KR20210146084A - 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하여 접합시키는 것에 의해, 마찰계수 증가에 의한 슬립 방지성을 개선하여 접착제의 사용 없이도 우수한 접합력을 확보할 수 있는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법은 (a) 구리 합금 분말을 금형 내에 1차 충진하는 단계; (b) 상기 구리 합금 분말이 1차 충진된 금형 내에 금속 분말을 2차 충진하는 단계; (c) 상기 금속 분말이 2차 충진된 금형 내에 금속 플레이트를 적층하는 단계; 및 (d) 상기 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하여, 구리 합금 소결체, 금속 합금 소결체 및 금속 플레이트가 차례로 적층되는 브레이크 패드를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (d) 단계에서, 상기 금속 합금 소결체는 동시 소결 중 금속 분말의 내부로 구리 합금 분말 중의 일부가 확산되면서 구리 합금 소결체와 접합이 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법은 (a) 구리 합금 분말을 금형 내에 1차 충진하는 단계; (b) 상기 구리 합금 분말이 1차 충진된 금형 내에 금속 분말을 2차 충진하는 단계; (c) 상기 금속 분말이 2차 충진된 금형 내에 금속 플레이트를 적층하는 단계; 및 (d) 상기 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하여, 구리 합금 소결체, 금속 합금 소결체 및 금속 플레이트가 차례로 적층되는 브레이크 패드를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (d) 단계에서, 상기 금속 합금 소결체는 동시 소결 중 금속 분말의 내부로 구리 합금 분말 중의 일부가 확산되면서 구리 합금 소결체와 접합이 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하여 접합시키는 것에 의해, 마찰계수 증가에 의한 슬립 방지성을 개선하여 접착제의 사용 없이도 우수한 접합력을 확보할 수 있는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
선박, 자동차, 중장비, 각종 산업기계에 부착된 제동장치, 전동차 제동장치, 기차 및 객차, 화물차 제동장치, 기타 제동을 필요로 하는 장치 등에는 필수적으로 브레이크 패드가 사용되고 있다.
특히, 고속 운전되는 선박 오일펌프의 경우에는 더욱 중요하며 어떠한 조건하에서도 확실히 감속정지가 가능한 것이 필요하다.
일반적인 선박 오일펌프용 브레이크 패드는 구리 합금을 소결시켜 제조한 마찰부재를 철강재 기판인 금속 플레이트에 접착제를 매개로 접착하여 사용하고 있다.
그러나, 일반적인 선박 오일 펌프용 브레이크 패드는 단순히 접착제를 매개로 마찰부재를 금속 플레이트에 부착시킨 구조이므로 마찰부재와 금속 플레이트 간의 결합력이 약하여 마찰계수가 낮아 결국은 제동성능이 저하되고 마모가 커지는 문제점이 있었다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0135167호(2010.12.24. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 브레이크 패드용 마찰재 및 그 제조 방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하여 접합시키는 것에 의해, 마찰계수 증가에 의한 슬립 방지성을 개선하여 접착제의 사용 없이도 우수한 접합력을 확보할 수 있는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법은 (a) 구리 합금 분말을 금형 내에 1차 충진하는 단계; (b) 상기 구리 합금 분말이 1차 충진된 금형 내에 금속 분말을 2차 충진하는 단계; (c) 상기 금속 분말이 2차 충진된 금형 내에 금속 플레이트를 적층하는 단계; 및 (d) 상기 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하여, 구리 합금 소결체, 금속 합금 소결체 및 금속 플레이트가 차례로 적층되는 브레이크 패드를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (d) 단계에서, 상기 금속 합금 소결체는 동시 소결 중 금속 분말의 내부로 구리 합금 분말 중의 일부가 확산되면서 구리 합금 소결체와 접합이 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 구리 합금 분말은 그라파이트 분말 7 ~ 12 중량%; 주석(Sn) 분말, 티타늄(Ti) 분말 및 이황화몰리브덴(MoS2) 분말 합산으로 15 ~ 25 중량%; 바인더 분말 2 중량% 이하; 및 구리(Cu) 분말 65 ~ 75 중량%;를 포함할 수 있다.
