KR100635988B1

KR100635988B1 - 마찰 라이닝과 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100635988B1
Application number: KR1020007014607A
Authority: KR
Inventors: 만프레드 헬; 윌프라이드 자워레크; 워너 후파트즈; 디에트리취 와이절
Original assignee: 티엠디 프릭션 서비스즈 게엠베하; 브이에이더불유 알루미니엄 아게
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2006-10-18
Also published as: TR200003831T2; EP1097313A1; JP4172915B2; JP2002519443A; DE59905859D1; DE19828301A1; PL345152A1; KR20010071567A; WO1999067547A1; EP1097313B1; ES2201739T3; DK1097313T3; US6481555B1

Abstract

본 발명은 섬유상 물질, 유기 결합제, 유기 및/또는 무기 충전재, 윤활제 및 금속 또는 금속 화합물로 구성된 마찰재 혼합물를 포함하는 마찰 라이닝, 특히 브레이크와 클러치를 위한 마찰 라이닝에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 상기 마찰재 혼합물은 상기 합금에서의 아연의 비율이 중량 퍼센트로 약 1%, 바람직하게는 약 2%를 초과하는 알루미늄-아연 합금을 포함한다.

마찰 라이닝, 알루미늄, 아연, 부식 방지, 고착

Description

마찰 라이닝과 그 제조 방법{Friction lining, especially for brakes and clutches, and a method for producing a friction lining}

본 발명은 마찰 라이닝(friction lining), 특히 브레이크와 클러치용 마찰 라이닝뿐만 아니라 그 마찰 라이닝의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 브레이크와 클러치뿐만 아니라, 마찰 라이닝 혼합물(friction lining mixture)에서의 양극 합금(anode alloy)의 용도에 관한 것이다.

이러한 마찰 라이닝은, 예를 들면 자동차에서 사용되는 브레이크와 클러치에 필요하다.

통상적인 브레이크 라이닝 수단은 다음의 일반적인 구조를 갖는다.

- 금속(섬유(fiber) 또는 분말(powder)로서)

- 충전재(filler)(가능한 무기 섬유를 포함함)

- 고착방지제(antiseize agent)(고체 윤활제)

- 유기성분(organic components)(수지, 고무, 유기섬유, 유기 충전재)

상기 4가지 원재료(raw material) 그룹은 요구조건에 따라서 여러가지의 비율로 존재한다.

마찰재(friction material)를 개발하는 중요한 목적은, 마찰 라이닝의 마찰 상대재(friction partner)와 협력하여 마찰값(friction value)을 최적화하고, 마찰 상대재의 마모를 줄이며, 마찰 상대재의 열거동(thermal behaivor)을 최적화하는 것이다.

차량을 장기간 사용하지 않거나 거친 환경조건, 예를 들면 해양기후에서는, 철(iron)을 함유하는 마찰 상대재, 즉 브레이크 시스템의 브레이크 디스크나 브레이크 드럼 또는 철을 함유하는 클러치 구성요소에 종종 부식이 발생한다. 예를 들면, 부식으로 인해 마찰 라이닝이 마찰부(friction counterpart)에 고착하여 클러치가 작동되지 않거나, 브레이크가 해제되지 않을 수 있다. 마찰 라이닝이 고착되지 않아도, 작동 이상(functional disorder)이 발생된다. 클러치는 평상시와 같이 부드럽게 작동할 수 없다. 또한, 브레이킹시에 소음의 증가로 인해서 브레이크가 정상적으로 작동하지 않는다. 적어도 상기 부식층(layer of rust)은 마모에 의해서 제거되지 않는다. 다른 문제점은 부식에 의한 손상으로 인해 철을 함유한 마찰 상대재의 마모가 더 증가한다는 것이다.

이러한 문제점은 수주일이 걸리는 화물선에 의한 차량의 해상운송에 있어서 특히 중요하다.

EP-A-0 079 732로부터, 화염분사법(flame-spraying method)을 이용하여 마찰재를 금속으로 코팅하여 브레이크나 클러치의 강 또는 주철재의 구성요소가 녹스는 것을 방지하는 것이 알려져 있다. 상기 금속은 강보다는 저급의 금속표면을 형성하며, 아연, 알루미늄 또는 마그네슘의 합금으로 구성된다.

이러한 방식은 단지 차량을 해상운송하는 동안에 녹스는 것을 방지할 뿐이다. 상기의 얇은 보호층은 브레이크나 클러치를 몇번 작동하면 제거되며, 이러한 이유로 차량이 야적장에 계속 적치되면 여전히 부식이 발생하게 된다. 따라서 공지의 코팅법은 종종 장기간동안 세워져 있게 되는 차량에 있어서 여전히 문제점을 해결하지 못한다.

