KR930008549B1 - Fe-friction material - Google Patents

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Abstract

The sintered friction material being useful for a brake system of the high weight transporter comprises 7-10 wt.% graphite with 0.1- 0.9 mm particle size, 2-4 wt.% MoS2, 1-5 wt.% feldspar, 0.5-3 wt.% SiO2 and the balance Fe. Pref. the particle size of feldspar and SiO2 is in a range of 0.1 to 1 mm. Specially, an inclusion of the feldspar enhances a friction performance of the friction material to increase a friction coefficient and to decrease a variation of friction coefficient according to a temperature difference, and to lengthen a life of friction material.

Description

철계 소결마찰재Iron-based Sintered Friction Material

본 발명은 고속 고중량의 높은 운동에너지를 운송기구의 브레이크 시스템에 사용되는 마찰재에 관한 것으로, 특히 분말야금법에 의하여 제조되는 철(Fe)계 소결마찰재의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a friction material used in a brake system of a transport mechanism for high speed, high weight, and more particularly, to a method of manufacturing iron (Fe) -based sintered friction material produced by powder metallurgy.

마찰재는 자동차, 중장비, 비행기 등의 운속기구의 브레이크 시스템에 사용되어 제동시 운송기구의 운동 에너지를 열에너지로 변환시켜 흡수하고 이를 주위로 방출시킴으로 제동력을 발휘하게 된다.Friction materials are used in brake systems of transport mechanisms such as automobiles, heavy equipment, and airplanes, and the braking force is exerted by converting and absorbing the kinetic energy of the transport mechanism into thermal energy and releasing them to the surroundings.

이러한 마찰재로 초기에는 석면과 레진을 결합시켜 만든 유기물 마찰재가 사용되었으나, 이 재료는 흡수 가능한 에너지가 작고 온도가 상승하면 제동력이 현저히 저하되며, 무엇보다도 공해문제를 유발시켜 사용이 줄고 있으므로, 이에 대체하는 재료로 반금속 마찰재(Senimetallic friction material)가 사용되고 있다.Initially, as the friction material, an organic friction material made by combining asbestos and resin was used, but this material has a small absorbable energy and the braking force is significantly reduced when the temperature rises. Semimetallic friction material is used as the material.

이 재료는 금속분말을 유기결합체와 결합시켜 만든 것으로 유기물 마찰재에서 발생되는 공해문제를 없애고, 보다 많은 에너지를 흡수할 수 있어 제동성능을 향상시켰다. 하지만 이 재료 역시 마찰시 발생하는 열로 인하여 마찰재의 온도가 상승하면 제동력이 떨어지고 수명이 짧아지기 때문에 사용에 제약이 많은 문제점이 있다.This material is made by combining metal powder with organic binder, which eliminates the pollution problem caused by organic friction material and absorbs more energy, improving braking performance. However, this material also has a lot of problems in use because the braking force is lowered and the life is shortened when the temperature of the friction material rises due to heat generated during friction.

이와같이 종래의 마찰재는 높은 운동에너지 상태에서 제동하게 되면 제동시 발생하는 마찰열에 의하여 온도가 상승하게 되고, 이때의 높은 온도와 열응력에 의하여 마찰재의 강도가 저하되므로 제동성능이 현저히 떨어지는 열화(Fading)현상이 나타난다.As such, when the conventional friction material is braked in a high kinetic energy state, the temperature rises due to the frictional heat generated during braking, and the strength of the friction material decreases due to the high temperature and thermal stress. The phenomenon appears.

위의 문제점을 해결하기 위하여 금속분말을 사용한 금속계 마찰재가 많이 개발되었으며, 주사용 금속분말의 종류에 따라 동게와 철계 마찰재로 구분된다.In order to solve the above problems, metal-based friction materials using metal powders have been developed a lot, and are classified into copper and iron-based friction materials according to the type of metal powder for injection.

금속계 소결마찰재는 분말야금(Power matallargy)방법에 의하여 각종 금속, 비금속 분말의 혼합, 성형, 소결과정을 통하여 제작된다.Metal-based sintered friction materials are produced by mixing, forming, and sintering various metal and nonmetal powders by a powder metallurgy method.

이러한 소결마찰재의 제작에 있어서는 소결마찰재의 사용분말의 종류와 양은 마찰재의 마찰내에서의 기능에 따라 기지분말(Matrix power), 윤활제(Labricant), 마찰조절제(Friction modifier)로 구별된다.In the production of such sintered friction material, the type and amount of powder used in the sintered friction material are classified into matrix power, lubricant, and friction modifier according to the function in friction of the friction material.

