KR20010061913A - Highly abrasion-resistant antifriction material's manufacturing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고 내마모성 마찰재의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기지 금속분말로 Cu 분말, Sn 분말 및 Cu-Sn 합금 분말, 경질입자 및 고체 윤활제가 포함된 분말에 상기 기지 금속분말 중에서 선택된 것을 추가로 첨가함으로써 기존 기계적 합금화 분말과 비교하여 동등 이상의 마찰 특성을 나타내고 제조 원가가 저가인 고 내마모성 마찰재의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a high wear-resistant friction material, and more particularly, a base metal powder selected from the base metal powder in a powder containing Cu powder, Sn powder and Cu-Sn alloy powder, hard particles and a solid lubricant. By further addition, the present invention relates to a method for producing a high wear resistant friction material which exhibits at least equivalent friction characteristics as compared with existing mechanical alloying powders and which is low in production cost.
종래 클러치나 브레이크에 적용되는 마찰재는 내마모성과 마찰계수 향상을 위해 경질입자를 단순히 기지 금속분말과 혼합하여 사용하였다. 이러한 제조 공정은 그 공정이 단순하고 제조 원가가 비교적 저렴하도록 제조될 수 있는 반면,기지 금속과 경질입자의 분포가 미세하지 못하고 경질입자의 반응온도가 높아 기지 금속과 화학반응을 일으키지 않게 되어 경질입자가 기지금속에서부터 쉽게 이탈되어 마찰 특성이 저하된다.Conventional friction materials applied to clutches and brakes were used by simply mixing hard particles with a known metal powder to improve wear resistance and coefficient of friction. Such a manufacturing process can be manufactured so that the process is simple and the manufacturing cost is relatively inexpensive, while the distribution of base metal and hard particles is not fine and the reaction temperature of the hard particles is high so that it does not cause chemical reaction with the base metal. Is easily released from the base metal, thereby deteriorating the friction characteristics.
근래 상기 단순 혼합 공정의 문제점을 해결하기 위하여 경질입자와 기지 금속분말을 기계적으로 분해 혼합하여 합금화시키는 방법으로 발전되었다(일본특허공개 평8-100227호). 기계적 합금화 방법은 기지 조직내에 경질입자가 미세하게 분포되어 경질입자가 금속에서 탈락되는 것을 방지함으로써, 습식이나 건식하의 마찰 습동 특성이 우수하다는 장점이 있다. 기계적 합금화 분말은 Cu분말, Sn 분말, 및 Cu-Sn 합금 분말을 기지 금속분말로 사용하고 경질입자(FeMo, FeCr, FeTi, FeW, 및 FeB)와 고체 윤활제(CaF2, MoS2, BN)를 첨가하여 상기 모든 조성물을 기계적으로 분쇄 혼합한다. 상기 분쇄 혼합된 금속분말을 면압 4 ∼ 6 t/㎠ 로 가하여 성형하고 800℃에서 1시간 소결 후 질소분위기 노에서 서냉의 과정을 거쳐 기계적 합금화된 분말이 제조된다.Recently, in order to solve the problem of the simple mixing process, a hard particle and a known metal powder have been developed by mechanically mixing and alloying (Japanese Patent Laid-Open No. 8-100227). The mechanical alloying method has the advantage that the hard particles are finely distributed in the matrix and prevent the hard particles from falling off from the metal, thereby providing excellent wet and dry friction sliding characteristics. Mechanical alloying powder uses Cu powder, Sn powder, and Cu-Sn alloy powder as base metal powder, and hard particles (FeMo, FeCr, FeTi, FeW, and FeB) and solid lubricants (CaF 2 , MoS 2 , BN) All the compositions are mechanically ground mixed by addition. The pulverized and mixed metal powder is molded by applying a surface pressure of 4 to 6 t / cm 2, and then sintered at 800 ° C. for 1 hour, followed by slow cooling in a nitrogen atmosphere furnace to prepare a mechanically alloyed powder.
이러한 방식으로 제조된 마찰재는 최대 입경이 15㎛미만이고 평균 입경이 5㎛미만인 경질입자가 기지조직 내에서 미세하고 균일하게 분포되어 있는 구조로서, 철재 소재와의 마찰계수가 높고 시간의 경과에 따라 일정한 마찰계수를 유지하고, 마찰재 및 상대재(철재 소재)의 마모량이 매우 적은 이상적인 마찰 특성을 보여준다.The friction material produced in this way is a structure in which hard particles having a maximum particle diameter of less than 15 µm and an average particle diameter of less than 5 µm are finely and uniformly distributed in the matrix structure. It maintains a constant coefficient of friction and shows ideal friction characteristics with very low wear of the friction and counterparts (steel materials).
