KR19990029472A - 소결 마찰재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리계 금속을 매트릭스로 하고, 마찰 조정재로서 특정 첨가물, 흑연 및 티탄산칼륨을 함유하는 소결 마찰재에 관한 것이다. 특정 첨가물은 산화지르코늄, 실리카, 백운석, 정장석 및 산화마그네슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진다. 특정 첨가물은 체적 비율로 1 내지 15%, 흑연은 체적 비율로 10 내지 50%, 티탄산칼륨은 체적 비율로 5 내지 30%의 비율로 배합하는 것이 바람직하다. 또한, 티탄산칼륨의 형상은 위스커상, 판상 및 구상 중의 한 종류 이상인 것이 바람직하다.
이에 따라, 소결 마찰재에 있어서, 마찰재의 내마모성의 향상과 대상재의 마모 억제의 양립, 마찰재의 높은 마찰계수의 발현과 대상재의 마모 억제의 양립,마찰재의 높은 마찰계수의 발현과 재료강도의 양립, 마찰재의 내마모성과 내진동성(judder resistance)의 양립 또는 마찰재의 높은 마찰계수의 발현과 소음 방지 특성(creak resistance)의 양립을 도모할 수 있다.
Description
본 발명은 마찰재에 관한 것이며, 특히 자동차, 철도 차량, 항공기, 산업 기계 등의 제동 장치에 있어서, 브레이크 라이닝, 디스크 패드, 클러치 페이싱 등의 미끄럼면(sliding surface)에 적합한 마찰재에 관한 것이다.
상기의 제동 장치의 마찰재로서, 수지(페놀 수지, 에폭시 수지 등)를 결합제로 하여 여기에 기재를 분산시키고, 필요에 따라, 마찰 조정재를 첨가한 혼합물을 가열·가압하에 결착 성형함으로써 제조하는 것이 공지되어 있다.
이러한 종류의 마찰재는 일반적으로 온도의 상승에 따라 마찰계수가 저하되는 경우가 많다. 따라서, 자동차의 주행에 있어서 연속적으로 언덕을 내려갈 때, 제동 성능이 현저히 저하되는 페이드(fade) 현상이 발생하므로, 최근에 고부하 조건하에서 사용되는 마찰 재료로는 구리 등의 금속을 기재로 하고, 여기에 흑연, 세라믹스 등의 마찰 조정재를 첨가한 소결 합금이 사용되고 있다.
그러나, 이들 종래의 소결 합금제 마찰재(이하, 소결 마찰재라고 한다) 중 특정 종류는 마찰재 자체의 마모는 적지만 윤활성이 불충분하고 대상재를 현저히 마모시키는 것이 있다. 또한, 기타 마찰재의 경우, 대상재의 마모는 적지만 마찰재 자체가 현저히 마모되는 등, 만족스럽지 못한 특성을 갖는 것이 현상태이다.
또한, 이들 종래의 소결 마찰재의 특정 종류는 높은 마찰계수를 나타내지만 윤활성이 불충분하여 대상재를 현저히 마모시키는 것이 있다. 또한, 기타 마찰재에 있어서는, 대상재의 마모는 적지만 마찰계수가 현저히 저하되는 등, 만족스럽지 못한 특성을 갖는 것이 현상태이다.
또한, 이들 종래의 소결 마찰재의 특정 종류는 높은 마찰계수를 나타내지만 재료강도가 불충분한 것이 있다. 또한, 기타 마찰재에 있어서는, 재료강도는 충분하지만, 마찰계수가 현저히 저하되는 등, 만족스럽지 못한 특성을 갖는 것이 현상태이다.
또한, 이들 종래의 소결 마찰재의 특정 종류는 마찰재 자체의 마모는 적지만 내진동성(judder resistance)이 불충분한 것이 있다. 또한, 기타 마찰재에 있어서는, 내진동성은 충분하지만 마찰재 자체의 마모가 현저하게 많은 등, 만족스럽지 못한 특성을 갖는 것이 현 상태이다.
또한 이들 종래의 소결 마찰재의 특정 종류는 높은 마찰계수를 나타내지만 소음 방지 특성(creak resistance)이 불충분한 것이 있다. 또한, 기타 마찰재에 있어서는, 소음 방지 특성은 충분하지만 마찰계수가 현저히 저하하는 등, 만족스럽지 못한 특성을 갖는 것이 현 상태이다.
본 발명의 한 가지 목적은 마찰재의 내마모성의 향상과 대상재의 마모 억제를 양립시킨 소결 마찰재를 제공하는 데에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 마찰재의 높은 마찰계수의 발현과 대상재의 마찰 억제를 양립시킨 소결 마찰재를 제공하는 데에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 마찰재의 높은 마찰계수의 발현과 재료강도를 양립시킨 소결 마찰재를 제공하는 데에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 마찰재의 내마모성과 내진동성을 양립시킨 소결 마찰재를 제공하는 데에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 높은 마찰계수의 발현과 소음 방지 특성을 양립시킨 소결 마찰재를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 소결 마찰재는 구리계 금속을 매트릭스로 하고, 마찰 조정재로서 특정 첨가물, 흑연 및 티탄산칼륨을 함유하며, 특정 첨가물은 산화지르코늄, 실리카, 백운석, 정장석 및 산화마그네슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어져 있다.
구리계 금속의 매트릭스는 전연성(expandability)이 양호하고 또한 열전도성이 높으므로, 마찰계수의 안정화와 열점(heat spot)의 분산화를 도모하는 동시에, 대상재와의 응착에 의해 마찰계수의 향상을 꾀할 수 있다. 흑연은 마찰재의 내마모성 향상을, 티탄산칼륨은 대상재와의 응착을 억제하여 대상재의 마모 억제를 도모함과 동시에, 매트릭스 금속과 교합되어 재료강도의 유지를 도모한다.
또한, 특정 첨가물로서 산화지르코늄, 실리카, 백운석(CaCO3·MgCO3) 중의 어느 하나를 선택하는 경우, 이들 첨가물은 대상재 표면에 부착된 산화 피막 등을 제거함으로써 마찰력을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 특정 첨가물로서 정장석(K20·Al2O3·6Si02)을 선택하는 경우, 정장석은 적절한 경도를 가지며 대상재에 대한 공격성이 적고 내진동성을 향상시키는 역할을 한다. 또한 특정 첨가물로서 산화마그네슘을 선택하는 경우, 산화마그네슘은 마찰재의 제동성을 향상시킴으로써 소음 방지 특성을 향상시키는 역할을 한다.
위의 효과를 충분히 얻기 위해서는, 특정 첨가물은 체적 비율로 1 내지 15%, 흑연은 체적 비율로 10 내지 50%, 티탄산칼륨은 체적 비율로 5 내지 30% 비율로 배합하는 것이 바람직하다.
산화지르코늄의 체적 비율이 1% 보다 적으면 마찰력 향상이 불충분하고, 반대로 15% 보다 많으면 대상재까지 제거하므로 대상재의 마모를 억제하는 효과가 악화된다. 또한, 산화지르코늄 대신에 지르콘(ZrSiO4)을 사용하거나 산화지르코늄과 함께 지르콘을 사용할 수 있다.