상기 (d) 단계에서, 상기 동시 소결은 3 ~ 8bar의 압력으로 압착하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 (d) 단계에서, 상기 동시 소결은 950 ~ 1,050℃의 온도에서 1 ~ 5시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
상기 금속 합금 소결체는 Sn-Cu 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 브레이크 패드는 1.1 ~ 1.3의 마찰 계수 및 160 ~ 190N/㎟의 접합강도를 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드는 금속 플레이트; 상기 금속 플레이트의 하면에 접합된 금속 합금 소결체; 및 상기 금속 합금 소결체의 하면에 접합된 구리 합금 소결체;를 포함하며, 상기 금속 합금 소결체는 금속 분말의 내부에 구리 합금 분말의 일부가 확산되어 구리 합금 소결체와 접합이 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 금속 합금 소결체는 Sn-Cu 합금으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 브레이크 패드는 상기 금속 플레이트의 상면에 장착된 체결판; 및 상기 체결판, 금속 플레이트, 금속 합금 소결체 및 구리 합금 소결체를 관통하는 체결 홀에 체결되어, 상기 체결판, 금속 플레이트, 금속 합금 소결체 및 구리 합금 소결체를 결합시키는 체결 부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 브레이크 패드는 1.1 ~ 1.3의 마찰 계수 및 160 ~ 190N/㎟의 접합강도를 갖는다.
본 발명에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 및 그 제조 방법은 동시 소결에 의해 구리 합금 분말과 금속 분말이 함께 소결되면서 금속 분말의 내부로 구리 합금 분말 중 일부가 확산되면서 접합이 이루어지므로 우수한 접합력을 확보할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 및 그 제조 방법은 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 동시 소결 공정을 이용하여 브레이크 패드를 제조하는 것에 의해, 마찰계수 증가에 의한 슬립 방지성을 개선할 수 있어 접착제의 사용 없이도 우수한 접합력을 확보할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 선박 오일펌프용 브레이크 패드는 1.1 ~ 1.3의 마찰 계수 및 160 ~ 190N/㎟의 접합강도를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 나타낸 결합 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 나타낸 결합 측 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드의 배면을 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 5 내지 도 14는 실시예 1에 따라 제조된 브레이크 패드에 대한 XRD 및 SEM 사진.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 나타낸 결합 측 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드의 배면을 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 5 내지 도 14는 실시예 1에 따라 제조된 브레이크 패드에 대한 XRD 및 SEM 사진.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 나타낸 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 나타낸 결합 측 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드의 배면을 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드(100)는 금속 플레이트(120), 금속 합금 소결체(140) 및 구리 합금 소결체(160)를 포함한다.
금속 플레이트(120)는 상면 및 상면에 반대되는 하면을 갖는 판상 구조를 가질 수 있다. 여기서, 금속 플레이트(120)의 상면은 체결판(170)과 맞닿는 면에 해당하고, 금속 플레이트(120)의 하면은 금속 합금 소결체(140)와 맞닿는 면에 해당한다. 금속 플레이트(120)는 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 니켈(Ni) 등에서 선택된 1종 이상의 금속 재질이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
금속 합금 소결체(140)은 금속 플레이트(120)의 하면에 접합된다. 금속 합금 소결체(140)은 상면 및 상면에 반대되는 하면을 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
구리 합금 소결체(160)는 상면 및 상면에 반대되는 하면을 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이때, 구리 합금 소결체(160)는 금속 합금 소결체(140)의 하면에 접합된다. 이에 따라, 구리 합금 소결체(160)의 상면은 금속 합금 소결체(140)의 하면에 접합되고, 구리 합금 소결체(160)의 하면은 외부로 노출된다.
여기서, 구리 합금 소결체(160)와 금속 합금 소결체(140)는 동시 소결에 의해 함께 형성된다. 즉, 구리 합금 소결체(160)와 금속 합금 소결체(140)는 금형 내에 구리 합금 분말 및 금속 분말을 차례로 충진하고, 구리 합금 분말과 금속 분말이 충진된 금형 내에 금속 플레이트(120)를 적층한 후, 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하는 것에 의해 형성될 수 있다.
이때, 구리 합금 분말은 그라파이트 분말 7 ~ 12 중량%, 주석(Sn) 분말, 티타늄(Ti) 분말 및 이황화몰리브덴(MoS2) 분말 합산으로 15 ~ 25 중량%, 바인더 분말 2 중량% 이하 및 구리(Cu) 분말 65 ~ 75 중량%를 포함할 수 있다.
아울러, 금속 분말은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 중 1종 이상이 이용될 수 있으며, 이중 구리를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 금속 합금 소결체(140)는 동시 소결 중 금속 분말의 내부로 구리 합금 분말 중의 일부가 확산되면서 구리 합금 소결체(146)와 접합이 이루어진다.
