッケストラート 61 (72)発明者 大久保 喜正 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽金 属工業株式会社内 (72)発明者 菊地 昭雄 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友軽金 属工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si2〜10%(重量%、以下同じ)を
    含有し、Ni、Cu、Fe、Zn、Mn、Ti、Zrお
    よびCrのうちの1種または2種以上を合計で2%以下
    含み、残部Alおよび不可避的不純物からなるアルミニ
    ウム合金粉末成形体であって、該成形体マトリックス中
    に、平均粒径が1〜15μmのSiC粒子、AlN粒子
    の1種または2種を総量で3〜15%分散させてなり、
    熱伝導率が180W/mK以上であることを特徴とする
    ブレーキディスク用アルミニウム合金複合材。
  2. 【請求項2】 さらに平均粒径が7〜100μmの黒鉛
    粉末を1〜5%分散させてなることを特徴とする請求項
    1記載のブレーキディスク用アルミニウム合金複合材。
JP35210695A 1995-12-27 1995-12-27 ブレーキディスク用アルミニウム合金複合材 Pending JPH09184037A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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