실리카의 체적 비율이 1% 보다 적으면 마찰력 향상이 불충분하고, 반대로 15% 보다 많으면 대상재까지 제거하므로 대상재의 마모를 억제하는 효과가 악화된다. 또한, 실리카는 천연의 원석을 그대로 분쇄한 결정 실리카, 원석을 1800℃ 이상의 고온에서 용융시켜 유리화한 후에 분쇄한 용융 실리카, 공업적으로 합성된 비결정질 실리카 중의 하나 이상으로 하는 것이 바람직하다.
백운석의 체적 비율이 1% 보다 적으면 마찰력 향상이 불충분하고, 반대로 15% 보다 많으면 매트릭스의 소결이 저해되어 재료강도가 저하된다.
정장석의 체적 비율이 1% 보다 적으면 내진동성 향상이 불충분하고, 반대로 15% 보다 많으면 매트릭스의 소결이 저해되어 재료강도가 저하된다.
산화마그네슘의 체적 비율이 1% 보다 적으면 소음 방지 특성이 불충분하고, 반대로 15% 보다 많으면 매트릭스의 소결이 저해되어 재료강도가 저하된다.
흑연의 체적 비율이 10% 보다 적으면 마찰재의 내마모성 향상이 불충분하고, 한편 50% 보다 많으면 재료강도가 현저히 저하된 결과, 마찰재의 내마모성이 악화된다.
티탄산칼륨의 체적 비율이 5% 보다 적으면 대상재의 마모를 억제하는 효과가 불충분한 동시에 재료강도를 유지하는 효과가 발휘되지 않으며, 반대로 30% 보다 많으면 재료강도의 유지 효과가 포화되어, 곧 재료강도의 저하를 초래하는 동시에, 그 결과, 마찰재의 내마모성이 악화된다.
또한, 티탄산칼륨은 화학식 K2O·nTiO2의 화합물이며, n=2, 4, 6, 8인 경우 실용적이다. 특히, 6티탄산칼륨이 적절하다. 또한 티탄산칼륨과 티탄산칼슘을 입자상으로 소결한 복합재료를 사용할 수 있다.
산화지르코늄의 입자 직경은 0.5 내지 200μm의 범위가 적당하다. 당해 하한보다 작으면 대상재 표면에 부착된 산화피막을 제거할 수 없으며, 마찰력이 향상되지 않는다. 또한, 상한을 넘으면 대상재 표면에 부착된 산화피막 뿐만 아니라 대상재까지 제거되므로, 대상재의 마모를 억제하는 효과가 악화된다.
실리카의 입자 직경은 0.5 내지 200μm의 범위가 적당하다. 당해 하한보다 작으면 대상재 표면에 부착된 산화피막을 제거할 수 없으며, 마찰력이 향상되지 않는다. 또한, 상한을 넘으면 대상재 표면에 부착된 산화피막 뿐만 아니라 대상재까지 제거되므로 대상재의 마모를 억제하는 효과가 악화된다.
백운석의 입자 직경은 0.5 내지 200μm의 범위가 적당하다. 당해 하한보다 작으면 대상재 표면에 부착된 산화피막을 제거할 수 없으며, 마찰력이 향상되지 않는다. 또한, 상한을 넘으면 매트릭스의 소결이 저해되어 재료강도가 저하된다. 또한, 백운석은 천연 원석을 그대로 분쇄한 것과 이것을 소성시킨 소성 백운석 중의 1종류 이상으로 하는 것이 바람직하다.
정장석의 입자 직경은 0.5 내지 200μm의 범위가 적당하다. 당해 하한보다 작으면 매트릭스의 소결이 저해되어 재료강도가 저하된다. 또한, 상한을 넘으면 내진동성의 향상이 충분하지 않다.
산화마그네슘의 입자 직경은 0.5 내지 200μm의 범위가 적당하다. 당해 하한보다 작으면 매트릭스의 소결이 저해되어 재료강도가 저하된다. 또한, 상한을 넘으면 마찰재의 제동성 향상이 보이지 않으며 소음 방지 특성의 향상이 충분하지 않다.
흑연의 입자 직경은 10 내지 1,000μm의 범위가 적당하다. 당해 하한보다 작으면 매트릭스의 소결이 저해되고 재료강도가 저하되어 마찰재의 내마모성이 악화된다. 또한, 상한을 넘으면 흑연의 편석이 현저해지고 균일한 분산 상태를 확보하기가 어렵다.
또한, 티탄산칼륨의 형상은 위스커상, 판상 및 구상 중의 한 종류 이상으로 하는 것이 바람직하다. 특히, 구상의 티탄산칼륨은 위스커상이나 판상의 것과 비교하여 다음의 관점에서 바람직하다.
① 동일한 체적 비율로 첨가해도 위스커 상이나 판상과 비교하여 재료강도의 저하가 적다.
② 원료 분말을 혼합할 때, 분쇄하기 어려우므로 구상 그대로 균일하게 분산된다.
③ 금형 투입시 혼합 분말의 유동성이 양호하므로 편석이 적다.
④ 구상 입자 내의 내부 마찰로 인해 소결체의 제동성이 향상되고 소음을 억제하는 효과가 크다.
또한, 본 발명의 소결 마찰재에 기타 마찰조정재나 방청제, 윤활제 등을 필요에 따라 적정량 첨가할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들면, 황산바륨, 마그네타이트, 형석, 이황화몰리브덴 등을 첨가할 수 있다.
아래에 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
(시험 실시예 1)
표 1에 기재한 매트릭스, 산화지르코늄, 흑연, 티탄산칼륨을 배합한 혼합분말을 준비하여, 성형 압력 2 내지 5ton/cm2으로 압분체를 성형한 다음, N2대기 중에서 750℃로 20 내지 90분 동안 소결시켜, 시료 1 내지 31의 소결 마찰재를 제조한다.
