KR20200102908A - 금속 합금 단섬유 및 마찰재 - Google Patents

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KR20200102908A
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Abstract

본 발명은 구리 성분의 함유량에 관한 법규를 만족하면서, 기존 브레이크 마찰재의 브레이크의 제동 성능의 요구 성능을 확보할 수 있는 금속 합금 및 마찰재를 제공하는 효과가 있다.

Description

금속 합금 단섬유 및 마찰재{METAL ALLOY FIBER AND FRICTION MATERIAL}
본 발명은 화학적 안정성 및 열안정성이 우수하고, 마찰재 내에서 내열성 및 마찰 특성이 우수한 금속 합금 단섬유 개발 및 그 금속 합금 단섬유로 구리 섬유를 대체 사용하여 얻어지는 마찰재에 관한 것이다.
종래에, 자동차의 제동 장치로서, 디스크 브레이크가 사용되고 있고, 그 마찰 부재로서, 금속제의 베이스 부재에 마찰재가 부착된 디스크 브레이크 패드가 사용되고 있다.
마찰재는, 크게 세미메탈릭 마찰재, 로우 스틸 마찰재, 그리고 논 스틸 마찰재 등으로 분류된다. 세미메탈릭 마찰재는 섬유 기재로서 강섬유(steel fiber)를 마찰재 조성물 전체량에 대해 30 중량% 이상 60 중량% 미만 함유하는 것을 지칭하고, 로우 스틸 마찰재는 섬유 기재의 일부에 강섬유를 포함하면서, 강섬유를 마찰재 조성물 전체량에 대해 30 중량% 미만 함유하는 것을 지칭하며, 논 스틸 마찰재는 섬유 기재로서 강섬유 및 스테인리스 섬유 등의 스틸계 섬유를 포함하지 않는 것을 지칭한다.
최근 들어 브레이크 노이즈의 발생이 적은 마찰재가 요구되면서, 강섬유나 스틸계 섬유를 포함하지 않고, 결합재, 섬유 기재, 윤활재, 티탄산 금속염, 무기 마찰 조정재, 유기 마찰 조정재, pH 조정재, 충전재 등으로 이루어지는, 논 스틸 마찰재를 사용한 디스크 브레이크 패드가 널리 사용되고 있다.
디스크 브레이크 패드에 사용되는 논 스틸 마찰재는, 요구 성능을 확보하도록 구리나 구리 합금의 섬유 또는 입자 등 구리 성분이 마찰재 조성물 전체량에 대해, 5~20 중량% 정도 첨가되게 된다. 그러나 이 경우 제동시 마모 분말로서 구리를 배출할 수밖에 없고, 배출된 구리가 환경 오염원으로 지적되고 있다.
이러한 배경 하에, 미국에서는 2021년 이후 구리 성분을 5 중량% 이상 함유하는 마찰재를 사용한 마찰 부재의 판매 및 신차에 대한 장착을 금지하고, 2025년에는 나아가 0.5 중량% 이상 함유하는 것까지 규제하는 북미환경 규제기준이 제정되어 있다.
이러한 규제 및 전세계 파급 효과를 감안할 때, 논 스틸 마찰재의 마찰재에 포함되는 구리 성분을 저감할 필요가 있다. 관련하여, 특허문헌 1 내지 3의 경우 구리 함량을 저감시키거나 대체 성분 사용을 제시하고 있으나, 여전히 친환경적이고 고효율의 재료가 필요한 실정이다.