이와 같이, 본 발명은 동시 소결에 의해 구리 합금 분말과 금속 분말이 함께 소결되면서 금속 분말인 구리(Cu)의 내부로 구리 합금 분말 중 일부인 주석(Sn)이 확산되면서 접합이 이루어지는 금속간 확산 결합에 의해 우수한 접합력을 확보할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드(100)는 동시 소결에 의해 금속 합금 소결체(140)와 구리 합금 소결체(160)가 금속 간 확산에 의해 접합이 이루어지므로, 마찰계수 증가에 의한 슬립 방지성을 개선할 수 있어 접착제의 사용 없이도 우수한 접합력을 확보할 수 있게 된다.
여기서, 금속 합금 소결체(140)는 Sn-Cu 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 금속 합금 소결체(140)는 Sn 1 ~ 7 중량% 및 Cu 93 ~ 99 중량%로 조성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드(100)는 체결판(170) 및 체결 부재(180)를 더 포함할 수 있다.
체결판(170)은 금속 플레이트(120)의 상면에 장착된다.
체결 부재(180)는 체결판(170), 금속 플레이트(120), 금속 합금 소결체(140) 및 구리 합금 소결체(160)를 관통하는 체결 홀(H)에 체결되어, 체결판(170), 금속 플레이트(120), 금속 합금 소결체(140) 및 구리 합금 소결체(160)를 결합시킨다. 일 예로, 체결판(170), 금속 플레이트(120), 금속 합금 소결체(140) 및 구리 합금 소결체(160)는 체결 부재(180)와 접시머리 리벳 방식으로 코킹하는 것에 의해 조립이 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드(100)에서, 구리 합금 소결체(160), 금속 합금 소결체(140) 및 금속 플레이트(120)는 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트(120)를 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하는 것에 의해 형성된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드(100)는 동시 소결에 의해 금속 합금 소결체(140)와 구리 합금 소결체(160)가 금속 간 확산에 의해 접합이 이루어지므로, 마찰계수 증가에 의한 슬립 방지성을 개선할 수 있어 접착제의 사용 없이도 우수한 접합력을 확보할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드(100)는 1.1 ~ 1.3의 마찰 계수 및 160 ~ 190N/㎟의 접합강도를 갖는다.
이에 대해서는 이하 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법을 통하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법은 1차 충진 단계(S110), 2차 충진 단계(S120), 금속 플레이트 적층 단계(S130) 및 동시 소결 단계(S140)를 포함한다.
1차 충진
1차 충진 단계(S110)에서는 구리 합금 분말을 금형 내에 1차 충진한다.
여기서, 구리 합금 분말은 그라파이트 분말 7 ~ 12 중량%, 주석(Sn) 분말, 티타늄(Ti) 분말 및 이황화몰리브덴(MoS2) 분말 합산으로 15 ~ 25 중량%, 바인더 분말 2 중량% 이하 및 구리(Cu) 분말 65 ~ 75 중량%를 포함할 수 있다.
여기서, 그라파이트 분말은 열전도성과 열적 안정성을 향상시켜 내열성을 증진시켜 마찰열로 인한 마찰성능의 저하를 방지하고, 고온 강도를 증진시키는 역할을 한다.
티타늄 분말은 시효 경화 작용이 높은 원소로서, 강도 및 내응력 완화성을 향상시키는데 기여한다.
이황화몰리브덴 분말은 10 ~ 100㎛의 분말입도를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 이황화몰리브덴 분말은 마찰촉진재로 작용하여 마찰계수를 증가시켜 경도 및 강도를 증진시키며, 내열성을 향상시키는 역할을 한다.
주석(Sn) 분말은 1 ~ 20㎛의 분말입도를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 주석 분말은 구리 분말과 결합하여 경도와 강도를 유지시키고, 동시 소결시 구리 합금 소결체의 골격을 형성시켜 금속 합금 소결체과 구리 합금 소결체를 결합시키는 작용을 한다.
바인더 분말은 결합력을 강화시키는 역할과 분말성형시 마찰계수를 감소시켜 금형을 보호하는 역할을 한다. 이러한 바인더 분말로는 페놀수지, 지르코니아, 알루미나, 실리콘 카바이드, 탄산칼슘 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구리 분말은 10 ~ 100㎛의 분말입도를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 구리 분말은 주석 분말과 결합되어 경도 및 강도를 유지시키고, 동시 소결 과정에서 구리 합금 소결체의 골격을 형성시켜 금속 합금 소결체와 구리 합금 소결체를 결합시키는 작용을 한다. 구리 분말의 함량이 65 중량% 미만일 경우에는 경도 및 강도를 저하시키고, 결합력을 저하시키는 문제를 유발할 수 있다. 따라서, 구리(Cu)는 구리 합금 소결체(160) 전체 중량의 65% 중량 이상으로 반드시 포함되어 있는 것이 바람직하다.