| 시 료 |
분류 | 매트릭스 | 산화지르코늄 | 흑연 | 티탄산칼륨 | |||||||||
| Cu | Sn | Ni | Al | 비율 합계 (용적%) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
위스커상 | 판상 | 구상 | 비율 합계 (용적%) |
||
| 1 | 실시예 | 34 | 5 | 0 | 0 | 39 | 14 | 0.5∼200 | 30 | 200∼400 | 0 | 0 | 17 | 17 |
| 2 | 실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 2 | 0.5∼200 | 45 | 200∼400 | 0 | 0 | 15 | 15 |
| 3 | 실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 24 | 200∼400 | 0 | 0 | 30 | 30 |
| 4 | 실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 14 | 0.5∼200 | 20 | 200∼400 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 5 | 실시예 | 37.5 | 5.5 | 0 | 0 | 43 | 14 | 0.5∼200 | 15 | 200∼400 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 6 | 실시예 | 36 | 5 | 0 | 0 | 41 | 14 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 5 | 5 |
| 7 | 실시예 | 36 | 5 | 0 | 0 | 41 | 14 | 0.5∼200 | 30 | 200∼400 | 0 | 0 | 15 | 15 |
| 8 | 실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 9 | 실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 14 | 0 | 14 |
| 10 | 실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 14 | 0 | 0 | 14 |
| 11 | 실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 7 | 7 | 14 |
| 12 | 실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 7 | 0 | 7 | 14 |
| 13 | 비교실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 0.5 | 0.5∼200 | 43 | 200∼400 | 0 | 0 | 18.5 | 18.5 |
| 14 | 비교실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 18 | 0.5∼200 | 33 | 200∼400 | 0 | 0 | 11 | 11 |
| 15 | 비교실시예 | 48 | 7 | 0 | 0 | 55 | 15 | 0.5∼200 | 5 | 200∼400 | 0 | 0 | 25 | 25 |
| 16 | 비교실시예 | 32 | 5 | 0 | 0 | 37 | 2 | 0.5∼200 | 55 | 200∼400 | 0 | 0 | 6 | 6 |
| 17 | 비교실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 15 | 0.5∼200 | 44 | 200∼400 | 0 | 0 | 3 | 3 |
| 18 | 비교실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 5 | 0.5∼200 | 25 | 200∼400 | 0 | 0 | 32 | 32 |
| 19 | 비교실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 0.01∼0.4 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 20 | 비교실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 220∼400 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 21 | 비교실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 0.1∼8 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 22 | 비교실시예 | 33 | 5 | 0 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 1200∼2000 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 23 | 실시예 | 24 | 3 | 11 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 24 | 실시예 | 24 | 3 | 11 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 14 | 0 | 14 |
| 25 | 실시예 | 24 | 3 | 11 | 0 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 14 | 0 | 0 | 14 |
| 26 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 27 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 14 | 0 | 14 |
| 28 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 14 | 0 | 0 | 14 |
| 29 | 비교실시예 | 40 | 6 | 0 | 0 | 46 | 14 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 30 | 비교실시예 | 27 | 4 | 15 | 0 | 46 | 14 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 31 | 비교실시예 | 27 | 4 | 12 | 3 | 46 | 14 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 0 | 0 |
각 소결 마찰재에 관해서 JASO C406-82 승용차용 브레이크 장치 동력계(dynamometer) 시험방법에 따라 일반 성능 시험을 한다. 마찰계수는 제2 효력 시험시의 초기 제동 속도 50km/h 및 100km/h, 감소 속도 0.1 내지 0.9G에서 마찰계수의 범위를 측정한다. 마모량은 일반 성능 시험 전후의 마찰재 마모량 및 대상재(주철) 마모량을 측정한다. 이들 결과를 표 2에 기재한다. 또한, 표 1과 2에서, 시료 1 내지 12 및 23 내지 28이 실시예이며, 시료 13 내지 22 및 29 내지 31이 비교실시예이다.
| 시료 | 분류 | 마찰계수 | 마모량 (mm) |
대상재 마모량 (mm) |
마모 시험 후의 외관 |
| 1 | 실시예 | 0.40∼0.48 | 0.12 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 2 | 실시예 | 0.33∼0.40 | 0.10 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 3 | 실시예 | 0.35∼0.45 | 0.13 | 0.04 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 4 | 실시예 | 0.40∼0.48 | 0.14 | 0.04 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 5 | 실시예 | 0.40∼0.48 | 0.15 | 0.04 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 6 | 실시예 | 0.40∼0.48 | 0.10 | 0.09 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 7 | 실시예 | 0.40∼0.48 | 0.12 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 8 | 실시예 | 0.38∼0.45 | 0.10 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 9 | 실시예 | 0.35∼0.45 | 0.10 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 10 | 실시예 | 0.35∼0.45 | 0.10 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 11 | 실시예 | 0.37∼0.45 | 0.10 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 12 | 실시예 | 0.37∼0.45 | 0.10 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 13 | 비교실시예 | 0.15∼0.25 | 0.25 | 0.06 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 14 | 비교실시예 | 0.35∼0.50 | 0.22 | 0.30 | 모난 부분이 파쇄된다 |
| 15 | 비교실시예 | 0.35∼0.45 | 0.50 | 0.09 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 16 | 비교실시예 | 0.30∼0.40 | 0.45 | 0.08 | 모난 부분이 파쇄된다 |
| 17 | 비교실시예 | 0.35∼0.45 | 0.20 | 0.30 | 모난 부분이 파쇄된다 |
| 18 | 비교실시예 | 0.35∼0.45 | 0.45 | 0.25 | 모난 부분이 파쇄된다 |
| 19 | 비교실시예 | 0.15∼0.25 | 0.25 | 0.09 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 20 | 비교실시예 | 0.25∼0.45 | 0.20 | 0.30 | 모난 부분이 파쇄된다 |
| 21 | 비교실시예 | 0.32∼0.40 | 0.30 | 0.09 | 모난 부분이 파쇄된다 |
| 22 | 비교실시예 | 0.25∼0.50 | 0.35 | 0.18 | 모난 부분이 파쇄된다 |
| 23 | 실시예 | 0.36∼0.47 | 0.12 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 24 | 실시예 | 0.36∼0.47 | 0.12 | 0.06 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 25 | 실시예 | 0.36∼0.47 | 0.12 | 0.06 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 26 | 실시예 | 0.38∼0.48 | 0.13 | 0.05 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 27 | 실시예 | 0.38∼0.48 | 0.13 | 0.06 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 28 | 실시예 | 0.38∼0.48 | 0.13 | 0.06 | 파쇄·균열 없이 양호 |
| 29 | 비교실시예 | 0.35∼0.45 | 0.30 | 0.50 | 모난 부분이 파쇄된다 |
| 30 | 비교실시예 | 0.36∼0.47 | 0.32 | 0.52 | 모난 부분이 파쇄된다 |
| 31 | 비교실시예 | 0.38∼0.48 | 0.35 | 0.55 | 모난 부분이 파쇄된다 |
표 2를 보면, 시료 1 내지 12는 구리와 주석을 매트릭스로 한 것이며, 어느것이나 마찰계수가 높고, 마찰재의 마모량 및 대상재의 마모량 모두 적다. 또한, 마찰재의 시험 후의 외관도 파쇄 또는 균열이 없으며 마찰재로서 충분한 강도를 갖고 있는 것을 알 수 있다.
이에 대해, 시료 13 내지 22는 동일하게 구리와 주석을 매트릭스로 한 것이지만, 아래에 기재된 바와 같이, 마찰재로서 불충분한 점이 나타난다.
시료 13은 산화지르코늄의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 마찰재로서 충분한 마찰계수를 나타내지 않는다. 시료 14는 산화지르코늄의 비율이 높으며, 대상재 표면에 부착된 산화피막 뿐만 아니라, 대상재까지 제거하고 대상재의 마모량이 많다.
시료 15는 흑연의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 마찰재의 마모량이 많다. 시료 16은 반대로 흑연의 비율이 높으며, 재료강도가 현저히 저하되고 마찰재의 마모량이 많다.
시료 17은 티탄산칼륨의 비율이 각 실시예에 비해 낮으므로, 대상재의 마모량이 많으며 대상재의 마모 억제효과가 불충분하다. 시료 18은 티탄산칼륨의 비율이 실시예보다 높으며, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량이 증가한다.
시료 19는 산화지르코늄의 입자 직경이 실시예보다도 작으며, 대상재 표면에 부착된 산화막 등을 제거할 수 없으며 마찰재로서 충분한 마찰계수를 나타내지 않는다. 시료 20은 산화지르코늄의 입자 직경이 실시예보다 크며, 대상재 표면에 부착된 산화피막 뿐만 아니라, 대상재까지 제거하고 대상재의 마모량이 많다.