특허문헌 1: 미국 공개 특허 2010/0331447호 공보 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 2007-326999호 공보 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 2009-155439호 공보
본 발명은 디스크 브레이크 패드 등에 사용되는, 논 스틸 마찰재의 마찰재 조성물을 성형한 마찰재에 있어서, 구리 성분 함량에 관한 법규를 만족하면서, 화학적 안정성 및 열안정성이 우수하고, 마찰재 내에서 내열성 및 마찰 특성이 우수한 금속 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 금속 합금을 사용하여 얻어지는 마찰재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 나아가 마찰재 내에서 보강재 또는 강화재 역할과 더불어 고온 상태에서는 고온 윤활재 역할을 하는 구리 성분을 포함하지 않음에도, 구리를 포함한 마찰재와 같은 효과를 얻을 수 있는 마찰재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 특정 조성의 비정질 금속 합금을 제공함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 디스크 브레이크 패드 등에 사용되는 마찰재 조성물에 포함되는 구리 성분의 총량이, 마찰재 조성물 전체량에 대해 0.5 중량% 이하인 마찰재 조성물을 성형한 마찰재에 있어서, 강화재 및 고온 윤활재로서 작용하는 금속 합금 단섬유를 특정량 함유하는 마찰재 조성물을 사용하는 것에 의해 상기 과제를 해결할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은, 디스크 브레이크 패드 등에 사용되는, 논 스틸 마찰재의 마찰재 조성물을 성형한 마찰재이고, 이하의 기술을 기초로 하는 것이다.
(1) xAl-yFe-Si-V의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga계의 조성을 갖고, 여기서 x는 0 또는 1의 정수이고, y는 5~25의 정수이고, z는 0 또는 1의 정수이고, w는 1인 금속 합금을 제공한다.
(2) 상기 zAl-wFe-Si-Ga계는 zAl-wFe-Si-Ga-PCB의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga-Cr-Mo-PCB를 포함하는 조성을 갖는 금속 합금을 제공한다.
(3) 본 발명에 따른 금속 합금은 급랭응고법 및 선삭 공정에 의해 제조될 수 있다.
(4) 또한, 본 발명에 의하면, 상기 금속 합금을 포함하는 마찰재 조성물을, 기재에 부착 또는 혼합시켜 이루어진 마찰재가 제공된다.
(5) 또한, 본 발명에 의하면, 디스크 브레이크 패드에 사용되고, 마찰재 조성물에 포함되는 구리 성분의 총량이 마찰재 조성물 전체량에 대해 0.5 중량% 이하인 논 스틸 마찰재의 마찰재 조성물을 성형한 마찰재에 있어서, 상기 마찰재 조성물이 강화재 및 고온 윤활재로서 금속 합금 단섬유를 마찰재 조성물 전체량에 대해 0.5~15 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재를 제공한다.
(6) 또한, 본 발명에 의하면, 상기 금속 합금 단섬유는 xAl-yFe-Si-V의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga계의 조성을 갖고, 여기서 x는 0 또는 1의 정수이고, y는 5~25의 정수이고, z는 0 또는 1의 정수이고, w는 1인 것을 특징으로 하는 마찰재를 제공한다.
(7) 또한, 본 발명에 의하면, 상기 금속 합금 단섬유 중 zAl-wFe-Si-Ga계는 zAl-wFe-Si-Ga-PCB의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga-Cr-Mo-PCB를 포함하는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 마찰재를 제공한다.
(8) 또한, 본 발명에 의하면, 상기 마찰재 조성물이 결합재, 강화재, 충진재, 윤활재 및 pH 조정제로 이루어진 군에서 선택되는 것을 하나 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재를 제공한다.
(9) 또한, 본 발명에 의하면, 상기 마찰재는 450~700 kgf/cm2, 140~170℃, 7~10min의 성형 조건으로 처리된 것을 특징으로 하는 마찰재를 제공한다.
본 발명에 의하면, 화학적 안정성 및 열안정성이 우수하고, 마찰재 내에서 내열성 및 마찰 특성이 우수한 금속 합금, 및 상기 금속 합금을 사용하여 얻어지는 마찰재를 제공할 수 있다.
나아가, 본 발명에 의하면, 마찰재 내에서 보강재 또는 강화재 역할과 더불어 고온 상태에서는 고온 윤활재 역할을 하는 구리 성분을 포함하지 않음에도, 구리를 포함한 마찰재와 같은 효과를 얻을 수 있는 마찰재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 금속 합금의 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 마찰재의 제품 사진이다.
