KR19980040589A - 청동계 소결 마찰재의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
자동차, 중장비 및 기차 등의 제동 시스템에 사용되는 마찰재로, 특히 고하중, 고속의 가혹한 조건하에서 우수한 마찰 특성과 내마모성을 지니는 청동계 소결 마찰재의 제조 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 의한 청동계 소결 마찰재는 50∼80 wt%의 구리 분말과 5∼15 wt%의 주석 분말로 된 청동 기지 금속과 10∼50 wt%의 마찰 조절제 및 2∼10 wt%의 고체 윤활제로 구성되어 있으며, 이 때 마찰 조절제는 5∼15 wt%의 철 분말, 7∼15 wt%의 몰리브덴 분말, 2∼10 wt%의 내마모 첨가제 분말 및 2∼10 wt%의 세라믹 단섬유로 구성되어 있다.
Description
본 발명은 자동차, 중장비 및 기차 등의 제동 시스템에 사용되는 마찰재로, 특히 고하중, 고속의 가혹한 조건하에서 우수한 마찰 특성과 내마모성을 지니는 청동계 소결 마찰재의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 마찰재는 상대면인 디스크와의 접촉 메카니즘에 기인된 마찰에 의해 운동 에너지를 열 에너지로 전환시키며, 이 때 발생된 열에너지는 주로 상대면에 흡수된 후, 대기중으로 발산됨으로써 움직이는 동체를 감속 또는 제어시키는 작용을 한다.
청동계 소결 마찰재는 구리 및 주석을 기지 금속으로 하고, 마찰 조절제 및 고체 윤활제 등으로 구성되어 있다. 마찰 조절제는 실리카, 알루미나, 탄화규소 및 질화규소 등의 분말 또는 입상의 무기충진제와, 철, 니켈, 텅스텐 등의 금속충진제 등이 사용되고, 고체 윤활제로는 이황화 몰리브덴, 흑연 및 납 등이 사용되고 있으며, 이들의 종류 및 첨가량에 따라 많은 물성의 차이가 존재한다.
소결 마찰재의 요구 조건은 충분한 강도, 높은 비열 및 열전도성, 안정된 마찰 특성 및 내마모성 등이 있으며, 이들 중, 특히 마찰 특성과 내마모성이 우수해야 제동 시스템의 제동력 및 내구성이 신뢰될 수 있다.
미국 특허 제3,494,774호, 제3,963,449호 및 제4,871,393호 등을 비롯한 종래의 소결 마찰재는 입상 또는 분말상의 질화규소, 붕소화세라믹 및 실리카 등으로 구성된 마찰 조절제로 되어 있으나 고온, 고속의 가혹한 조건하에서는 마찰 특성이 불안정하고, 내마모성이 결여되어 제동력과 내구성에 한계가 있다. 그리고, 윤활제로 납이 첨가되므로 환경오염 문제가 대두되며, 이외에 질화규소 및 탄화규소 등의 고가의 세라믹이 첨가되므로 제조 단가가 높다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 청동계 소결 마찰재가 지니고 있는 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마찰 조절제로서 단섬유의 세라믹 소재와 내마모성 첨가제를 첨가함으로써, 고온, 고속의 가혹한 조건하에서 우수한 마찰 특성과 내마모성을 나타내는 한편, 제조 비용면에서도 경제적일 뿐만 아니라 환경오염 방지에 크게 기여할 수 있는 청동계 소결 마찰재의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
도 1은 청동계 소결 마찰재의 제조 공정도.
상기 본 발명의 목적은 50∼80 wt%의 구리 분말과 5∼15 wt%의 주석 분말로 된 청동 기지 금속과 10∼50 wt%의 마찰 조절제 및 2∼10 wt%의 고체 윤활제를 혼합, 소결 성형하는 방법에 의하여 달성된다.
본 발명의 청동계 소결 마찰재의 제조에 사용되는 마찰 조절제는 5∼15 wt%의 철 분말, 7∼15 wt%의 몰리브덴 분말, 2∼10 wt%의 내마모 첨가제 분말 및 2∼10 wt%의 세라믹 단섬유로 구성되어 있다.