2차 충진
2차 충진 단계(S120)에서는 구리 합금 분말이 1차 충진된 금형 내에 금속 분말을 2차 충진한다.
여기서, 금속 분말은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 등에서 선택될 수 있으며, 이 중 구리(Cu)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
금속 플레이트 적층
금속 플레이트 적층 단계(S130)에서는 금속 분말이 2차 충진된 금형 내에 금속 플레이트를 적층한다.
이에 따라, 금속 플레이트의 하면은 금속 분말과 접촉하게 된다. 이때, 금속 플레이트는 상면 및 상면에 반대되는 하면을 갖는 판상 구조를 가질 수 있다. 금속 플레이트는 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 니켈(Ni) 등에서 선택된 1종 이상의 금속 재질이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
동시 소결
동시 소결 단계(S140)에서는 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하여, 구리 합금 소결체, 금속 합금 소결체 및 금속 플레이트가 차례로 적층되는 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 형성한다.
본 단계에서, 금속 합금 소결체는 동시 소결 중 금속 분말인 Cu의 내부로 구리 합금 분말 중의 일부인 Sn 등이 확산되면서 구리 합금 소결체와 접합이 이루어진다.
이에 따라, 금속 합금 소결체는 Sn-Cu 합금으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 금속 합금 소결체는 Sn 1 ~ 7 중량% 및 Cu 93 ~ 99 중량%로 조성될 수 있다.
이와 같이, 동시 소결 중 금속 분말인 Cu의 내부로 구리 합금 분말 중 일부인 Sn이 확산되면서 접합이 이루어지는 금속간 확산 결합에 의해 우수한 접합력을 확보할 수 있게 된다.
따라서, 동시 소결에 의해 금속 합금 소결체와 구리 합금 소결체가 금속 간 확산에 의해 접합이 이루어지므로, 마찰계수 증가에 의한 슬립 방지성을 개선할 수 있어 접착제의 사용 없이도 우수한 접합력을 확보할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 선박 오일펌프용 브레이크 패드는 1.1 ~ 1.3의 마찰 계수 및 160 ~ 190N/㎟의 접합강도를 갖는다.
본 단계에서, 동시 소결은 3 ~ 8bar의 압력으로 압착하는 것이 바람직하다. 동시 소결 시, 3bar 미만의 압력으로 압착할 경우에는 그린밀도가 낮아져서 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반면, 동시 소결 시, 8bar를 초과하는 압력으로 압착할 경우에는 경도가 너무 높아져서 조직이 불안정하여 크랙이 잘 발생될 우려가 크다.
아울러, 동시 소결은 불활성 가스 분위기의 950 ~ 1,050℃의 온도에서 1 ~ 5시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 동시 소결 온도가 950℃ 미만이거나, 동시 소결 시간이 1 시간 미만일 경우에는 압축된 성형체가 불안정하게 소결처리되어, 합금조직이 불안정해져 잘 부서지고, 내부에 기포가 발생될 우려가 크다. 반대로, 동시 소결 온도가 1,050℃를 초과하거나, 동시 소결 시간이 5시간을 초과할 경우에는 성형체의 합금조직이 과도하게 소결 처리되어 경도가 낮아지고, 성형체에 불균일한 조직이 나타나 마찰계수를 급격히 저하시키는 문제가 있다.
이러한 동시 소결 단계(S140) 이후에는 체결판 및 체결 부재를 이용하여 조립을 실시할 수 있다.
이때, 체결판은 금속 플레이트의 상면에 장착된다.