본 발명에 있어서는, 디스크 브레이크 패드 등에 사용되는, 마찰재 조성물에 포함되는 구리 성분 총량이 마찰재 조성물 전체량에 대해 0.5 중량% 이하인 마찰재 조성물을 성형한 마찰재에 있어서, 강화재 및 고온 윤활재로서 작용하는 금속 합금 단섬유를 마찰재 조성물 전체량에 대해 0.5~15 중량% 함유하는 마찰재 조성물을 사용한다.
여기서 "고온"이란, 300℃~500℃ 범위의 온도로, 마찰재가 연속 마찰열이 축적되어 제동력이 감소하는 영역의 상태를 의미한다.
금속 합금 단섬유는 xAl-yFe-Si-V의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga계의 조성을 갖고, 여기서 x는 0 또는 1의 정수이고, y는 5~25의 정수이고, z는 0 또는 1의 정수이고, w는 1인 것이며, 여기서 상기 zAl-wFe-Si-Ga계는 zAl-wFe-Si-Ga-PCB의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga-Cr-Mo-PCB를 포함하는 조성을 갖는 것으로, 가스 아토마이저 방식으로 제작된 합금 분말을 10-6 torr의 진공도를 갖는 진공유도용해(VIM) 방법을 사용하여 고밀도 흑연 도가니 내부에서 지름 30 mm, 높이 100 mm 크기의 잉곳을 제조 후 봉재로 제작해 RSP(rapid solidification process: 급랭응고법) 및 선삭 공정에 의해 제조되는 것이다. RSP 방식은 진공 중 봉재 끝단을 멜트로 형성하고 고속 휠로 파이버를 제작하는 멜트 드롭(Melt Drop) 방식의 RSP 시스템을 사용하는 것을 일례로 들 수 있다. 약 10-6 torr의 진공도에서 합금 봉재 끝단을 용융하고 냉각된 Cu 휠을 초고속(~2000 rpm)으로 회전하여 용융된 합금 봉재와 접촉시켜 원심력에 의해 합금 멜트가 비산되고 냉각되면서 연속 섬유가 제조된 후 단섬유로 가공하는 방식이다. RSP 방식으로 제조한 금속 합금 단섬유는 종래 에 따른 Cu 함유 단섬유 대비 단면이 원형이고, 비정질 재질로 얻어짐으로써 마찰재에 강화 효과를 제공할 수 있는 것으로 생각된다. 선삭 공정은 원료 봉재와 절삭 공구를 사용하여 섬유 형상의 칩을 제조하는 공정으로서, 선삭 공정을 통해 두께 100 ㎛ 이하, 길이 1 mm 이상의 Al계 합금 단섬유를 제조할 수 있음으로써 마찰재로 바람직하게 적용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, RSP 방식 및 선삭 방식으로 제조된 Al-Fe계 합금을 사용한 마찰재 제조는 배합설계, 정량, 혼합, 가성형, 성형, 열처리, 스코칭 및 가공 순으로 진행할 수 있다.
마찰재 내의 금속 섬유는 높은 열전도성을 가져 성형 및 열처리 시 열전도도를 좋게 하여 마찰재 미세 조직을 균일하게 확보할 수 있으나, Al-Fe 합금 마찰재의 경우 구리보다 낮은 열 전도성을 고려하여 성형 시간을 기존 대비 약 3분 정도의 시간을 추가하여 성형 제조하였으며, 성형 압력을 높여 마찰재 내의 기공을 제거하고자 하였다.
종래의 금속 합금 단섬유는 보강재 겸용 고온 윤활재이고, 높은 윤활성을 나타내기 때문에, 마찰재 조성물에 대해 다량으로 첨가하면, 고속 고부하시에 있어서의 브레이크의 제동 성능이 저하된다.