상기 본 발명의 청동계 소결 마찰재의 소재를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
청동 기지 금속인 구리 및 주석의 입자 크기는 10∼50 μm이고, 마찰 조절제로 사용된 금속 충진제인 철, 몰리브덴의 입자크기는 10∼70 μm이다. 그리고 내마모 첨가제 분말은 인화철(FePO4) 또는 황화철(FeS)이 사용될 수 있으며, 이들의 입자 크기는 5∼50 μm이다. 윤활 시스템하에서 인과 황 원소는 기지 금속인 철 금속과 반응하여 인화철 또는 황화철의 얇은 보호 피막을 형성하여 요소 부품의 내마모성을 향상시키므로 이들의 첨가시 마찰재 및 디스크의 내구성에 크게 기여할 수 있다. 또한, 무기충진제로 사용된 세라믹 단섬유는 유리 섬유, 알루미나 섬유 및 바잘트 섬유 등으로 직경 1∼20 μm, 길이 50∼500 μm의 섬유상이다. 이는 기지의 보강재일 뿐만 아니라 마찰 특성을 안정되게 하는 작용을 한다. 고체 윤활제로는 입자 크기가 20∼80 μm인 흑연 또는 이황화 몰리브덴이 사용될 수 있다.
본 발명의 청동계 소결 마찰재의 제조 공정을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 원료 물질로서 청동 기지 금속인 구리 및 주석 분말과, 마찰 조절제인 철, 몰리브덴, 내마모성 첨가제 분말, 세라믹 단섬유 및 고체 윤활제로서 흑연 분말을 혼합기에서 혼합한 후, 소정의 금형에 담아 진공 가압 소결로에서 소결 시간 5∼30분, 소결 압력 0.1∼2.0 톤/cm2, 소결 온도 600∼800 ℃의 소결 조건하에서 가압 성형한다. 성형이 완료된 후 청동계 소결 마찰재를 제조하게 된다.
이와 같은 공정을 통해 제조되는 본 발명의 청동계 소결 마찰재는 기공율 2∼15 %, 상대 밀도 80∼95 %, 경도 50∼80 HRB이다.
본 발명의 청동계 소결 마찰재의 성능을 알아보기 위해 마찰, 마모 성능 평가와 아울러 제동성 시험이 행해졌다. 마찰, 마모 성능 시험은 미끄럼 접촉 메카니즘을 갖는 마찰 마모 시험기(High Frequency Friction and Wear Tester, Cameron Co., U.K.)을 이용하여 미끄럼 속도 0.5 m/sec, 미끄럼 시간 60분, 접촉 하중 98 N의 조건하에서 마찰 계수와 마모율을 측정하였다. 제동 성능 시험은 핀-디스크 타입의 시험기 (디스크 속도 20∼100 m/sec, 접촉 하중 0.1∼1.0 MPa)를 이용하여 디스크 속도 60 m/sec, 접촉 하중 0.4 MPa 및 제동 시간 60초의 조건하에서 마찰 계수와 마모율을 측정하였다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예 1
원료 조성으로 구리 분말(입자 크기 40 μm), 주석 분말(입자 크기 40 μm), 철 분말(입자 크기 50 μm), 몰리브덴 분말(입자 크기 45 μm), 흑연 분말(입자 크기 50 μm), 실리카 분말(입자 크기 50 μm), 인화철(입자 크기 30 μm), 황화철(입자 크기 30μm), 알루미나 단섬유(직경5 μm, 길이 100 μm) 및 유리 섬유(직경 10μm, 길이 500 μm) 등을 혼합기에서 혼합하여 혼합물을 10x20 mm 실린더 금형에 담아 진공 가압 소결로에서 소결 시간 15분, 소결 압력 0.6 톤/cm2, 소결온도 700℃의 조건하에서 소결 성형한 후, 마찰 마모 시험기에서 미끄럼 속도 0.5 m/sec, 미끄럼 시간 60분, 접촉 하중 98 N 하에서 마찰 계수와 마모량을 측정하였으며, 제동 성능 시험은 디스크 속도 60 m/sec, 접촉 하중 0.4 MPa 및 제동 시간 60초 하에서 마찰 계수의 변화율과 마모율을 측정하였다. 원료 조성은 표 1, 원료 조성에 따른 마찰, 마모 성능 시험 결과는 표 2, 및 제동 성능 시험 결과는 표 3에 각각 나타내었다.
| 시료번호 | 구리 | 주석 | 철 | 몰리브덴 | 흑연 | 인화철 | 알루미나 섬유 | 실리카 | 유리 섬유 | 황화철 |
| 1 | 62 | 9 | 9 | 10 | 4 | 3 | 3 | |||
| 2 | 65 | 9 | 10 | 10 | 3 | 3 | ||||
| 3 | 65 | 9 | 10 | 10 | 3 | 3 | ||||
| 4 | 63 | 9 | 9 | 10 | 4 | 5 | ||||
| 5 | 65 | 9 | 10 | 10 | 3 | 3 | ||||
| 6 | 62 | 9 | 9 | 10 | 4 | 3 | 3 | |||
| 7 | 64 | 9 | 7 | 10 | 4 | 3 | 3 |
| 시료 번호 | 마찰 계수 | 마모량 (mg) | 비고 |
| 1 | 0.46 | 5 | 정상마모 |
| 2 | 0.51 | 20 | 정상마모 |
| 3 | 0.48 | 15 | 정상마모 |
| 4 | 0.50 | 30 | 응착마모 |
| 5 | 0.45 | 35 | 응착마모 |
| 6 | 0.48 | 10 | 정상마모 |
| 7 | 0.49 | 15 | 정상마모 |
| 시료 번호 | 평균 마찰 계수 | 마찰 계수 변화율 | 마모율 (mm) | 비고 |
| 1 | 0.42 | 0.15 | 0.50 | 열변형 없음 |
| 4 | 0.55 | 0.28 | 0.75 | 열변형 있음 |
실시예 2
실시예 1에서 제조된 시편 1과 종래 제품과 제동 성능 시험을 행하였는 바, 그 결과는 표 4와 같다.