기계적으로 합금화하는 분말로 제조되는 마찰재는 상술한 대로 이상적인 마찰특성을 나타내지만, 기계적 합금화 분말을 제조하는데 필요한 비용이 비싸고 1회 제조량이 소량으로 제한되어 있기 때문에 이상적인 마찰특성을 가지고 있지만 가격이 비싸서 아직 실용화되어 있지는 못하는 실정이다.Friction materials made from mechanically alloyed powders exhibit ideal frictional properties as described above, but they have ideal frictional properties because of the high cost required to produce mechanically alloyed powders and the limited amount of one-time production. It is not practical.
따라서, 본 발명에서는 상기의 문제점을 개선하기 위하여 기계적 합금화된 분말에 추가적으로 기지조직과 동일한 금속분말을 첨가함으로써, 기존의 합금화 분말과 동등 이상의 마찰특성을 나타내고, 원가 절감의 효과가 우수한 고 내마모성 마찰재의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in the present invention, by adding the same metal powder as the matrix structure to the mechanically alloyed powder in order to improve the above problems, it exhibits friction characteristics equivalent to those of the conventional alloyed powder, and has a high cost-effective friction material. It is an object to provide a manufacturing method.
도 1은 본 발명에 따른 마찰재를 제조하기 위한 공정을 도식화하여 나타낸 것이다.1 is a schematic view showing a process for producing a friction material according to the present invention.
본 발명은 고 내마모성 마찰재의 제조 방법에 있어서, Cu 분말, Sn 분말 및 Cu-Sn 합금 분말 중에서 선택된 기지 금속분말, 경질입자 및 고체 윤활제를 첨가하여 혼합 분말을 제조하고, 여기에 상기 기지 금속분말 중에서 선택된 분말을 추가적으로 첨가하여 성형한 후, 소결하여 고 내마모성 마찰재를 제조하는 것을 특징으로 하고 있다.In the method for producing a high wear resistant friction material, a mixed powder is prepared by adding a known metal powder, hard particles, and a solid lubricant selected from Cu powder, Sn powder and Cu-Sn alloy powder, wherein the mixed powder is prepared in the known metal powder. The selected powder is additionally added and molded, followed by sintering to produce a high wear resistant friction material.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.
본 발명은 혼합된 금속 분말에 기지금속 분말을 추가적으로 첨가시켜 우수한 마찰 특성을 나타내고 원가 절감에 효과적인 고 내마모성 마찰재를 제조 방법을 특징으로 하고 있다.The present invention is characterized by a method of producing a high wear-resistant friction material by adding a base metal powder to the mixed metal powder to exhibit excellent frictional properties and effective cost reduction.
본 발명의 고 내마모성 마찰재를 제조하는 방법은 첨부 도면 도 1에 나타나 있으며, 이때 제조 공정은 도 4의 A, B, C 및 D 중에서 선택한 공정을 거친 후 ①, ②, 및 ③ 중에서 선택한 공정을 통하여 성형후 소결하여 제조한다. 본 발명의고 내마모성 마찰재는 기지 금속분말 75 ∼ 85 중량%, 경질입자 15 ∼ 25 중량%가 함유되어 기계적 합금화 방법으로 혼합분말을 제조하고, 여기에 고체 윤활제 3 중량% 미만 및 기지 금속분말 2 ∼ 85 중량%를 새로운 조성비율로 혼합하여 고 내마모성 마찰재를 제조한다.The method for producing a high wear-resistant friction material of the present invention is shown in Figure 1, wherein the manufacturing process is a process selected from A, B, C and D of Figure 4 through the process selected from ①, ②, and ③ It is manufactured by sintering after molding. The high wear-resistant friction material of the present invention contains 75 to 85% by weight of the known metal powder and 15 to 25% by weight of the hard particles to prepare a mixed powder by a mechanical alloying method, wherein less than 3% by weight of the solid lubricant and 2 to 2 of the known metal powder A high wear resistant friction material is prepared by mixing 85% by weight in a new composition ratio.
