KR20100080638A - 마찰재의 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마찰재의 조성물에 관한 것으로서, 동(Cu) 40~80 중량%, 철(Fe) 10~30 중량%, 주석(Sn) 1~10 중량% 및 인상흑연(C) 5~15 중량%로 이루어진 마찰재의 조성물에 관한 것이다.
동분말, 철분말, 주석분말, 인상흑연분말
Description
본 발명은 마찰재의 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차, 오토바이, 철도차량, 항공기, 산업기계 등의 제동 장치에서 사용되는 브레이크 라이닝, 디스크 패드, 클러치 페이싱 등의 미끄럼면에 적합한 마찰재의 조성물에 관한 것이다.
자동차 브레이크에 사용되는 기존 마찰재는 석면, 흑연, 고무분말, 케불라펄프, 금속분말, 금속섬유 등의 재료를 1종 이상 선택하여, 이들을 페놀수지를 이용해 성형한 후 열처리를 거쳐 만들어지고 있었다.
90년대에 석면사용이 규제되어, 비석면 계열 마찰재가 출시되고 있으며, 이 비석면 계열 마찰재는 비강철 마찰재와 그리고 강철섬유가 소량 함유된 마찰재로 크게 구분되고 있다.
그 밖에 고속철도와 같이 고하중이 적용되는 운송기기에서는, 상기 수지 함유형 마찰재가 고온에서 강도가 떨어지기 때문에 적용할 수 없으며 이 경우에는 고온에서도 내구성과 마찰성능이 유지되는 소결 마찰재를 사용한다.
한국 코레일사에서 운행중인 고속열차(KTX)의 경우 독일 사브사 제품을 사용 하고 있으며 이 제품은 구리, 철, 흑연, 주석, 실리카 등이 혼합된 복합분말을 소결한 제품으로 고속주행시 강도가 비교적 잘 유지되는 특성이 있으나 아직도, 이러한 종래 독일제 마찰재는 쉽게 자체적으로 마모되거나 상대재를 마모시키는 문제점이 있다.
본 발명은 자체적으로 쉽게 마모되지 않고, 상대재(차량의 휠, 디스크 등)를 마모시키지 않는 마찰재의 조성물를 제공하는 것이다.
본 발명은, 상기 과제를 달성하기 위해, 동분말 40~80 중량%, 철분말 10~30 중량%, 주석분말1~10 중량% 및 인상흑연분말 5~15 중량%으로 이루어진 마찰재의 조성물로 되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제 해결 수단에 의해 상대재도 마모시킴 없이 장시간 동안 상대재에 대한 제동작용을 수행하는 것을 가능하게 할 수 있다.
이하, 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 마찰재는 다음과 같은 조성물로 이루어져 있다.
상기 마찰재의 조성물은 주재료로서 동(Cu)분말 40~80 중량% , 그리고 부재료로서 철(Fe)분말 10~30 중량%, 주석(Sn)분말 1~10 중량% 및 인상흑연(C; flake graphite)분말 5~15 중량%으로 이루어져 있다.
또한 상기 마찰재는 첨가재료로서 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)분말 0.1~4중량% 또는 규소화칼슘(CaSi)분말 0.5~1 중량%를 더 포함할 수도 있다.
여기에서, 상기 동분말은 마찰재의 주성분으로 주석과 결합되어 Cu-Sn합금을 조성하여, 마찰재의 경도 및 강도를 유지하고 철재 기판과의 결합력을 유지하게 하며, 동분말이 40 중량% 이하이거나 80중량% 이상이면, 철재 기판과의 결합력이 유지되지 않는다.
또한, 철분말은 마찰기능 조절하는 작용을 하며, 철분말이 10 중량% 이하이면, 마찰계수가 저하되고, 마모가 증가되며, 30 중량% 이상이면, 마찰계수가 너무 상승하고 강도가 증가하여 상대재의 마모가 커진다.
또한, 주석분말은 합금소결을 촉진하는 작용을 하며, 주석분말이 1중량% 이하이면, Cu-Sn 합금의 결합력이 저하되고, 10중량% 이상이면, Cu-Sn 합금의 결합력이 증가되지만, 강도 및 경도가 저하된다.
인상흑연분말은 마찰윤활제의 작용을 하며, 인상흑연분말이 5중량% 이하이면, 마찰윤활제의 역할이 미흡해지고, 15중량% 이상이면 마찰계수가 저하된다.
탄소나노튜브분말 또는 규소화칼슘분말은 열전도성을 조절하는 작용을 하며, 탄소나노튜브분말이 0.1중량% 이하이면 또는 규소화칼슘분말이 0.5중량% 이하이면, 열전도성이나 열적 안전성이 미흡해지고, 그리고 탄소나노튜브분말이 4중량% 이상이면 또는 규소화칼슘분말 1중량%이상이면, 합금 소결반응이 억제되고 강도가 저하되며, 마찰계수도 저하된다.
상기 인상흑연분말은 상기된 성분의 분말들과 분말야금 소결처리되어 마찰재로서 만들어지며, 이때, 상기 인상흑연분말은 입도가 200~1,000㎛의 인조흑연분말로서 순도가 95 중량% 이상이 바람직하다. 입도가 200㎛ 이하이면, 소결체의 강도가 저하되고, 입도가 1,000㎛ 이상이면, 마찰계수가 저하되며, 순도가 95 % 이하이 면, 불순 성분이 모재 금속과 반응하여 소결온도를 변화시켜 원하는 성능의 마찰재를 얻기 어렵다.