시료 21은 흑연의 입자 직경이 실시예보다 작으며, 매트릭스의 소결이 저해되고 재료강도가 저하되어 마찰재의 내마모성이 악화된다. 시료 22는 흑연의 입자 직경이 실시예보다 크며, 흑연의 편석이 현저해져 균일한 분산 상태를 확보할 수 없으며, 안정된 마찰계수가 수득되지 않는 결과, 마찰재의 마모량도 증가한다.
시료 23 내지 25는 구리, 주석 및 니켈을 매트릭스로 한 것이며, 시료 1 내지 12에 비해 마찰계수가 더욱 높으며, 마찰재의 마모량 및 대상재의 마모량 모두 적다. 또한, 마찰재의 시험 후의 외관에도 파쇄이나 균열이 보이지 않으며 마찰재로서 강도도 충분하다.
시료 26 내지 28은 구리, 주석, 니켈 및 알루미늄을 매트릭스로 한 것이며, 시료 23 내지 25에 비해 마찰계수가 더욱 높으며, 마찰재의 마모량 및 대상재의 마모량 모두 적다. 또한, 마찰재의 시험 후의 외관에도 파쇄이나 균열이 보이지 않으며 마찰재로서 강도도 충분하다.
이에 대해, 시료 29 내지 31은 티탄산칼륨을 함유하지 않은 종래의 소결 마찰재이며, 아래에 기재한 바와 같이 마찰재로서 불충분한 점이 나타난다.
시료 29 내지 31은 티탄산칼륨을 함유하지 않으므로 대상재의 마모량이 현저하게 많으며 대상재의 마모 억제효과가 불충분하다.
(시험 실시예 2)
표 3에 기재한 매트릭스, 실리카, 흑연, 티탄산칼륨을 배합한 혼합 분말을 준비하여, 성형 압력 2 내지 5ton/cm2으로 압분체를 성형한 다음, N2대기 중에서 750℃로 20 내지 90분 동안 소결시켜, 시료 101 내지 125의 소결 마찰재를 제조한다.
| 시료 | 분류 | 매트릭스 | 실리카 | 흑연 | 티탄산칼륨 | |||||||||
| Cu | Sn | Ni | Al | 비율 합계 (용적%) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
위스커상 | 판상 | 구상 | 비율 합계 (용적%) |
||
| 101 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 14 | 0.5∼200 | 30 | 200∼400 | 0 | 0 | 18 | 18 |
| 102 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 2 | 0.5∼200 | 45 | 200∼400 | 0 | 0 | 15 | 15 |
| 103 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 26 | 200∼400 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 104 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 14 | 0.5∼200 | 20 | 200∼400 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 105 | 실시예 | 26 | 3.4 | 11.3 | 2.3 | 43 | 14 | 0.5∼200 | 15 | 200∼400 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 106 | 실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 14 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 5 | 5 |
| 107 | 실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 14 | 0.5∼200 | 30 | 200∼400 | 0 | 0 | 15 | 15 |
| 108 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 109 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 14 | 0 | 14 |
| 110 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 14 | 0 | 0 | 14 |
| 111 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 7 | 7 | 14 |
| 112 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 7 | 0 | 7 | 14 |
| 113 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 0.5 | 0.5∼200 | 43 | 200∼400 | 0 | 0 | 18.5 | 18.5 |
| 114 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 18 | 0.5∼200 | 33 | 200∼400 | 0 | 0 | 11 | 11 |
| 115 | 비교실시예 | 33.3 | 4.3 | 14.5 | 2.9 | 55 | 15 | 0.5∼200 | 5 | 200∼400 | 0 | 0 | 25 | 25 |
| 116 | 비교실시예 | 22.4 | 2.9 | 9.7 | 2.0 | 37 | 2 | 0.5∼200 | 55 | 200∼400 | 0 | 0 | 6 | 6 |
| 117 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 15 | 0.5∼200 | 44 | 200∼400 | 0 | 0 | 3 | 3 |
| 118 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 5 | 0.5∼200 | 25 | 200∼400 | 0 | 0 | 32 | 22 |
| 119 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.01∼0.4 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 120 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 220∼400 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 121 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 0.1∼8 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 122 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 1200∼2000 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 123 | 비교실시예 | 27 | 4 | 12 | 3 | 46 | 14 | 0.5∼200 | 40 | 200∼400 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 124 | 비교실시예 | 26 | 3.4 | 11.3 | 2.3 | 43 | 14 | 0.5∼200 | 43 | 200∼400 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 125 | 비교실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 14 | 0.5∼200 | 45 | 200∼400 | 0 | 0 | 0 | 0 |
각 소결 마찰재에 관해서 JASO C406-82 승용차용 브레이크 장치 동력계 시험방법에 따라 일반 성능 시험을 한다. 마찰계수는 제2 효력 시험시의 초기 제동 속도 50km/h 및 100km/h, 감소 속도 0.1 내지 0.9G에서 마찰계수의 범위를 측정한다. 마모량은 일반 성능 시험 전후의 마찰재 마모량 및 대상재(주철) 마모량을 측정한다. 이들 결과를 표 4에 기재한다. 또한, 표 3과 4에서, 시료 101 내지 112가 실시예이며, 시료 113 내지 125가 비교실시예이다.
| 시료 | 분류 | 마찰계수 | 마모량 (mm) |
상대적 마모량 (mm) |
| 101 | 실시예 | 0.48∼0.55 | 0.12 | 0.06 |
| 102 | 실시예 | 0.45∼0.50 | 0.09 | 0.05 |
| 103 | 실시예 | 0.46∼0.53 | 0.13 | 0.04 |
| 104 | 실시예 | 0.48∼0.55 | 0.14 | 0.04 |
| 105 | 실시예 | 0.48∼0.56 | 0.15 | 0.04 |
| 106 | 실시예 | 0.48∼0.54 | 0.10 | 0.09 |
| 107 | 실시예 | 0.48∼0.54 | 0.12 | 0.05 |
| 108 | 실시예 | 0.46∼0.52 | 0.10 | 0.05 |
| 109 | 실시예 | 0.46∼0.52 | 0.10 | 0.05 |
| 110 | 실시예 | 0.46∼0.52 | 0.10 | 0.05 |
| 111 | 실시예 | 0.46∼0.52 | 0.10 | 0.05 |
| 112 | 실시예 | 0.46∼0.52 | 0.10 | 0.05 |
| 113 | 비교실시예 | 0.20∼0.28 | 0.25 | 0.06 |
| 114 | 비교실시예 | 0.45∼0.55 | 0.22 | 0.45 |
| 115 | 비교실시예 | 0.40∼0.48 | 0.50 | 0.09 |
| 116 | 비교실시예 | 0.30∼0.40 | 0.45 | 0.08 |
| 117 | 비교실시예 | 0.45∼0.50 | 0.20 | 0.30 |
| 118 | 비교실시예 | 0.46∼0.53 | 0.45 | 0.25 |
| 119 | 비교실시예 | 0.18∼0.28 | 0.25 | 0.09 |
| 120 | 비교실시예 | 0.45∼0.58 | 0.20 | 0.30 |
| 121 | 비교실시예 | 0.46∼0.53 | 0.40 | 0.09 |
| 122 | 비교실시예 | 0.35∼0.58 | 0.35 | 0.18 |
| 123 | 비교실시예 | 0.48∼0.58 | 0.30 | 0.55 |
| 124 | 비교실시예 | 0.48∼0.56 | 0.26 | 0.52 |
| 125 | 비교실시예 | 0.48∼0.54 | 0.22 | 0.50 |
표 4를 보면, 시료 101 내지 112는 구리, 주석, 니켈 및 알루미늄을 매트릭스로 한 것이며, 어느 것이나 마찰계수가 높고, 마찰재의 마모량 및 대상재의 마모량 모두 적다. 또한, 마찰재의 시험 후의 외관도 파쇄이나 균열이 없으며 마찰재로서 충분한 강도를 갖고 있는 것을 알 수 있다.