따라서, 본 발명은 내부식성을 갖는 마찰 라이닝을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적들은 청구의 범위에 기재된 특징들에 의해서 각각 해결된다. 본 발명은 알루미늄과 아연 합금을 포함하는 마찰재 혼합물을 제공하며, 합금 중의 아연의 양은 중량으로 약 1% 초과, 바람직하게는 중량으로 약 2%를 초과하는 것이 좋다.

철이나 강 보다 저급인 금속을 상기 마찰재 혼합물에 제공함으로써 철이나 강으로 된 마찰 상대재의 부식을 방지한다. 마찰 라이닝에서 상기 알루미늄-아연 합금성분은 부식, 특히 마찰 상대재가 부식에 의해 마찰 라이닝에 고착되는 것을 확실히 방지하도록 희생 양극(sacrificial anode)을 형성한다. 한가지 이점으로서, 상기 희생 양극은 마찰 라이닝의 마모와 함께 그 자신을 항상 재생할 수 있다.

본 발명의 또 다른 이점은 알루미늄-아연 합금을 추가함으로써 마찰값(friction value)을 일정하게 할 수 있는 것이다.

부식 억제 입자(corrosion inhibiting particle)는 상기 마찰 라이닝의 단면 에 걸쳐서 고르게 분포된 경우에만 효과가 있다. 이것은 분말로서 첨가되는 AlZn₅형태의 양극 합금을 가지고 특히 적합한 방법으로 이루어진다. 여기서, "양극 합금"이란 용어는 Aluminium-Taschenbuch, 15. Ed., 737쪽의 강의 음극 보호(cathodic protection of steel)에 관한 5.9.2절에 설명된 재질과 적용기술을 의미한다.

합금 중의 아연의 양은 2 내지 8중량%이다.

상기 양극 합금 중의 아연의 양을 4 내지 6중량%로 하는 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 갈바닉 효과(galvanic effect)가 부식을 방지하기 위한 최적의 방법이기 때문이다.

알루미늄-아연 합금의 전극 전위(electrode potential)는 아연양의 증가에 따라서 급격히 감소하며, 약 5중량%의 양에서 최소값에 도달한다. 따라서, 약 5중량%의 아연양이 매우 바람직하다.

마찰 라이닝은 다른 성분을 포함하고 있으므로, 최적의 효과는 전체 혼합물에서 성분들간의 균형에 달려있다. 이러한 견지에서, 본 양극 합금은 다음과 같이 성분을 제한하여 최적화 되었다.

아연 4.5 내지 5.5중량%,

주석 0.05 내지 0.2중량%,

갈륨 0.02 내지 0.25중량%를 함유하고,

삭제

잔부는 알루미늄.

상기 최적화된 양극 합금과 다른 성분들간의 상호작용은 상기 마찰 라이닝의 전체 수명주기 동안 전기화학적인 효과(electrochemical effect)를 일정하게 유지한다.

상기 최적화된 양극 합금은 0.05 내지 0.2중량%의 주석을 추가적으로 포함하는데, 이것은 알루미늄 매트릭스(matrix)의 금속 격자(metal grid)를 적절하게 수정하여, 이온과 전자를 거의 통과시키지 않는 보호 산화물층(protective oxide layer)에 의해 수성 전해액에서 알루미늄 재료에 발생할 수 있는 부동태(passivity) 문제를 제거한다.

0.02 내지 0.25중량%의 갈륨을 추가하면 본 양극 합금이 긍정적인, 즉 활성화 효과를 갖는다. 따라서, 상기 알루미늄 양극 합금의 고정된 국지적 부식 전위(stationary localized corrosion potential)는 다시 감소하여, 그 부동태 영역(passive region)은 매우 제한되게 되고, 강, 철, 구리 또는 다른 알루미늄 재질 등과 접촉하는 본 발명의 양극 합금은 희생 양극의 기능을 갖게 되며, 여기서 양극 합금은 점점 소모되게 된다.

본 발명의 양극 합금은 마찰 라이닝에 분말 형태로 첨가되었을 때 또 다른 이점을 발휘한다. 분말 형태로 첨가하면, 철재 또는 강재 부품들이 특정한 환경 조건하에서 브레이크와 클러치의 마찰 라이닝에 고착되는 것을 줄이며, 따라서 소위 "점착성 부식(adhesive corrosion)"을 감소시킨다.

마찰재 혼합물에서 알루미늄-아연 합금성분의 중량%는 0.5 내지 15중량%이다.

알루미늄-아연 합금은 바람직하게는 상기 마찰재 혼합물에 입자(particle)형태로 도입된다. 윤활제로서, 0.5 내지 10중량%, 바람직하게는 2 내지 8중량%의 황화 주석(tin sulfide)이 포함될 수 있다.