이에 본 발명에서는, 기존 구리 함유 마찰재의 제동 성능과 동일한 요구 성능을 확보하기 위해 금속 합금 단섬유로서 xAl-yFe-Si-V의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga계의 조성을 갖고, 여기서 x는 0 또는 1의 정수이고, y는 5~25의 정수이고, z는 0 또는 1의 정수이고, w는 1인 것이며, 여기서 상기 zAl-wFe-Si-Ga계는 zAl-wFe-Si-Ga-PCB의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga-Cr-Mo-PCB를 포함하는 조성을 제공한다.
한편, 환경 부하 저감의 관점에서 마찰재 조성물에는 구리 성분을 포함하지 않는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 마찰재는, 상기한 금속 합금 단섬유를 사용하는 것 이외에, 통상 마찰재에 사용되는 결합재, 강화재, 충전재, 윤활재, 마찰 조정재, pH 조정재 등을 포함하는 마찰재 조성물로 이루어진다.
결합재로서, 스트레이트 페놀 수지나, 페놀 수지를 캐슈 오일이나 실리콘 오일, 아크릴 고무 등의 각종 엘라스토머로 변성한 수지, 페놀류와 아랄킬에테르류와 알데히드류를 반응시켜 얻어지는 아랄킬 변성 페놀 수지(페놀 아랄킬 수지), 페놀 수지에 각종 엘라스토머, 불소 폴리머 등을 분산시킨 열경화성 수지 등의 마찰재에 통상 사용되는 결합재를 들 수 있고, 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 결합재의 함유량은 마찰재 조성물 전체량에 대해 4~12 중량%로 하는 것이 바람직하고, 5~8 중량%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위로 조정함으로써 마찰재의 강도 및 내열성을 보강할 수 있다.
강화재로는 섬유 기재를 예로 들 수 있으며, 섬유 기재로서는, 아라미드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 아크릴 섬유 등의 마찰재에 통상 사용되는 유기 섬유와 세라믹 섬유 그리고 스틸울, 구리 섬유, 황동 섬유 등의 금속 섬유를 들 수 있고, 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 섬유 기재의 함유량은 마찰재 조성물 전체량에 대해 1~7 중량%로 하는 것이 바람직하고, 2~4 중량%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위로 조정함으로써 마찰재의 내마모성, 마찰력 강화를 할 수 있고, 열전도도를 최적화할 수 있다.
충전재의 일례로 캬슈, 고무, 황산바륨, 탄산칼슘 등이 있으며, 가장 많이 사용되는 티탄산염의 경우 판상이나, 복수의 돌출부를 구비하는 부정형 형상으로 되어 있는 것이 바람직하고, 티탄산 칼륨, 티탄산 리튬 칼륨, 티탄산 칼륨 마그네슘 등이 마찰재에 통상 사용되는 티탄산염이다. 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 충전재의 함유량은 마찰재 조성물 전체량에 대해 7~35 중량%로 하는 것이 바람직하고, 17~25 중량%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위로 조정함으로써 마찰재 형상 유지 및 강도 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.
윤활재로서는 흑연, 금속황화물 등을 들 수 있고, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있으며, 상기한 금속 합금 단섬유와 동일한 것을 사용해도 된다. 다만, 여기서 말하는 윤활재는 상술한 강화재 및 고온 윤활재인 금속 합금 단섬유와는 별도의 윤활재로서, 하기 윤활재의 함량과 상술한 강화재 및 고온 윤활재인 금속 합금 단섬유의 함량은 별개로, 하기 함량에는 상술한 강화재 및 고온 윤활재인 금속 합금 단섬유의 사용량은 포함되지 않는 것으로 한다. 상기 윤활재의 함유량은 마찰재 조성물 전체량에 대해 2~21 중량%로 하는 것이 바람직하고, 4~17 중량%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위로 조정함으로써 노이즈 감소 및 마모 절감기능을 기대할 수 있다.