본 발명에서 기계적 합금화 방법으로 제조하는 혼합분말에 사용되는 기지금속은 마찰재를 구성하는 기본 소재로서, 마찰재가 요구하는 구조적 강도 및 경질입자와의 균일한 합금화를 위하여 첨가된다. 본 발명에서의 상기 기지금속의 함량은 전체 마찰재 조성물에 대하여 10 ∼ 80 중량%로, 만일 함량이 10 중량% 미만이면 경질입자와 균일한 합금화를 이루기가 어렵고, 80 중량%가 초과되면 마찰 성능이 저하되어 내마모성이 불량하므로 바람직하지 못하게 된다. 본 발명에서 기지금속으로는 Cu분말, Sn 분말, 및 Cu-Sn 합금 분말 중에서 선택된 것이 사용된다 .In the present invention, the base metal used in the mixed powder produced by the mechanical alloying method is a basic material constituting the friction material, and is added for uniform alloying with structural strength and hard particles required by the friction material. The content of the base metal in the present invention is 10 to 80% by weight based on the total friction material composition, if the content is less than 10% by weight, it is difficult to achieve uniform alloying with the hard particles, when 80% by weight is exceeded friction performance It is lowered and the wear resistance is poor, which is undesirable. In the present invention, a base metal selected from Cu powder, Sn powder, and Cu-Sn alloy powder is used.
본 발명에서 사용되는 경질입자는 마찰재의 마찰계수 및 내마모성을 향상시키기 위하여 첨가된다. 본 발명에서의 상기 경질입자의 크기는 15 ㎛ 미만으로, 이때 입경이 15㎛ 초과되면 기지 금속으로부터 경질입자가 이탈되어 마찰 특성이 저하되어 바람직하지 못하다. 또한 본 발명에서의 상기 경질입자의 함량은 전체 마찰재 조성물에 대하여 2 ∼ 25 중량%로, 만일 함량이 2 중량% 미만이면 마찰 성능이 저하되고, 25 중량%가 초과되면 가압 성형시 균열이 발생하여 바람직하지 못하다. 본 발명에서 상기 경질입자로는 FeMo, FeCr, FeTi, FeW, 및 FeB 중에서 선택된 것이 사용된다.Hard particles used in the present invention are added to improve the friction coefficient and wear resistance of the friction material. The size of the hard particles in the present invention is less than 15 ㎛, when the particle diameter is more than 15 ㎛ undesired hard particles are separated from the known metal to lower the friction characteristics is not preferred. In addition, the content of the hard particles in the present invention is 2 to 25% by weight based on the total friction material composition, if the content is less than 2% by weight, the friction performance is lowered, if more than 25% by weight cracking occurs during press molding Not desirable In the present invention, the hard particles are selected from FeMo, FeCr, FeTi, FeW, and FeB.
본 발명에서 사용되는 고체 윤활제는 마찰재의 마찰계수의 안정화 및 내마모성을 향상시키기 위하여 첨가된다. 본 발명에서의 상기 고체 윤활제 입자의 크기는 30㎛ 미만으로, 이때 입경이 30㎛이 초과되면 기지금속으로부터 고체 윤활제 입자가 이탈되어 바람직하지 못하다. 본 발명에서의 상기 고체 윤활제의 함량은 전체 마찰재 조성물에 대하여 3 중량% 미만으로, 만일 함량이 3 중량%가 초과되면 마찰계수가 저하되어 바람직하지 못하다. 본 발명에서 상기 고체 윤활제로는 CaF2, MoS2, BN 중에서 선택된 것이 사용된다.Solid lubricants used in the present invention are added to stabilize the friction coefficient of the friction material and to improve wear resistance. The size of the solid lubricant particles in the present invention is less than 30㎛, when the particle diameter exceeds 30㎛ undesired solid lubricant particles are separated from the base metal. The content of the solid lubricant in the present invention is less than 3% by weight relative to the total friction material composition, if the content exceeds 3% by weight is not preferred because the friction coefficient is lowered. In the present invention, the solid lubricant is selected from CaF 2 , MoS 2 , BN.
특히, 본 발명에서 추가적으로 첨가되는 기지금속은 전 공정의 기지 금속과 동일한 Cu분말, Sn 분말, 및 Cu-Sn 합금 분말 중에서 선택된 것이 첨가된다. 본 발명에서의 추가적으로 첨가되는 기지금속의 함량은 전체 마찰재 조성물에 대하여 2 ∼ 85 중량%로 사용되며, 만일 함량이 2 중량% 미만이면 구조적 강도가 저하되고, 85 중량%가 초과되면 마찰계수가 저하되어 바람직하지 못하다.In particular, the base metal additionally added in the present invention is selected from the same Cu powder, Sn powder, and Cu—Sn alloy powder as the base metal of the previous process. The content of the base metal added in the present invention is used in an amount of 2 to 85% by weight based on the total friction material composition. If the content is less than 2% by weight, the structural strength is lowered. When 85% by weight is exceeded, the friction coefficient is lowered. Not preferred.