본 발명은 하기 실시예에 의하여 구체적으로 설명되지만 본 발명이 하기 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
철분말(평균입도: 50㎛, 구입처: 동양제철화학, grade: 시약급) 20중량%, 주석분말(평균입도: 10㎛, 구입처: (주)창성, grade: 시약급) 4중량%, 인상흑연분말(평균입경: 500 ㎛, 구입처: 종로과학, grade: 시약급) 12중량% 및 동분말(평균입경: 50㎛, 구입처: (주)창성, grade: 전해동 99.9%)을 64 중량%를 교반 블레이드가 내장된 혼합기에 장입하여 50분간 혼합하였다.
상기 혼합된 분말을 철재기판이 바닥에 조립된 금형에 충전하고 그 금형 내부 공간에 분말성형용 프레스로 2ton/㎠의 압력을 가하여 성형체를 만든 후, 진공소결로에서 상기 철재기판이 위에 놓여 있는 상기 성형체에 3kgf/㎠의 힘을 수직방향으로 부여하면서, 950℃의 온도에서 90분간 소결하여 철재기판에 융착된 제 1실시예의 마찰재 시편(20mm*50mm*10mm)을 얻었다.
실시예
2
또한, 철분말(평균입도: 50㎛, 구입처: 동양제철화학, grade: 시약급) 20중량%, 주석분말(평균입도: 10㎛, 구입처: (주)창성, grade: 시약급) 4중량%, 인상흑 연분말(평균입경: 500 ㎛, 구입처: 종로과학, grade: 시약급) 10중량%, 탄소나노튜브분말(평균입도: 10㎛, 구입처: 일진나노텍(주), grade: 시약급) 0.3중량%, 및 동분말(평균입경: 50㎛, 구입처: (주)창성, grade: 전해동 99.9%) 65.7 중량%로 배합하여, 상기 제 1실시예의 마찰재 시편 제조 공정과 동일하게 하여 제 2실시예의 마찰재 시편을 얻었다.
실시예
3
또한, 철분말(평균입도: 50㎛, 구입처: 동양제철화학, grade: 시약급) 20중량%, 주석분말(평균입도: 20㎛, 구입처: (주)창성, grade: 시약급) 4중량%, 인상흑연분말(평균입경: 500㎛, 구입처: 종로과학, grade: 시약급) 8중량%, 규소화칼슘분말(평균입도 1㎛, 구입처: 토탈솔루션, grade: 시약급) 0.1중량%, 및 동분말(평균입경: 50㎛, 구입처: (주)창성, grade: 전해동 99.9%) 67.9 중량%로 배합하여, 상기 제 1실시예의 마찰재 시편 제조 공정과 동일하게 하여 제 3실시예의 마찰재 시편을 얻었다.
시험방법
상기 마찰재 시편들을 선택적으로 고정시킬 수 있고 그리고 주강재(caststeel) 브레이크 드럼 디스크를 상대재로 하여 1800rpm으로 회전시킬 수 있는 선반에서, 상기 마찰재 시편과 상기 상대재를 서로 면접촉 상태가 되게 장착시킨 후, 상대재를 1800rpm으로 회전시키고 마찰재 시편에 20kgf/㎠의 부하가 걸리도록 세팅하였다. 그리고 상기 마찰재 시편에 대한 부하는 상대재가 정지할 때까지 작용시켰다.
아울러, 한국 코레일사에서 운행중인 고속열차에 채용되고 있는 독일 사브사 제품 마찰재를 종래예의 마찰재 시편으로 하여 동일한 시험장치에서 그리고 동일한 조건하에서 테스트를 하였다.
그 테스트 결과는 다음 표 1과 같다.
| 샘플 | 마찰계수 | 무게변화량 | 상대재 공경성(상대재의 마모량) |
| 실시예 1 | 0.83 | 3.4g | 1.7g |
| 실시예 2 | 0.66 | 2.8g | 1.5g |
| 실시예 3 | 1.16 | 4.9g | 2.2g |
| 독일 사브사 제품 마찰재 | 1.08 | 4.35g | 19.3g |
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1는 종래예보다 마찰계수가 낮아 제동효과가 낮지만 마찰재의 마찰계수가 통상적으로 0.5~1.5에서 허용되므로 마찰재로서 사용될 수 있으며, 아울러, 종래예보다 무게변화량이 작고 상대재에 대한 공격성도 낮아, 종래의 마찰재보다 상대재를 손상시킴 없이 장시간 사용될 수 있다.
또한, 실시예 2는 종래예보다 마찰계수가 낮아 제 1 실시예와 같이 제동효과가 낮지만 마찰재의 마찰계수가 통상적으로 0.5에서 1.5에서 허용되므로 마찰재로서 사용될 수 있으며, 아울러, 종래예보다 무게변화량이 작고 상대재에 대한 공격성도 낮아, 종래의 마찰재보다 상대재를 손상시킴 없이 가장 장시간 사용될 수 있다.
또한, 실시예 3은 종래예보다 마찰계수가 높아 제동효과가 종래예의 마찰재보다 우수하지만, 그 만큼 제 1 및 2실시예의 마찰재보다 무게변화량이 많고 상대재에 대한 공격도도 높다. 하지만, 종래예의 마찰재와 비교하여 볼 때, 상대재에 대한 공격성이 훨씬 낮아 상대재를 종래의 마찰재보다 덜 손상시킨다는 관점에서 우수한 마찰재가 될 수 있다.
Claims (4)
- 동분말 40~80 중량%, 철분말 10~30 중량%, 주석분말 1~10 중량% 및 인상흑연분말 5~15 중량%으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마찰재의 조성물.
- 제 1항에 있어서,첨가재료로서 탄소나노튜브분말 0.1~4중량%을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재의 조성물.
- 제 1항에 있어서,첨가재료로서 규소화칼슘분말 0.5~1 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재의 조성물.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 인상흑연분말은 입도가 200~1,000㎛인 인조흑연분말이고, 순도가 95 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 마찰재 조성물.
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