이에 대해 시료 113 내지 125는 동일하게 구리, 주석, 니켈 및 알루미늄을 매트릭스로 한 것이지만, 아래에 기재된 바와 같이, 마찰재로서 불충분한 점이 나타난다.
시료 113은 실리카의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 마찰재로서 충분한 마찰계수를 나타내지 않는다. 시료 114는 산화지르코늄의 비율이 높으며, 대상재 표면에 부착된 산화피막 뿐만 아니라, 대상재까지 제거하고 대상재의 마모량이 많다.
시료 115는 흑연의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 마찰재의 마모량이 많다. 시료 116은 반대로 흑연의 비율이 높으며, 재료강도가 현저히 저하되고 마찰재의 마모량이 많다.
시료 117은 티탄산칼륨의 비율이 각 실시예에 비해 낮으므로, 대상재의 마모량이 많으며 대상재의 마모 억제효과가 불충분하다. 시료 118은 티탄산칼륨의 비율이 실시예보다 높으며, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량이 증가한다.
시료 119는 실리카의 입자 직경이 실시예보다도 작으며, 대상재 표면에 부착된 산화막 등을 제거할 수 없으며 마찰재로서 충분한 마찰계수를 나타내지 않는다. 시료 120은 실리카의 입자 직경이 실시예보다 크며, 대상재 표면에 부착된 산화피막 뿐만 아니라, 대상재까지 제거하고 대상재의 마모량이 많다.
시료 121은 흑연의 입자 직경이 실시예보다 작으며, 매트릭스의 소결이 저해되고 재료강도가 저하하여 마찰재의 내마모성이 악화된다. 시료 122는 흑연의 입자 직경이 실시예보다 크며, 흑연의 편석이 현저해져 균일한 분산 상태를 확보할 수 없으며, 안정된 마찰계수가 수득되지 않는 결과, 마찰재의 마모량도 증가한다.
시료 123 내지 125는 티탄산칼륨을 함유하지 않는 종래의 소결 마찰재이며 티탄산칼륨을 함유하지 않으므로, 대상재의 마모량이 많으며 대상재의 마모 억제효과가 불충분하다.
(시험 실시예 3)
표 5에 기재한 매트릭스, 백운석, 흑연, 티탄산칼륨을 배합한 혼합 분말을 준비하여, 성형 압력 2 내지 5ton/cm2으로 압분체를 성형한 다음, N2대기 중에서 750℃로 20 내지 90분 동안 소결시켜, 시료 201 내지 225의 소결 마찰재를 제조한다.
| 시료 | 분류 | 매트릭스 | 백운석 | 흑연 | 티탄산칼륨 | |||||||||
| Cu | Sn | Ni | Al | 비율 합계 (용적%) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
위스커상 | 판상 | 구상 | 비율 합계 (용적%) |
||
| 201 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 14 | 0.5∼200 | 30 | 200∼500 | 0 | 0 | 18 | 18 |
| 202 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 2 | 0.5∼200 | 45 | 200∼500 | 0 | 0 | 15 | 15 |
| 203 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 26 | 200∼500 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 204 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 14 | 0.5∼200 | 20 | 200∼500 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 205 | 실시예 | 26 | 3.4 | 11.3 | 2.3 | 43 | 14 | 0.5∼200 | 15 | 200∼500 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 206 | 실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 14 | 0.5∼200 | 40 | 200∼500 | 0 | 0 | 5 | 5 |
| 207 | 실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 14 | 0.5∼200 | 30 | 200∼500 | 0 | 0 | 15 | 15 |
| 208 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼500 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 209 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼500 | 0 | 14 | 0 | 14 |
| 210 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼500 | 14 | 0 | 0 | 14 |
| 211 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼500 | 0 | 7 | 7 | 14 |
| 212 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 200∼500 | 7 | 0 | 7 | 14 |
| 213 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 0.5 | 0.5∼200 | 43 | 200∼500 | 0 | 0 | 18.5 | 18.5 |
| 214 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 18 | 0.5∼200 | 33 | 200∼500 | 0 | 0 | 11 | 11 |
| 215 | 비교실시예 | 33.3 | 4.3 | 14.5 | 2.9 | 55 | 15 | 0.5∼200 | 5 | 200∼500 | 0 | 0 | 25 | 25 |
| 216 | 비교실시예 | 22.4 | 2.9 | 9.7 | 2.0 | 37 | 2 | 0.5∼200 | 55 | 200∼500 | 0 | 0 | 6 | 6 |
| 217 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 15 | 0.5∼200 | 44 | 200∼500 | 0 | 0 | 3 | 3 |
| 218 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 5 | 0.5∼200 | 25 | 200∼500 | 0 | 0 | 32 | 22 |
| 219 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.01∼0.4 | 40 | 200∼500 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 220 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 220∼400 | 40 | 200∼500 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 221 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 0.1∼8 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 222 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼200 | 40 | 1200∼2000 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 223 | 비교실시예 | 27 | 4 | 12 | 3 | 46 | 14 | 0.5∼200 | 40 | 200∼500 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 224 | 비교실시예 | 26 | 3.4 | 11.3 | 2.3 | 43 | 14 | 0.5∼200 | 43 | 200∼500 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 225 | 비교실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 14 | 0.5∼200 | 45 | 200∼500 | 0 | 0 | 0 | 0 |
각 소결 마찰재에 관해서 JASO C406-82 승용차용 브레이크 장치 동력계 시험방법에 따라 일반 성능 시험을 한다. 마찰계수는 제2 효력 시험시의 초기 제동 속도 50km/h 및 100km/h, 감소 속도 0.1 내지 0.9G에서 마찰계수의 범위를 측정한다. 마모량은 일반 성능 시험 전후의 마찰재 마모량을 측정한다. 또한 각 소결 마찰재로부터 굴곡 시험편을 채취하여 표 6에 기재된 조건으로 3점 굴곡 시험을 실시한다. 이들 결과를 표 7에 기재한다. 또한, 표 5와 7에 있어서, 시료 201 내지 212가 실시예이며, 시료 213 내지 225가 비교실시예이다.