일예로, 본 발명에서는 D-② 공정을 거친 후 소결하여 고 내마모성 마찰재를 제조한다. 이러한 방식으로 제조된 동계 마찰재의 미세 조직 및 마모면 형상은 종래의 기계적 합금화 분말로 제조된 마찰재와 비교하여 기지 금속 상과 기계적 합금화된 금속상의 2가지 상이 존재하게 된다. 경질입자가 기지금속에 균일하게분포된 고 내마모성 상과 추가적으로 첨가된 기지금속 상이 나타나는데, 상기 고 내마모성 상은 마찰에 기여하여 우수한 마찰특성을 나타내고, 기지금속 상은 마찰이 일어나 마모가 일어나게 된다. 본 발명에 의해 제조된 마찰재는 마찰 특성이 우수한 기계적 합금과 분말이 기지금속과 단단하게 결합하고 있어서 기지금속으로부터 이탈되지 않으며 전체적으로 마찰 특성이 우수하다.For example, in the present invention, a high wear resistance friction material is manufactured by sintering after passing through the process D-②. The microstructure and wear-face shape of the copper friction material produced in this way will have two phases, a matrix metal phase and a mechanical alloyed metal phase as compared to the friction material made of conventional mechanical alloying powder. A high wear resistant phase in which hard particles are uniformly distributed on the base metal and an additionally added base metal phase appear. The high wear resistant phase contributes to friction and exhibits excellent frictional properties, and the base metal phase undergoes friction and wear occurs. The friction material produced by the present invention is a mechanical alloy and powder having excellent friction characteristics are firmly bonded to the base metal, so that it is not separated from the base metal and has excellent friction characteristics as a whole.
이와 같은 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited by an Example.
실시예 1 ∼ 10 및 비교예Examples 1-10 and Comparative Examples
다음 표 1에 나타난 바와 같은 조성과 함량으로 본 발명에 따른 기계적 합금화 분말을 이용한 고 내마모성 동계 마찰재를 제조하였고, 다음의 소결 및 성형 조건하에서 제조하였다.Next, a high wear resistant copper friction material using the mechanical alloying powder according to the present invention was prepared with the composition and content as shown in Table 1 below, and prepared under the following sintering and molding conditions.
[성형 조건][Molding conditions]
형상 : ψ65×ψ40×7 ㎜, 링 형태Shape: ψ65 × ψ40 × 7 ㎜, ring shape
면압 : 2 ∼ 3 t/㎠Surface pressure: 2-3 t / ㎠
[소결 조건][Sintering condition]
800℃×15 ∼ 30분 → 서냉 (질소 분위기)800 ° C × 15 to 30 minutes → Slow cooling (nitrogen atmosphere)
본 발명에서 제조된 마찰재의 물성 측정을 위하여 시편을 제조하여 기계적 물성 및 마찰 특성을 통상적인 방법으로 시험하였으며 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.In order to measure the physical properties of the friction material prepared in the present invention, a specimen was prepared and tested for mechanical properties and friction characteristics in a conventional manner, and the results are shown in Table 1 below.
따라서, 상기 표 1의 결과에 의해 본 발명에서 실시예의 마찰재는 비교예와 비교하여 볼 때 총래의 마찰재에 비하여 중량비로 15% 이상만 첨가하여도 100% 기계적 합금화된 분말로 구성된 마찰재와 동등한 마찰 성능을 나타냄을 알 수 있다.Therefore, according to the results of Table 1, the friction material of the embodiment in the present invention has a friction performance equivalent to that of the friction material composed of 100% mechanically alloyed powder even if only 15% or more is added in weight ratio compared to the conventional friction material. It can be seen that.
상술한 바와같이 본 발명에 따른 고 내마모성 동계 마찰재는 기계적 합금화분말을 15% 이상만 첨가하여도 종래 100% 기계적 합금화된 분말로 구성된 마찰재와 동등 이상의 마찰 특성을 나타내었고, 우수한 내마모성을 지니고, 소량의 첨가만으로 기존 마찰재와 동등한 효과를 나타낼 수 있으므로 제조 원가의 절감에 효과가 있음을 알 수 있다.As described above, even if only 15% or more of the mechanical alloying powder is added, the high wear-resistant copper friction material according to the present invention exhibits at least equivalent friction characteristics to the friction material composed of 100% mechanically alloyed powder, and has excellent wear resistance and a small amount of It can be seen that it is effective in reducing the manufacturing cost because it can have the same effect as the existing friction material only by addition.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |