KR19980063230A - 철도차량용 소결마찰재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량의 소결마찰재의 제조방법에 관한 것으로, 소결마찰재 분말을 믹싱하여 인성과 열전도도가 높은 동계 파이프에 넣고, 소결기지 금속의 융점이하인 450 - 800℃범위의 온도에서 열간압출하게 되어 낮은 온도에서 우수한 마찰특성을 갖는 소결마찰재를 제조할 수있게 된 것이다.

Description

철도차량용 소결마찰재의 제조방법.

본 발명은 철도차량의 소결마찰재를 제조하는 방법에 관한것으로,특히 저온에서 열간압출가공하영 연속적으로 분산입자 결정립이 정도가 균일하고 마찰특성이 우수한 소결마찰재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량등과 같은 구동수단에서 사용하는 제동장치는 주행중인 구동수단을 마찰력을 이용하여 차량의 주행속도를 감속 또는 정지시키는 데 사용되는 것으로, 이와같이 마찰력을 이용하여 제동력을 발생시키는 과정에서 구동수단의 회전부재와 직접 마찰하는 마찰부재는 그 마찰과장에서 심한 마모현상이 발생하게 되므로, 이 마찰부재를 주기적으로 교환해 주어야 할 필요가 있다.

특히, 상기 구동수단이 철도차량인 경우에는 철도차량의 엄청난 하중으로 인해 제동을 걸 경우 큰 마찰력이 요구된다. 따라서 철도차량에서 사용하는 마찰부재는 그 내마모성 및 내구성이 우수해야하고, 소정의 마찰계수가 요구될 뿐만 아니라 마찰시에 발생하는 온도의 급격한 변화에도 잘 견뎌야 하며, 또한 마찰시에 발생되는 열을 신속히 방출시켜 줄 수 있도록 열전도율이 우수한 재질의 사용이 요구된다.

이러한 요구에 부응하기 위해 철도차량의 브레이크 장치에 사용하기 위한 마찰부재의 재질에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있기는 하지만, 상기한 바와같이 마찰이 발생할 때 그 마찰부재의 마모현상은 근본적으로 없앨 수가 없다. 즉, 마모가 전혀 없는 마찰부재는 있을 수가 없는 것이다.

그리고 통상 일반적인 철도차량에서는 패드마찰재료로서 비석면계 수지형의 마찰재료와 회주철, 함인 회주철등이 주로 사용되어 왔으나 철도차량의 물동량 증가로 차량이 고속화 및 장대화됨에 따라 제동에너지가 증가되어 일반적인 비석면계 마찰재료는 마찰력이 큰 경우에는 열화현상으로 인하여 제동성능을 발휘할 수가 없게 되고, 또한 회주철등은 마찰계수의 감소로 인하여 제동력이 감소하게 되므로 사용할 수가 없다는 문제점이 있다. 따라서 새롭게 등장한 금속소결 마찰패드의 사용으로 인해 철도차량의 고속화 및 장대화가 가능하게 되었다.

한편, 상기 금속소결 합금마찰재료는 보통 금속을 기지부로하여 세라믹, 흑연 등과 기타 비금속물로 이루어진 재료로서 기지부로 사용되는 철, 구리 등의 띄어난 내열성과 비석면계 수지형 마찰재료의 기지부인 페놀과 같은 수지에 비하여 40배 이상의 높은 열전도를 가지므로 큰 제동 에너지를 요구하는 항공기와 고속전철 그리고 고속철도, 산업차량 등에 채용되고 있다.

그런데, 이러한 금속소결 마찰패드의 제조공정은 분말의 혼합하고, 이 혼합된 분말을 소정 형상으로 성형하여 고온의 소결로에서 소결한 후, 기계가공을 거쳐 용접하게 되는 등의 다단계로 이루어져 있어, 이들 제조공정중에 기계적 성질 및 물성이 약화될 뿐아니라 이러한 다단계공정에 의해 제조하는 경우 소결재의 산화 및 파손이 쉽게 발생되며, 고온에서 장시간의 소결이 요구되어 제조원가를 상승시키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마찰재의 기계적 성질 및 물리적 특성을 향상시키면서도 상대적으로 저온에서 연속식으로 제조하게 되는 새로운 철도차량의 마찰재의제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소결마찰재의 제조방법은, 소결마찰재 분말을 믹싱하여 인성과 열전도도가 높은 동계 파이프에 넣고, 소결기지 금속의 융점이하인 450 - 800℃범위의 온도에서 열간압출하게 된 것을 특징으로한다.