| 시험편 치수(mm) | 폭 7×두께 5×길이 30 |
| 지지점 사이의 거리(mm) | 20 |
| 부하 방식 | 3점 굴곡 |
| 크로스헤드(crosshead) 속도(mm/min) | 0.5 |
| 시료 | 분류 | 마찰계수 | 마찰재 마모량 (mm) |
마찰 시험 후의 외관 | 굴곡 강도 (MPa) |
| 201 | 실시예 | 0.47∼0.54 | 0.12 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 202 | 실시예 | 0.44∼0.50 | 0.09 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 203 | 실시예 | 0.46∼0.53 | 0.13 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 204 | 실시예 | 0.48∼0.55 | 0.14 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 205 | 실시예 | 0.48∼0.55 | 0.15 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 206 | 실시예 | 0.48∼0.53 | 0.10 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 207 | 실시예 | 0.48∼0.53 | 0.12 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 208 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 209 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 210 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 211 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 212 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 213 | 비교실시예 | 0.20∼0.27 | 0.25 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 214 | 비교실시예 | 0.45∼0.53 | 0.22 | 모난 부분이 파쇄된다 | 15 |
| 215 | 비교실시예 | 0.40∼0.47 | 1.10 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 216 | 비교실시예 | 0.30∼0.40 | 0.95 | 모난 부분이 파쇄된다 | 10 |
| 217 | 비교실시예 | 0.45∼0.50 | 0.20 | 모난 부분이 파쇄된다 | 24 |
| 218 | 비교실시예 | 0.46∼0.52 | 0.80 | 모난 부분이 파쇄된다 | 26 |
| 219 | 비교실시예 | 0.18∼0.25 | 0.25 | 파쇄·균열 없이 양호 | 40 이상 |
| 220 | 비교실시예 | 0.45∼0.56 | 0.20 | 모난 부분이 파쇄된다 | 10 |
| 221 | 비교실시예 | 0.44∼0.52 | 0.50 | 모난 부분이 파쇄된다 | 8 |
| 222 | 비교실시예 | 0.33∼0.55 | 0.60 | 모난 부분이 파쇄된다 | 10 |
| 223 | 비교실시예 | 0.48∼0.56 | 0.26 | 모난 부분이 파쇄된다 | 26 |
| 224 | 비교실시예 | 0.48∼0.55 | 0.24 | 모난 부분이 파쇄된다 | 24 |
| 225 | 비교실시예 | 0.48∼0.53 | 0.22 | 모난 부분이 파쇄된다 | 22 |
표 7을 보면, 시료 201 내지 212는 구리, 주석, 니켈 및 알루미늄을 매트릭스로 한 것이며, 어느 것이나 마찰계수가 높고, 마찰재의 시험 후의 외관도 파쇄이나 균열이 없다. 또한 굴곡 강도도 40MPa 이상을 유지하며, 마찰재로서 충분한 강도를 갖고 있는 것을 알 수 있다.
이에 대해 시료 213 내지 225는 동일하게 구리, 주석, 니켈 및 알루미늄을 매트릭스로 한 것이지만, 아래에 기재된 바와 같이, 마찰재로서 불충분한 점이 나타난다.
시료 213은 백운석의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 마찰재로서 충분한 마찰계수를 나타내지 않는다. 시료 214는 백운석의 비율이 높으며, 매트릭스의 소결이 저해되어 재료강도가 저하된다.
시료 215는 흑연의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 마찰재의 마모량이 많다. 시료 216은 반대로 흑연의 비율이 높으며, 재료강도가 현저히 저하되고 마찰재의 마모량이 많다.
시료 217은 티탄산칼륨의 비율이 각 실시예에 비해 낮으므로, 재료강도를 유지하는 효과가 발휘되지 않으며, 재료강도가 저하된다. 시료 218은 티탄산칼륨의 비율이 실시예보다 많으며, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량이 증가한다.
시료 219는 실리카의 입자 직경이 실시예보다 작으며, 대상재 표면에 부착된 산화막 등을 제거할 수 없으며 마찰재로서 충분한 마찰계수를 나타내지 않는다. 시료 220은 백운석의 입자 직경이 실시예보다 크며, 매트릭스의 소결이 저해되어 재료강도가 저하된다.
시료 221은 흑연의 입자 직경이 실시예보다 작으며, 매트릭스의 소결이 저해되고 재료강도가 저하하여 마찰재의 마모량이 악화된다. 시료 222는 흑연의 입자 직경이 실시예보다 크며, 흑연의 편석이 현저해져 균일한 분산 상태를 확보할 수 없으며, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량도 증가한다.
시료 223 내지 225는 티탄산칼륨을 함유하지 않는 종래의 소결 마찰재이며 티탄산칼륨을 함유하지 않으므로, 재료강도를 유지하는 효과가 발휘되지 않으며 재료강도가 저하된다.
(시험 실시예 4)
표 8에 기재한 매트릭스, 정장석, 흑연, 티탄산칼륨을 배합한 혼합 분말을 준비하여, 성형 압력 2 내지 5ton/cm2으로 압분체를 성형한 다음, N2대기 중에서 750℃로 20 내지 90분 동안 소결시켜, 시료 301 내지 325의 소결 마찰재를 제조한다.
| 시료 | 분류 | 매트릭스 | 정장석 | 흑연 | 티탄산칼륨 | |||||||||
| Cu | Sn | Ni | Al | 비율 합계 (용적%) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
위스커상 | 판상 | 구상 | 비율 합계 (용적%) |
||
| 301 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 12 | 0.5∼180 | 30 | 200∼600 | 0 | 0 | 20 | 20 |
| 302 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 4 | 0.5∼180 | 45 | 200∼600 | 0 | 0 | 13 | 13 |
| 303 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 26 | 200∼600 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 304 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 13 | 0.5∼180 | 21 | 200∼600 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 305 | 실시예 | 26 | 3.4 | 11.3 | 2.3 | 43 | 13 | 0.5∼180 | 15 | 200∼600 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 306 | 실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 13 | 0.5∼180 | 41 | 200∼600 | 0 | 0 | 5 | 5 |
| 307 | 실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 13 | 0.5∼180 | 31 | 200∼600 | 0 | 0 | 15 | 15 |
| 308 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 309 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 0 | 14 | 0 | 14 |
| 310 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 14 | 0 | 0 | 14 |
| 311 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 0 | 7 | 7 | 14 |
| 312 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 7 | 0 | 7 | 14 |
| 313 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 0.5 | 0.5∼180 | 43 | 200∼600 | 0 | 0 | 18.5 | 18.5 |
| 314 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 18 | 0.5∼180 | 33 | 200∼600 | 0 | 0 | 11 | 11 |
| 315 | 비교실시예 | 33.3 | 4.3 | 14.5 | 2.9 | 55 | 15 | 0.5∼180 | 5 | 200∼600 | 0 | 0 | 25 | 25 |
| 316 | 비교실시예 | 22.4 | 2.9 | 9.7 | 2.0 | 37 | 2 | 0.5∼180 | 55 | 200∼600 | 0 | 0 | 6 | 6 |
| 317 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 15 | 0.5∼180 | 44 | 200∼600 | 0 | 0 | 3 | 3 |
| 318 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 5 | 0.5∼180 | 25 | 200∼600 | 0 | 0 | 32 | 22 |
| 319 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.01∼0.4 | 40 | 200∼600 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 320 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 220∼400 | 40 | 200∼600 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 321 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 0.1∼8 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 322 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 1200∼2000 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 323 | 비교실시예 | 27 | 4 | 12 | 3 | 46 | 14 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 324 | 비교실시예 | 26 | 3.4 | 11.3 | 2.3 | 43 | 14 | 0.5∼180 | 43 | 200∼600 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 325 | 비교실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 14 | 0.5∼180 | 45 | 200∼600 | 0 | 0 | 0 | 0 |
각 소결 마찰재로부터 시험편을 채취하고, 일정 속도 마찰마모 시험기를 사용하여 내진동성으로서 바닥면 압력에서 대상재 공격성 시험을 한다. 시험조건을 표 9에 기재한다. 또한, 표 10에 대상재 공격량(기준면으로부터의 마모 깊이)과 마찰재 마모량을 나타낸다. 또한, 표 8과 10에서, 시료 301 내지 312가 실시예이며, 시료 313 내지 325가 비교실시예이다.