아울러, 체결 부재는 체결판, 금속 플레이트, 금속 합금 소결체 및 구리 합금 소결체를 관통하는 체결 홀에 체결되어, 체결판, 금속 플레이트, 금속 합금 소결체 및 구리 합금 소결체를 결합시킨다. 일 예로, 체결판, 금속 플레이트, 금속 합금 소결체 및 구리 합금 소결체는 체결 부재와 접시머리 리벳 방식으로 코킹하는 것에 의해 조립이 이루어질 수 있다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법이 종료될 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법은 동시 소결에 의해 금속 분말의 내부로 구리 합금 분말 중 일부가 확산되면서 접합이 이루어지므로 우수한 접합력을 확보할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법은 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 동시 소결 공정을 이용하여 브레이크 패드를 제조하는 것에 의해, 마찰계수 증가에 의한 슬립 방지성을 개선할 수 있어 접착제의 사용 없이도 우수한 접합력을 확보할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 선박 오일펌프용 브레이크 패드는 1.1 ~ 1.3의 마찰 계수 및 160 ~ 190N/㎟의 접합강도를 갖는다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 브레이크 패드 제조
실시예 1
그라파이트 분말 9 중량%, Sn 분말, Ti 분말 및 이황화몰리브덴(MoS2) 분말이 합산으로 20 중량%, 바인더 분말 1 중량% 및 Cu 분말 70 중량%로 조성된 구리 합금 분말을 금형 내에 1차 충진한 후, 구리 합금 분말이 충진된 금형 내에 Cu 분말을 2차 충진하였다.
다음으로, 금형 내의 구리 합금 분말, Cu 분말 및 금속 플레이트를 함께 5bar의 압착하여 성형하면서 1,000℃의 온도에서 3시간 동안 동시 소결하여, 구리 합금 소결체, 금속 합금 소결체 및 금속 플레이트가 차례로 적층되는 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 제조하였다.
실시예 2
6bar의 압력으로 압착하면서, 980℃의 온도에서 4시간 동안 동시 소결을 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 제조하였다.
실시예 3
4bar의 압력으로 압착하면서, 1,020℃의 온도에서 4시간 동안 동시 소결을 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 제조하였다.
실시예 4
6bar의 압력으로 압착하면서, 990℃의 온도에서 5시간 동안 동시 소결을 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 제조하였다.
실시예 5
4bar의 압력으로 압착하면서, 960℃의 온도에서 5시간 동안 동시 소결을 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 제조하였다.
비교예 1
그라파이트 분말 7 중량%, Sn 분말, Ti 분말 및 이황화몰리브덴(MoS2) 분말이 합산으로 21 중량%, 바인더 분말 2 중량% 및 Cu 분말 70 중량%로 조성된 구리 합금 분말을 금형 내에 1차 충진한 후, 구리 합금 분말이 충진된 금형 내에 Cu 분말을 2차 충진하였다.
다음으로, 금형 내의 구리 합금 분말, Cu 분말 및 금속 플레이트를 함께 3bar의 압력으로 압착하면서, 850℃의 온도에서 5시간 동안 동시 소결을 실시하여 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 제조하였다.
비교예 2
2bar의 압력으로 압착하면서, 980℃의 온도에서 9시간 동안 동시 소결을 실시한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 선박 오일펌프용 브레이크 패드를 제조하였다.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 선박 오일펌프용 브레이크 패드에 대한 마모시험 결과를 나타낸 것이다.
1) 마찰계수
실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 브레이크 패드 시편들을 고정시킬 수 있고, 주강재 브레이크 드럼 디스크를 상대재로 하여 2,000rpm으로 회전시킬 수 있는 선반에서 브레이크 패드 시편과 상대재를 서로 면접촉 상태가 되게 장착시켰다. 이후, 상대재를 2,000rpm으로 회전시키고 마찰재 시편에 20kgf/㎠의 부하가 걸리도록 세팅한 후, 브레이크 패드 시편에 대한 부하가 상대재가 정지할 때까지 작용시켜 마찰계수를 측정하였다.
2) 접합강도
실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 브레이크 패드 시편들에 대하여 ASTM D2557에 의거하여 접합강도를 측정하였다.
[표 1]
표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 5에 따라 제조된 브레이크 패드는 목표값에 해당하는 마찰계수 1.1 ~ 1.3 및 접합강도 160 ~ 190N/㎟를 모두 만족하였으나, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 브레이크 패드는 목표값을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다.
아울러, 실시예 1 ~ 5에 따라 제조된 브레이크 패드는 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 브레이크 패드에 비하여, 무게량에 큰 변화가 없는 것을 확인하였다.
3. 결정구조 및 미세조직 관찰
도 5 내지 도 14는 실시예 1에 따라 제조된 브레이크 패드에 대한 XRD 및 SEM 사진이다. 이때, 도 5a 내지 도 14a는 XRD 사진을 나타낸 것이고, 도 5b 내지 도 14b는 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 브레이크 패드는, 접착제를 사용하지 않았음에 불구하고, 구리 합금 소결체와 금속 합금 소결체 간의 계면이 매끈하게 결합되어 일체형 구조로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있다.