| 평균마찰계수 | 마찰계수변화율 | 마모율 (mm) | 비고 | |
| 실시예 | 0.42 | 0.15 | 0.50 | 열변형 없음 |
| 비교예 | 0.50 | 0.30 | 0.78 | 열변형 있음 |
실시예 3
실시예 1에서 제조된 시편 7과 종래 제품과 제동 성능 시험을 행하였는 바, 그 결과는 표 5와 같다.
| 평균마찰계수 | 마찰계수변화율 | 마모율(mm) | 비고 | |
| 실시예 | 0.45 | 0.18 | 0.60 | 열변형 없음 |
| 비교예 | 0.50 | 0.30 | 0.78 | 열변형 있음 |
본 발명의 청동계 소결 마찰재는 종래의 마찰재에 비해 고온, 고속하에서 안정된 마찰 특성과 내마모성 등의 성능이 우수하므로 제동시 소정의 제동성과 내구성이 향상됨으로써 중장비, 고속기차, 자동차 및 산업용 제동 시스템 등의 광범위한 용도로 사용될 수 있는 이점과 제조 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
Claims (6)
- i) 구리 분말 50∼80 wt%와 주석 분말 5∼15 wt%의 청동 기지 금속; ii) 철 분말 5∼15 wt%, 몰리브덴 분말 7∼15 wt%, 내마모 첨가제 분말 2∼10 wt% 및 세라믹 단섬유 2∼10 wt%로 구성되는 마찰 조절제 10∼50 wt%, 및 iii) 흑연인 고체 윤활제 2∼10 wt%를 혼합하여 소결 성형시킴을 특징으로 하는 청동계 소결 마찰재의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 진공 가압 소결로에서 소결 시간 5∼30분, 소결 압력 0.1∼2 톤/cm2, 소결온도 600∼800 ℃의 조건하에서 소결 성형시킴을 특징으로 하는 청동계 소결 마찰재의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 내마모 첨가제 분말은 인화철 또는 황화철인 청동계 소결 마찰재의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 세라믹 단섬유는 알루미나 섬유 또는 유리 섬유인 청동계 소결 마찰재의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 분말 소재들의 입자 크기는 10∼80 μm 이고, 단섬유는 직경 1∼20 μm, 길이 50∼500 μm인 청동계 소결 마찰재의 제조 방법.
- 제1항의 방법에 따라 제조된, 기공율 2∼15 %, 상대 밀도 80∼95%, 경도 50∼80 HRB의 청동계 소결 마찰재.
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| KR1019960059810A KR0174246B1 (ko) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 청동계 소결 마찰재의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR0174246B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115286859A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-11-04 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种高阻尼高耐磨隔震支座摩擦材料的制备方法 |
| CN115784412A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-03-14 | 中国科学技术大学 | 一种磷掺杂零价铁改性材料、其制备方法及其高效还原去除污染物的方法 |
| CN117448623A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-01-26 | 中南大学 | 一种含改性海泡石的铜基复合摩擦材料及制备方法和应用 |
-
1996
- 1996-11-29 KR KR1019960059810A patent/KR0174246B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115286859A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-11-04 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种高阻尼高耐磨隔震支座摩擦材料的制备方法 |
| CN115286859B (zh) * | 2022-08-30 | 2023-08-08 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种高阻尼高耐磨隔震支座摩擦材料的制备方法 |
| CN115784412A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-03-14 | 中国科学技术大学 | 一种磷掺杂零价铁改性材料、其制备方法及其高效还原去除污染物的方法 |
| CN117448623A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-01-26 | 中南大学 | 一种含改性海泡石的铜基复合摩擦材料及制备方法和应用 |
| CN117448623B (zh) * | 2023-12-20 | 2024-03-08 | 中南大学 | 一种含改性海泡石的铜基复合摩擦材料及制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR0174246B1 (ko) | 1999-03-20 |
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