마찰 조정재로는, 탈크, 운모, 질석, 사산화삼철, 규산 칼슘 수화물, 글라스 비드(glass bead), 산화 마그네슘, 산화 지르코늄, 규산 지르코늄, γ-알루미나, α-알루미나, 탄화 규소 등의 입자 형태의 무기 마찰 조정재나, 규회석, 세피올라이트, 현무암 섬유, 유리 섬유, 생체 용해성 인조광물 섬유, 암면 등의 섬유 형태의 무기 마찰 조정재를 들 수 있고, 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 무기 마찰 조정재의 함유량은, 마찰재 조성물 전체량에 대해 15~50 중량%로 하는 것이 바람직하고, 20~45 중량%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위로 조정함으로써 마찰력 조절 효과를 얻을 수 있다.
pH 조정재로서 수산화 칼슘 등의 통상 마찰재에 사용되는 pH 조정재를 사용할 수 있다. pH 조정재는, 마찰재 조성물 전체량에 대해 2~6 중량%로 하는 것이 바람직하고, 2~3 중량%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위로 조정함으로써 마찰재의 녹 발생 및 녹 고착력을 조정할 수 있다.
마찰재 조성물의 잔부로서는, 황산 바륨, 탄산 칼슘 등의 충전재를 사용한다.
본 발명의 디스크 브레이크에 사용되는 마찰재는, 소정량 배합한 마찰재 조성물을, 혼합기를 사용하여 균일하게 혼합하는 혼합 공정, 얻어진 마찰재 원료 혼합물과, 별도로 미리 세정, 표면 처리하고, 접착재를 도포한 백 플레이트를 중첩하여 열성형용 금형에 투입하고, 가열 가압하여 성형하는 가열 가압 성형 공정, 얻어진 성형품을 가열하여 결합재의 경화 반응을 완료시키는 열처리 공정, 분말 도료를 코팅하는 정전 분말 코팅 공정, 도료를 베이킹하는 코팅 베이킹 공정, 그라인더에 의해 마찰면을 형성하는 연마 공정을 거쳐 제조된다. 한편, 가열 가압 성형 공정 후, 코팅 공정, 도료 베이킹을 겸한 열처리 공정, 연마 공정의 순으로 제조하는 경우도 있다.
필요에 따라, 가열 가압 성형 공정 전에, 마찰재 원료 혼합물을 조립(granulating)하는 조립 공정, 마찰재 원료 혼합물을 혼련하는 혼련 공정, 마찰재 원료 혼합물 또는 조립 공정에서 얻어진 조립물, 혼련 공정에서 얻어진 혼련물을 예비 성형용 금형에 투입하고, 예비 성형물을 성형하는 예비 성형 공정이 실시되고, 가열 가압 성형 공정 후에 스코치(scorching) 공정이 실시된다.
구체적인 구현예로서, 디스크 브레이크 패드에 사용되고, 마찰재 조성물에 포함되는 구리 성분의 총량이 마찰재 조성물 전체량에 대해 0.5 중량% 이하인 마찰재 조성물을 성형한 마찰재에 있어서, 상기 마찰재 조성물이 보강재 겸용 고온 윤활재로서 금속 합금 단섬유를 마찰재 조성물 전체량에 대해 0.5~15 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재를 제공할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 더 상세한 실시예에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 시험 및 평가는 이하에 따랐다.
실시예 1
비정질계 금속 합금(A-1)의 제조
Al-8Fe-Si-V의 조성을 갖는 금속 합금을 RSP(rapid solidification process: 급랭응고법) 및 선삭 방법에 의해 제조하였다.
조성물 및 마찰재용 시편의 제조
상기 (A-1)를 두께 50~200㎛, 길이 0.5~3mm 사이즈의 단섬유 상태로 준비하였다.
상기 (A-1) 단섬유 0.5~15 wt%, 결합재 4~12 wt%, 강화재 1~7 wt%, 충진재 7~35 wt%, 윤활재 2~21 wt%를 연마재 15~50 wt% 혼합하여 조성물을 준비하였다.
상기 조성물을 열성형 가공하여 중형 세단 차량의 전륜 브레이크 마찰재용 시편을 준비하였다. 마찰재용 시편의 제조는 하기 표 1에 제시된 조건하에서 실시하였다.