| 마찰면 형상(mm) | 10×20 |
| 대상재 | FC200 |
| 주속(m/s) | 10 |
| 면유압(kgf/cm2) | 1 |
| 마찰 시간(hr) | 24 |
| 유효 마찰 반경(m) | 0.1 |
| 시료 | 분류 | 대상재 공격량 (㎛) |
마찰재 마모량 (mm) |
| 301 | 실시예 | 10 이하 | 0.12 |
| 302 | 실시예 | 10 이하 | 0.09 |
| 303 | 실시예 | 10 이하 | 0.13 |
| 304 | 실시예 | 10 이하 | 0.14 |
| 305 | 실시예 | 10 이하 | 0.15 |
| 306 | 실시예 | 10 이하 | 0.10 |
| 307 | 실시예 | 10 이하 | 0.12 |
| 308 | 실시예 | 10 이하 | 0.10 |
| 309 | 실시예 | 10 이하 | 0.10 |
| 310 | 실시예 | 10 이하 | 0.10 |
| 311 | 실시예 | 10 이하 | 0.10 |
| 312 | 실시예 | 10 이하 | 0.10 |
| 313 | 비교실시예 | 55 | 0.19 |
| 314 | 비교실시예 | 10 이하 | 0.70 |
| 315 | 비교실시예 | 15 | 1.10 |
| 316 | 비교실시예 | 20 | 0.95 |
| 317 | 비교실시예 | 14 | 0.50 |
| 318 | 비교실시예 | 16 | 0.81 |
| 319 | 비교실시예 | 10 이하 | 0.75 |
| 320 | 비교실시예 | 105 | 0.19 |
| 321 | 비교실시예 | 20 | 0.50 |
| 322 | 비교실시예 | 18 | 0.55 |
| 323 | 비교실시예 | 20 | 0.50 |
| 324 | 비교실시예 | 18 | 0.55 |
| 325 | 비교실시예 | 16 | 0.60 |
표 10을 보면, 시료 301 내지 312는 구리, 주석, 니켈 및 알루미늄을 매트릭스로 한 것이며, 대상재 공격량도 10μm 이하이며 내진동성이 우수하고 마찰재의 마모량도 적은 것을 알 수 있다.
이에 대해 시료 313 내지 325는 동일하게 구리, 주석, 니켈 및 알루미늄을 매트릭스로 한 것이지만, 아래에 기재된 바와 같이, 마찰재로서 불충분한 점이 나타난다.
시료 313은 정장석의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 내진동성이 불충분하다. 시료 314는 정장석의 비율이 높으며, 매트릭스의 소결이 저해되고 재료강도가 저하되며 마찰재의 마모량이 많다.
시료 315는 흑연의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 마찰재의 마모량이 많다. 시료 316은 반대로 흑연의 비율이 높으며, 재료강도가 현저히 저하되고 마찰재의 마모량이 많다.
시료 317은 티탄산칼륨의 비율이 각 실시예에 비해 낮으므로, 재료강도가 저하되며 마찰재의 마모량도 많다. 시료 318은 티탄산칼륨의 비율이 실시예보다 높으며, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량이 증가한다.
시료 319는 정장석의 입자 직경이 실시예보다 작으며, 매트릭스의 소결이 저해되고 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량도 많다. 시료 320은 정장석의 입자 직경이 실시예보다 크며, 내진동성의 향상이 불충분하다.
시료 321은 흑연의 입자 직경이 실시예보다 작으며, 매트릭스의 소결이 저해되며 재료강도가 저하하여 마찰재의 마모량이 악화된다. 시료 322는 흑연의 입자 직경이 실시예보다 크며, 흑연의 편석이 현저해져 균일한 분산 상태를 확보할 수 없으며, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량도 증가한다.
시료 323 내지 325는 티탄산칼륨을 함유하지 않는 종래의 소결 마찰재이며 티탄산칼륨을 함유하지 않으므로, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량도 많다.
(시험 실시예 5)
표 11에 기재한 매트릭스, 산화마그네슘, 흑연, 티탄산칼륨을 배합한 혼합 분말을 준비하여, 성형 압력 2 내지 5ton/cm2으로 압분체를 성형한 다음, N2대기 중에서 750℃로 20 내지 90분 동안 소결시켜, 시료 401 내지 425의 소결 마찰재를 제조한다.
| 시료 | 분류 | 매트릭스 | 산화마그네슘 | 흑연 | 티탄산칼륨 | |||||||||
| Cu | Sn | Ni | Al | 비율 합계 (용적%) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
비율 (용적%) |
입자 직경 (㎛) |
위스커상 | 판상 | 구상 | 비율 합계 (용적%) |
||
| 401 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 12 | 0.5∼180 | 30 | 200∼600 | 0 | 0 | 20 | 20 |
| 402 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 4 | 0.5∼180 | 45 | 200∼600 | 0 | 0 | 13 | 13 |
| 403 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 26 | 200∼600 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 404 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 13 | 0.5∼180 | 21 | 200∼600 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 405 | 실시예 | 26 | 3.4 | 11.3 | 2.3 | 43 | 13 | 0.5∼180 | 15 | 200∼600 | 0 | 0 | 28 | 28 |
| 406 | 실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 13 | 0.5∼180 | 41 | 200∼600 | 0 | 0 | 5 | 5 |
| 407 | 실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 13 | 0.5∼180 | 31 | 200∼600 | 0 | 0 | 15 | 15 |
| 408 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 409 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 0 | 14 | 0 | 14 |
| 410 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 14 | 0 | 0 | 14 |
| 411 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 0 | 7 | 7 | 14 |
| 412 | 실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 7 | 0 | 7 | 14 |
| 413 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 0.5 | 0.5∼180 | 43 | 200∼600 | 0 | 0 | 18.5 | 18.5 |
| 414 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 18 | 0.5∼180 | 33 | 200∼600 | 0 | 0 | 11 | 11 |
| 415 | 비교실시예 | 33.3 | 4.3 | 14.5 | 2.9 | 55 | 15 | 0.5∼180 | 5 | 200∼600 | 0 | 0 | 25 | 25 |
| 416 | 비교실시예 | 22.4 | 2.9 | 9.7 | 2.0 | 37 | 2 | 0.5∼180 | 55 | 200∼600 | 0 | 0 | 6 | 6 |
| 417 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 15 | 0.5∼180 | 44 | 200∼600 | 0 | 0 | 3 | 3 |
| 418 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 5 | 0.5∼180 | 25 | 200∼600 | 0 | 0 | 32 | 22 |
| 419 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.01∼0.4 | 40 | 200∼600 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 420 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 220∼400 | 40 | 200∼600 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 421 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 0.1∼8 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 422 | 비교실시예 | 23 | 3 | 10 | 2 | 38 | 8 | 0.5∼180 | 40 | 1200∼2000 | 0 | 0 | 14 | 14 |
| 423 | 비교실시예 | 27 | 4 | 12 | 3 | 46 | 14 | 0.5∼180 | 40 | 200∼600 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 424 | 비교실시예 | 26 | 3.4 | 11.3 | 2.3 | 43 | 14 | 0.5∼180 | 43 | 200∼600 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 425 | 비교실시예 | 24.8 | 3.2 | 10.8 | 2.2 | 41 | 14 | 0.5∼180 | 45 | 200∼600 | 0 | 0 | 0 | 0 |
각 소결 마찰재에 관해서 JASO C406-82 승용차용 브레이크 장치 동력계 시험방법에 따라 소음 시험을 한다. 시험조건을 표 12에 기재한다. 마모량은 소음 시험 전후의 마찰재 마모량에 대해 측정한다. 표 13에 소음 시험시의 마찰계수의 범위와 소음 발생율(소음이 발생한 횟수÷전체 제동 횟수) 및 마찰재 마모량을 나타낸다. 또한, 표 11과 13에서, 시료 401 내지 412가 실시예이며, 시료 413 내지 425가 비교실시예이다.