상기 마찰 라이닝을 제조하기 위해서는 먼저 막대나 블록의 형태로 제공되는 알루미늄-아연 합금을 녹인 후, 실질적으로 구형인 입자를 얻기 위해 이것을 분무한다(atomize). 그 후 이들 입자는 통상적인 마찰재 혼합물과 혼합되고, 마찰 라이닝으로 압축성형된다.

분무하거나 회전디스크의 림에서 스피닝(spinnig)하여 상기 용융된 양극 합금으로부터 분말 입자를 직접 제조하는 것도 가능하다.

그 외의 이점은 종속항으로부터 얻어질 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도1은 알루미늄-아연 합금에서 아연의 양이 전극 전위(electrode potential)에 미치는 영향을 도시한 것이다.

브레이크 및/또는 클러치 라이닝용 마찰 라이닝은 일반적으로 다음과 같은 성분을 갖는다.

- 섬유상 물질(fibrous substances)

- 유기 결합제(orgarnic binding agents)

- 유기 충전재 및 무기 충전재 중 적어도 하나의 충전재

- 윤활제

- 금속 또는 금속화합물(metal compound)

상기 마찰 라이닝 혼합물에서, 알루미늄-아연 합금 성분을 상기 마찰 라이닝 혼합물에 첨가하는 것이 좋은데, 이것은 마찰 라이닝 내에서 희생 양극으로 작용하며, 따라서 더 낮은 전기화학적 전위를 제공하여 금속을 함유하는 마찰 라이닝의 마찰 상대재, 즉 브레이크 디스크, 브레이크 드럼 또는 클러치 구성요소를 부식, 특히 점착성 부식으로부터 보호한다.

특히, 약 1중량% 초과, 바람직하게는 약 2중량%를 초과하는 양의 아연을 상기 알루미늄-아연 합금에 첨가하는 것이 적절하다.

도1에서 볼 수 있듯이, 상기 전극 전위는 상기 알루미늄-아연 합금 중의 아연의 중량%가 증가함에 따라서 감소하고, 이러한 감소는 0 내지 2중량%의 아연 영역에서 매우 급격하며, 약 4.5 내지 5중량%에서 최소값에 도달하고, 상기 최소값은 더 높은 중량%의 아연을 첨가하여도 아주 약간만이 변한다. 그러므로, 2 내지 8중량%, 바람직하게는 4 내지 6중량%가 전극 전위를 최적으로 감소시키는 데에 충분하다.

상기 마찰 라이닝에서 알루미늄-아연 합금의 중량%는 약 0.5 내지 15중량%이어야 한다.

충전재는 단독으로 사용될 수 있고, 또는 다른 충전재, 금속 산화물, 금속 규산염 및/또는 금속 황화물과 조합하여 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 섬유상 물질은 아라미드 섬유(aramide fiber) 및/또는 다른 유기 또는 무기 섬유이다. 상기 알루미늄-아연 합금외에, 함유된 금속은 예를 들면, 강모(steel wool) 및/또는 동모(copper wool)일 수 있다.

여기서 사용되는 윤활제는 바람직하게는 0.5 내지 10중량%, 바람직하게는 2 내지 8중량%의 황화 주석인 것이 좋다. 상기 황화 주석은, 예를 들면 상기 마찰 라이닝 혼합물에 분말 형태로 혼합될 수 있다.

바람직하게는, 상기 알루미늄-아연 합금은 입자의 형태로 상기 마찰 라이닝 혼합물에 첨가되는 것이 좋다. 이를 위해서, 막대나 블록의 형태로 제공되는 상기 알루미늄-아연 합금은 먼저 용융된 후 분무되어, 입자의 형태로서 상기 마찰재 혼합물에 첨가되기 위해 실질적으로 구형인 알루미늄-아연 입자를 형성하게 되고, 상기 마찰 라이닝 혼합물은 통상적인 방법으로 압축성형되기에 적합해진다.

실시예

예를 들어, 마찰 라이닝 혼합물은,
섬유상 물질로서 15 내지 25중량% 비율의 강모와 1 내지 2중량% 비율의 아라미드 섬유와,
상기 유기 결합제로서 3 내지 7중량% 비율의 결합 수지와,
상기 충전재로서 0.5 내지 2중량% 비율의 알루미늄 산화물, 5 내지 8중량% 비율의 글리머 파우더(glimmer powder), 5 내지 15중량% 비율의 헤비 스파(heavy spar), 5 내지 15중량%의 철 산화물, 및 2 내지 6중량% 비율의 수지 충전 분말(resin filler powder)과,
상기 윤활제로서 2 내지 8중량% 비율의 황화 주석, 2 내지 6중량% 비율의 흑연(graphite), 및 10 내지 20중량% 비율의 코크스 분말(coke powder)과,
상기 금속 또는 금속화합물로서 3 내지 20중량% 비율의 구리 및 구리 합금 중 적어도 하나와 0.5 내지 15중량% 비율로 구성될 수 있다.