구분 제조 조건
프레스 열 성형 프레스
성형 압력 450~700 kgf/cm2
성형 온도 140~170℃
성형 시간 7~10min
열처리 조건 200~250℃에서 약 3시간 유지
스코칭 조건 450~550℃ × 약 200초
실시예 2
상기 실시예 1에서 Al-8Fe-Si-V을 Al-12Fe-Si-V의 조성으로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 반복하고, 마찰재용 시편을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 Al-8Fe-Si-V의 조성을 Al-5Fe로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 반복하고, 마찰재용 시편을 제조하였다.
참고예
상기 실시예 1에서, Al 합금 단섬유를 사용하지 않고, 종래 보편적으로 사용되는 구리 함량 5% 이하의 로카퍼(Low copper) 마찰재로 구리 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 반복하고, 마찰재용 시편을 제조하였다.
비교예 1
Al-Mg계, Al-Zn계 금속 합금을 실시예 1과 동일한 공정으로 하여, 마찰재용 시편을 제조하였으나, 융점이 낮아 융착이 많이 되어 마찰재로서 적절하지 않았다.
비교예 2
Si-Cu계, Fe-Si계 금속 합금을 실시예 1과 동일한 공정으로 마찰재용 시편을 제조하였으나, 절삭 가공성이 나빠서 공정 효율이 떨어지고, 마찰재의 강도도 떨어져 적절하지 않았다.
<평가 방법>
(1) 열전도도 : Laser flash method로 분석하였다.
(2) 인장강도 : 금속섬유를 KS B 0802의 금속 인장시험 방법에 의하여 측정하였다.
(3) 직경 : 금속섬유를 KS L 2513 유리섬유의 일반시험방법 중 섬유 직경 측정방법에 의해 측정하였다.
(4) 융점 : 금속섬유를 ASTM D3418-12의 DSC 시험방법에 의해 측정하였다.
(5) 합금성분편차 : 시료를 KS D 1778 규격 또는 이에 대응하는 ISO 규격에 맞춰 유도 결합 플라즈마 질량분석법 (ICP) 또는 X-선 형광분석법 (XRF)으로 분석하였다.
(6) 압출봉재 길이 : 분말소재를 압출기를 이용하여 일정 직경의 크기의 봉상으로 압출공정을 시행한 뒤 표면부위가 터짐현상이 없이 곧은 압출재 길이 측정하였다.
(7) 압출봉재 밀도 : 압출된 시료를 KS D 0033규격 또는 이에 대응하는 ISO규격에 맞춰 아르키메데스 법을 이용하여 밀도를 측정하였다.
(8) Al-5Fe 섬유 길이 : 금속섬유를 KS L 2513 유리섬유의 일반시험방법 중 섬유 길이측정방법에 의해 측정하였다.
(9) 마찰계수 : H/KMC 성능881 Mode로 평가하였다. (100km, 80℃, 0.6g 기준)
(10) 마모수명 : H/KMC LA 마모 모드로 평가하였다.
(11) 상온스퀼노이즈 : H/KMC 상온 스퀼 노이즈 모드로 평가하였다.
(12) 페이드(Fade)율 : FMVSS135 모드로 평가하였다.(Hot 효력 2nd Torque(kg.m))
(13) High Spped Judder : H/KMC 모드로 평가하였다.
(14) 엣지코드, Cu성분 분석 : SAE J2975로 분석하였다.
(15) 실차 Squeal Noise 평가 : H/KMC Squeal Noise 평가 모드로 평가하였다.
(16) 실차 Creep Groan Noise 평가 : H/KMC Creep Groan Noise 평가 모드로 평가하였다.
(17) 실차 Groan Noise 평가 : H/KMC Groan Noise 평가 모드로 평가하였다.