| 차 속도(km/h) | 30 |
| 제동 개시 온도(℃) | 50→80→120→160→200→160→120→80→50 |
| 제동액 압력(kgf/cm2) | 5→10→15→20 |
| 반복수(회) | 상기한 조합을 4회 반복 |
| 전체 제동 횟수(회) | 144 |
| 시료 | 분류 | 마찰계수 | 마찰재 마모량 (mm) |
소음 발생율 |
| 401 | 실시예 | 0.47∼0.54 | 0.12 | 1% 이하 |
| 402 | 실시예 | 0.44∼0.50 | 0.09 | 1% 이하 |
| 403 | 실시예 | 0.46∼0.53 | 0.13 | 1% 이하 |
| 404 | 실시예 | 0.48∼0.55 | 0.14 | 1% 이하 |
| 405 | 실시예 | 0.48∼0.55 | 0.15 | 1% 이하 |
| 406 | 실시예 | 0.48∼0.53 | 0.10 | 1% 이하 |
| 407 | 실시예 | 0.48∼0.53 | 0.12 | 1% 이하 |
| 408 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 1% 이하 |
| 409 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 1% 이하 |
| 410 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 1% 이하 |
| 411 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 1% 이하 |
| 412 | 실시예 | 0.46∼0.51 | 0.10 | 1% 이하 |
| 413 | 비교실시예 | 0.35∼0.42 | 0.19 | 30% |
| 414 | 비교실시예 | 0.45∼0.53 | 0.62 | 1% 이하 |
| 415 | 비교실시예 | 0.40∼0.47 | 1.10 | 10% |
| 416 | 비교실시예 | 0.30∼0.40 | 0.95 | 5% |
| 417 | 비교실시예 | 0.45∼0.50 | 0.50 | 5% |
| 418 | 비교실시예 | 0.46∼0.52 | 0.81 | 4% |
| 419 | 비교실시예 | 0.33∼0.40 | 0.65 | 1% 이하 |
| 420 | 비교실시예 | 0.45∼0.56 | 0.19 | 21% |
| 421 | 비교실시예 | 0.44∼0.52 | 0.50 | 2% |
| 422 | 비교실시예 | 0.33∼0.55 | 0.55 | 6% |
| 423 | 비교실시예 | 0.48∼0.56 | 0.70 | 10% |
| 424 | 비교실시예 | 0.48∼0.55 | 0.65 | 6% |
| 425 | 비교실시예 | 0.48∼0.53 | 0.60 | 5% |
표 13을 보면, 시료 401 내지 412는 구리, 주석, 니켈 및 알루미늄을 매트릭스로 한 것이며, 어느 것이나 마찰계수가 높으며 마찰재의 마모량도 적다. 또한 소음 발생율도 1% 이하이며, 마찰재로서 충분한 소음 방지 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.
이에 대해 시료 413 내지 425는 동일하게 구리, 주석, 니켈 및 알루미늄을 매트릭스로 한 것이지만, 아래에 기재된 바와 같이, 마찰재로서 불충분한 점이 나타난다.
시료 413은 산화마그네슘의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 소음 방지 특성 향상이 불충분하다. 시료 414는 산화마그네슘의 비율이 높으며, 매트릭스의 소결이 저해되고 재료강도가 저하되며 마찰재의 마모량이 많다.
시료 415는 흑연의 비율이 각 실시예에 비해 낮으며, 마찰재의 마모량이 많다. 시료 416은 반대로 흑연의 비율이 높으며, 재료강도가 현저히 저하되고 마찰재의 마모량이 많다.
시료 417은 티탄산칼륨의 비율이 각 실시예에 비해 낮으므로, 재료강도가 저하되며 마찰재의 마모량도 많다. 시료 418은 티탄산칼륨의 비율이 실시예보다 높으며, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량이 증가한다.
시료 419는 산화마그네슘의 입자 직경이 실시예보다 작으며, 매트릭스의 소결이 저해되고 재료강도가 저하하여 마찰재의 마모량이 많다. 시료 420은 산화마그네슘의 입자 직경이 실시예보다 크며, 소음 방지 특성의 향상이 불충분하다.
시료 421은 흑연의 입자 직경이 실시예보다 작으며, 매트릭스의 소결이 저해되며 재료강도가 저하하여 마찰재의 마모량이 악화된다. 시료 422는 흑연의 입자 직경이 실시예보다 크며, 흑연의 편석이 현저해져 균일한 분산 상태를 확보할 수 없으며, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량도 증가한다.
시료 423 내지 425는 티탄산칼륨을 함유하지 않는 종래의 소결 마찰재이며 티탄산칼륨을 함유하지 않으므로, 재료강도가 저하되어 마찰재의 마모량이 많다.
본 발명의 소결 마찰재는 구리계 금속을 매트릭스로 하고, 산화마그네슘, 흑연 및 티탄산칼륨을 소정의 비율로 배합한 것으로서, 이에 의해, 마찰재의 내마모성의 향상과 대상재의 마모 억제의 양립, 마찰재의 높은 마찰계수의 발현과 대상재의 마모 억제의 양립, 마찰재의 높은 마찰계수의 발현과 재료강도의 양립, 마찰재의 내마모성과 내진동성의 양립 또는 마찰재의 높은 마찰계수의 발현과 소음 방지 특성의 양립을 도모할 수 있다.
Claims (3)
- 구리계 금속을 매트릭스로 하고, 마찰 조정재로서 산화지르코늄, 실리카, 백운석, 정장석 및 산화마그네슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 특정 첨가물, 흑연 및 티탄산칼륨을 함유함을 특징으로 하는 소결 마찰재.
- 제1항에 있어서, 특정 첨가물이 체적 비율로 1 내지 15%, 흑연이 체적 비율로 10 내지 50%, 티탄산칼륨이 체적 비율로 5 내지 30%의 비율로 배합되어 있음을 특징으로 하는 소결 마찰재.
- 제1항에 있어서, 티탄산칼륨의 형상이 위스커(whisker)상, 판상 및 구상(球狀) 중의 한 종류 이상임을 특징으로 하는 소결 마찰재.
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