이때 상기 소결마찰재의 조성이 기지부금속인 Cu가 50 - 70wt%이고, 마찰조절재인 Fe이 8 - 15wt%를, 나머지는 기타원소인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마찰조절재로 10 - 30wt%Mo와 10 -30wt%Ni를 첨가하게 된 것을 특징으로 한다.

상기한 구성으로 된 본 발명에 따르면, 상기 열간압출시에 발생되는 표면마찰열에 의해 소결재분말이 표면결합에 의한 화합물을 형성하고, 기지금속내로의 확산되면서 소결마찰재가 제조되는 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 소결마찰재를 제조하기 위해 사용되는 열간압출기의 단면도,

도 2 는 열간압출기의 다이를 도시한 도면이다.

이하 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 철도차량용 소결마찰재를 제조하기 위해 사용되는 열간압출기를 도시한 단면도로서, 소정 온도로 가열되는 가열다이(10)의 일측면에 동파이프(12)를 밀착시키고, 상기 동파이프 내부에 채워진 소결분말(14)을 주입구(16)측으로 가압수단(20)으로 밀어붙이게 되면, 내부에 충진된 소결분말(14)이 가압되면서 주입구(16)의 좁은 통로를 통과시에 분말과 분말 혹은 분말과 다이간의 마찰열이 발생되어 분말의 표면결합에 의한 화합물을 형성하게 되고, 또한 기지금속내로의 확산을 유도하여 소결마찰재를 제조할 수 있게 되는 것이다.

여기서 사용되는 열간 압출기의 다이는 도 2에 도시된 바와 같이 (a)는 주입구측이 수직하게 형성되어 있는 것을 사용할 수도 있고, (b)의 주입구가 경사지게 형성된 것을 사용할 수 도 있다.

또한, 상기 소결마찰재는 기지부, 마찰조절제, 윤활제로 이루어진다. 이때 기지부는 철계와 동계로 구분되는 데, 기지부가 철계인 경우 원소로 Fe, Ni, Mo등이, 기지부가 동계인 경우에는 Cu, Sn, Ni등이 주로 사용되고, 마찰조절제로는 비금속 및 고융점 금속 등이 사용되며, 윤활제는 흑연과 같은 고체윤활제와 저융점 금속이 사용된다.

그리고 1300℃의 고온에서 2시간 이상의 장시간 소결시 Cu, Sn, Ni 등은 기지금속인 Cu와 Fe에 확산에 의한 반응으로 Ni-Sn-Cu의 화합물을 형성하며, 형성된 금속간 화합물은 전 기지금속에 확산된 상태로 분산되고, 첨가된 Mo, SiO2는 기지금속과 전혀 고용되지 않고 기지금속내에 분산된다.

또한 열간압출시 기지금속의 융착정도는 기존 소결재의 2- 5배로 융착하게 된다.

이러한 확산에 의한 방법으로는 소결마찰재를 낮은 온도에서 열전도도가 좋고 인성이 좋은 동계 파이프에 소결분말을 넣고 열간 압출함으로써 압출재에서 발생하는 표면마찰력을 이용하여 표면결합에 의한 화합물을 형성하고, 기지금속내로의 확산에 의해 소결마찰재를 제조하는 것이다.

이상과 같은 본 발명의 소결마찰재의제조방법은 기지금속의 융점보다 낮은 온도에서 열간압출하므로써 고온에서 장시간의 소결반응에 따라 첨가원소의 화합물형성과 균일분산 및 분산입자의 균일화에의해 마찰특성이 향상되고, 경질입자와 기지금속간의 결합력이 증가되는 우수한 마찰재를 제조할 수있게 된다.

이상에서 서술된 것은 모든 점에서 단순한 예시에 불과한 것이고, 이를 가지고 한정적으로 해석해서는 안되며, 단지 본 발명의 진정한 정신 및 범위내에 존재하는 변형예는 모두 본 발명의 청구범위에 속하는 것이다.

Claims (3)

1. 소결마찰재 분말을 믹싱하여 인성과 열전도도가 높은 동계 파이프에 넣고, 소결기지 금속의 융점이하인 450 - 800℃범위의 온도에서 열간압출하게 된 철도차량의 소결마찰재의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소결마찰재의 조성이 기지부금속인 Cu가 50 - 70wt%이고, 마찰조절재인 Fe이 8 - 15wt%를, 나머지는 기타원소인 것을 특징으로 하는 철도차량의 소결마찰재의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 마찰조절재로 10 - 30wt%Mo와 10 -30wt%Ni이 첨가하게 된 것을 특징으로 하는 철도차량의 소결마찰재의 제조방법.