특히, 실시예 1에 따라 제조된 브레이크 패드는 구리 합금 분말과 금속 분말 간을 동시 소결하는 과정에서, Cu 분말의 내부에 구리 합금 분말의 일부인 Sn이 확산되어 Cu + Sn 합금 조성을 갖는 금속 합금 소결체가 형성된 것을 확인하였다.
위의 실험 결과를 토대로 알 수 있듯이, 실시예 1에 따라 제조된 브레이크 패드는 동시 소결에 의해 금속(Cu) 분말의 내부로 구리 합금 분말의 일부가 확산되는 형태로 접합이 이루어지는 금속간 확산 결합에 의해 우수한 접합력을 갖는 것으로 판단된다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 선박 오일펌프용 브레이크 패드
120 : 금속 플레이트
140 : 금속 합금 소결체
160 : 구리 합금 소결체
170 : 체결판
180 : 체결 부재
H : 체결 홀
S110 : 1차 충진 단계
S120 : 2차 충진 단계
S130 : 금속 플레이트 적층 단계
S140 : 동시 소결 단계
120 : 금속 플레이트
140 : 금속 합금 소결체
160 : 구리 합금 소결체
170 : 체결판
180 : 체결 부재
H : 체결 홀
S110 : 1차 충진 단계
S120 : 2차 충진 단계
S130 : 금속 플레이트 적층 단계
S140 : 동시 소결 단계
Claims (10)
- (a) 구리 합금 분말을 금형 내에 1차 충진하는 단계;
(b) 상기 구리 합금 분말이 1차 충진된 금형 내에 금속 분말을 2차 충진하는 단계;
(c) 상기 금속 분말이 2차 충진된 금형 내에 금속 플레이트를 적층하는 단계; 및
(d) 상기 구리 합금 분말, 금속 분말 및 금속 플레이트를 함께 압착하여 성형하면서 동시 소결하여, 구리 합금 소결체, 금속 합금 소결체 및 금속 플레이트가 차례로 적층되는 브레이크 패드를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (d) 단계에서, 상기 금속 합금 소결체는 동시 소결 중 금속 분말의 내부로 구리 합금 분말 중의 일부가 확산되면서 구리 합금 소결체와 접합이 이루어진 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 구리 합금 분말은
그라파이트 분말 7 ~ 12 중량%;
주석(Sn) 분말, 티타늄(Ti) 분말 및 이황화몰리브덴(MoS2) 분말 합산으로 15 ~ 25 중량%;
바인더 분말 2 중량% 이하; 및
구리(Cu) 분말 65 ~ 75 중량%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 동시 소결은
3 ~ 8bar의 압력으로 압착하는 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 동시 소결은
950 ~ 1,050℃의 온도에서 1 ~ 5시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 합금 소결체는
Sn-Cu 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (d) 단계 이후,
상기 브레이크 패드는
1.1 ~ 1.3의 마찰 계수 및 160 ~ 190N/㎟의 접합강도를 갖는 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드 제조 방법.
- 금속 플레이트;
상기 금속 플레이트의 하면에 접합된 금속 합금 소결체; 및
상기 금속 합금 소결체의 하면에 접합된 구리 합금 소결체;를 포함하며,
상기 금속 합금 소결체는 금속 분말의 내부에 구리 합금 분말의 일부가 확산되어 구리 합금 소결체와 접합이 이루어진 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드.
- 제7항에 있어서,
상기 금속 합금 소결체는
Sn-Cu 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드.
- 제7항에 있어서,
상기 브레이크 패드는
상기 금속 플레이트의 상면에 장착된 체결판; 및
상기 체결판, 금속 플레이트, 금속 합금 소결체 및 구리 합금 소결체를 관통하는 체결 홀에 체결되어, 상기 체결판, 금속 플레이트, 금속 합금 소결체 및 구리 합금 소결체를 결합시키는 체결 부재;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드.
- 제7항에 있어서,
상기 브레이크 패드는
1.1 ~ 1.3의 마찰 계수 및 160 ~ 190N/㎟의 접합강도를 갖는 것을 특징으로 하는 동시 소결 공정을 이용한 선박 오일펌프용 브레이크 패드.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107299300A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-10-27 | 苏州曼里尼斯金属科技有限公司 | 一种重负荷低磨损铜基摩擦材料及其制备方法 |
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2020
- 2020-05-26 KR KR1020200063117A patent/KR102448524B1/ko active IP Right Grant
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