삭제

Claims

섬유상 물질(fibrous substances);

유기 결합제(organic binding agents);

유기 충전재 및 무기 충전재 중 적어도 하나의 충전재;

윤활제; 및

금속 또는 금속화합물(metal compound);

로 구성된 마찰재 혼합물로 이루어진 브레이크와 클러치용의 마찰 라이닝에 있어서,

상기 마찰재 혼합물은 합금 중의 아연양이 2 내지 8 중량%인 알루미늄-아연 합금을 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 합금 중의 아연양이 4 내지 6중량%인 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 마찰 라이닝에서의 알루미늄-아연 합금의 중량%가 0.5 내지 15중량%인 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 알루미늄-아연 합금은 AlZn₅ 타입의 양극 합금(anode alloy)인 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

양극 전극(anode electrode)으로 사용되는 상기 알루미늄-아연 합금은,

아연 4.5 내지 5.5중량%,

주석 0.05 내지 0.2중량%,

갈륨 0.02 내지 0.25중량%를 함유하고,

잔부는 알루미늄

인 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 알루미늄-아연 합금은 입자(particle), 솜(wool) 또는 섬유(fiber)의 형태로 상기 마찰재 혼합물에 포함된 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 섬유상 물질의 비율이 16 내지 27중량%이고,

상기 금속의 비율이 0.5 내지 70중량%이고,

상기 충전재의 비율이 3 내지 50중량%이고,

상기 윤활제의 비율이 10 내지 45중량%이며,

상기 유기 결합제의 비율이 3 내지 25중량%

인 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 윤활제는 0.5 내지 10중량%의 황화 주석(tin sulfide)을 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 알루미늄-아연 합금 외에 함유된 금속은 강모(steel wool) 및 동모(copper wool) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 충전재는 금속 산화물(metal oxide), 금속 규산염(metal silicate) 및 금속 황화물(metal sulfate) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 섬유상 물질은 아라미드 섬유, 다른 유기 섬유 및 무기 섬유 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 섬유상 물질의 비율이 16 내지 27중량%이고,

상기 금속의 비율이 30 내지 40중량%이고,

상기 충전재의 비율이 20 내지 35중량%이고,

상기 윤활제의 비율이 20 내지 30중량%이며,

상기 유기 결합제의 비율이 5 내지 15중량%

인 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
제1항에 있어서,

상기 마찰재 혼합물은, 상기 섬유상 물질로서 15 내지 25중량% 비율의 강모와 1 내지 2중량% 비율의 아라미드 섬유와,

상기 유기 결합제로서 3 내지 7중량% 비율의 결합 수지와,

상기 충전재로서 0.5 내지 2중량% 비율의 알루미늄 산화물, 5 내지 8중량% 비율의 글리머 파우더(glimmer powder), 5 내지 15중량% 비율의 헤비 스파(heavy spar), 5 내지 15중량%의 철 산화물, 및 2 내지 6중량% 비율의 수지 충전 분말(resin filler powder)과,

상기 윤활제로서 2 내지 8중량% 비율의 황화 주석, 2 내지 6중량% 비율의 흑연(graphite), 및 10 내지 20중량% 비율의 코크스 분말(coke powder)과,

상기 금속 또는 금속화합물로서 3 내지 20중량% 비율의 구리 및 구리 합금 중 적어도 하나와 0.5 내지 15중량% 비율의 알루미늄-아연 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.
섬유상 물질;

유기 결합제;

유기 충전재 및 무기 충전재 중 적어도 하나의 충전재;

윤활제;

금속 또는 금속화합물;

로 구성된 마찰재 혼합물로 이루어진 브레이크와 클러치용의 마찰 라이닝의 제조 방법에 있어서,

구형 입자(spherical particle)를 형성하기 위해 용융된 알루미늄-아연 합금을 분무하고,

상기 알루미늄-아연 입자를 상기 마찰 라이닝 혼합물과 혼합하고,

마찰재 혼합물을 마찰 라이닝으로 제조하기 위해 압축성형하는 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝의 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 분무하는 단계 전에, 알루미늄-아연 합금의 막대나 블록을 용융하는 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝의 제조 방법.
철을 함유한 마찰 상대재(friction partner)와 협동하는 마찰 라이닝으로서 제1항에 의한 마찰 라이닝을 구비하는 것을 특징으로 하는 브레이크 조오(brake jaws)를 갖는 브레이크.
철을 함유한 마찰 상대재(friction partner)와 협동하는 마찰 라이닝으로서 제1항에 의한 마찰 라이닝을 구비하는 것을 특징으로 하는 브레이크 조오(brake jaws)를 갖는 클러치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 윤활제는 2 내지 8중량%의 황화 주석을 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰 라이닝.