이상의 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
평가 항목 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 참고예
1. 열전도도 W/mK 100 110 115 115
2. 인장강도 gf/mm3 20 30 35 20
3. 직경 um 150 100 100 100
4. 융점 oC 550 550 560 550
5. 합금 성분편차 wt% ±2 ±1 ±1 ±1
6. 압출봉재길이 mm 500 1000 1000 -
7. 봉재밀도 % 96 98 98 98
8. Al-5Fe 주조재 길이 mm - - 500 -
9. Al-5Fe Fiber 길이 mm - - 1 -
10. 마찰계수 - 0.35 0.38 0.40 0.40
11. 내마모성 km 30,000 35,000 40,000 40,000
12. 상온 스퀼 노이즈 % 10 이하 7 이하 5 이하 5 이하
13. Fade율 % 100 이상 100 이상 100 이상 100 이상
14. High speed judder kgf.m 7 이하 7 이하 7 이하 7 이하
15. 엣지 코드 등급 - N N N
16. 실차 스퀼 노이즈 평가 (Index/ratio) % - - 1/10 이하 -
17. 실차 Creep Groan 노이즈 평가 dB - - 60dB 이하 -
18. 실차 Groan 노이즈 평가 % - - 10% 이하 -
19. Cu 성분 wt% 0.5 이하 0.5 이하 0.5 이하 5 이하
이상의 평가 결과로부터, 본 발명의 마찰재는, 구리 성분의 함유량이 적거나 실질적으로 포함하지 않고도, 구리를 포함하는 경우와 같은 평가 결과가 얻어진 것을 확인하였다. 이는 실용상 문제가 없는 결과에 해당한다.
본 발명에 의하면, 디스크 브레이크 패드에 사용되는, 논 스틸 마찰재의 마찰재 조성물을 성형한 마찰재에 있어서, 구리 성분의 함유량에 관한 법규를 만족하면서, 구리 함유 브레이크 제동 성능과 동등한 성능을 확보할 수 있어, 실용적 가치가 매우 높다.
또한 본 합금 단섬유를 개발함으로써 전량 수입에 의존하는 구리 섬유의 수입 대체 효과를 볼 수 있으며, 합금 단섬유의 원소재 수출 효과를 기대할 수 있다.

Claims (9)

  1. xAl-yFe-Si-V의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga계의 조성을 갖고, 여기서 x는 0 또는 1의 정수이고, y는 5~25의 정수이고, z는 0 또는 1의 정수이고, w는 1인 금속 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 zAl-wFe-Si-Ga계는 zAl-wFe-Si-Ga-PCB의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga-Cr-Mo-PCB를 포함하는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 합금.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 합금은 급랭응고법 및 선삭 공정에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 금속 합금.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 금속 합금을 포함하는 마찰재 조성물을, 기재에 부착 또는 혼합시켜 이루어진 마찰재.
  5. 디스크 브레이크 패드에 사용되고, 마찰재 조성물에 포함되는 구리 성분의 총량이 마찰재 조성물 전체량에 대해 0.5 중량% 이하인 마찰재 조성물을 성형한 마찰재에 있어서,
    상기 마찰재 조성물이 강화재 및 고온 윤활재로서 금속 합금 단섬유를 마찰재 조성물 전체량에 대해 0.5~15 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속 합금 단섬유는 xAl-yFe-Si-V의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga계의 조성을 갖고, 여기서 x는 0 또는 1의 정수이고, y는 5~25의 정수이고, z는 0 또는 1의 정수이고, w는 1인 것을 특징으로 하는 마찰재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 zAl-wFe-Si-Ga계는 zAl-wFe-Si-Ga-PCB의 조성을 갖거나 zAl-wFe-Si-Ga-Cr-Mo-PCB를 포함하는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 마찰재.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 마찰재 조성물이 결합재, 강화재, 충진재, 윤활재, 및 pH 조정제로 이루어진 군에서 선택되는 것을 하나 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰재.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰재는 450~700 kgf/cm2, 140~170℃, 7~10min의 성형 조건으로 처리된 것을 특징으로 하는 마찰재.
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