기지분말은 마찰재를 구성하는 주성분으로 마찰재의 강도와 온도변화에 의한 마찰재의 열화정도에 영향을 미치게 되며, 윤활제와 마찰조절제를 마찰재내에 고착시켜 마찰성능을 유지하는 역할을 하게 된다.The base powder is a main component of the friction material, which affects the strength of the friction material and the degree of deterioration of the friction material due to temperature change, and serves to maintain friction performance by fixing the lubricant and the friction control agent in the friction material.

윤활제는 마찰시 대면하는 재료와의 계면에서 윤활제의 낮은 전달 강도로 매끄러운 제도이 이루어지도록 도와준다. 이러한 윤활제로는 흑연(Graphite), MoS2, MnS 등이 사용되어지며, 흑연은 주로 저온에서 황화물(MoS2,MnS)은 400℃ 이상의 고온에서 윤활제 역할을 한다.The lubricant helps to achieve a smooth draft with low transfer strength of the lubricant at the interface with the material facing the friction. Graphite, MoS 2 , MnS and the like are used as such lubricants, and graphite is mainly used at low temperatures, and sulfides (MoS 2 and MnS) serve as lubricants at high temperatures of 400 ° C. or higher.

그리고 마찰조절재는 마찰재료의 마찰계수를 높여 제동성능을 증가시켜 주며, 고온에서는 마찰재의 제동성능에 안정성을 부여하면서 마찰재와 대면 재료간의 소착(고온에서 두 재료의 표면이 녹아 붙는 현상)을 방지하여 준다.In addition, the friction modifier increases the coefficient of friction of the friction material to increase the braking performance.At high temperatures, it provides stability to the braking performance of the friction material and prevents adhesion between the friction material and the facing material (the surface of the two materials melts at high temperatures). give.

이러한 마찰조절재의 역할을 하기 위해서는 우선 기지조직보다 융점이 높아야 하며, 기지조직과 반응이 없어야 한다. 그리고 적당한 기계적 강도와 경도를 가져야 한다.In order to act as a friction modifier, the melting point must be higher than that of the base structure, and there must be no reaction with the base structure. And have adequate mechanical strength and hardness.

종래의 금속계 마찰재에서는 SiO1, Al1O3, Mullite(Al2O3: SiO2)와 같은 비금속 분말들이 사용되어 왔다.In the conventional metallic friction material, nonmetal powders such as SiO 1 , Al 1 O 3 , and Mullite (Al 2 O 3 : SiO 2 ) have been used.

본 발명의 목적은 금속계 소결마찰재로서 에너지 흡수능력이 뛰어나 제동능력이 우수하여 열에 의한 마찰재의 열화가 적어, 높은 온도에서도 안정된 제동성능을 발휘하는 철계 마찰재의 제작에 있다.An object of the present invention is to produce an iron-based friction material having excellent energy absorption ability and excellent braking ability as a metal-based sintered friction material, less deterioration of friction material due to heat, and exhibiting stable braking performance even at high temperatures.

본 발명에서 소결마찰재의 사용분말과 그 조성범위는 표 1과 같다.In the present invention, the powder used and the composition range of the sintered friction material are shown in Table 1.

[표 1]TABLE 1

* 장석의 조성식 : K2O·Al2O3·6SiO2 * Composition of feldspar: K 2 O · Al 2 O 3 · 6SiO 2

여기서 흑연은 0.1-0.9mm의 입도를 갖는 분말을 사용하여 기지 분말인 철보다 조대하고 밀도도 4분의 1정도 밖에 되지 않는다.Here, graphite is coarse than the known powder iron using a powder having a particle size of 0.1-0.9mm and the density is only about one fourth.

이 흑연의 함량이 너무 적으면 마찰재내에서의 고른 분포를 얻기 어려워 윤활제로서의 기능을 하기 어려우며, 또한 너무 많으면 소결체의 강도를 감소시키고 마찰계수를 낮추게 되므로, 이 흑연 함량은 7-10wt%가 바람직하다.If the content of graphite is too small, it is difficult to obtain an even distribution in the friction material, and thus, it is difficult to function as a lubricant. If the content of graphite is too high, the strength of the sintered body is reduced and the coefficient of friction is low. Therefore, the graphite content is preferably 7-10 wt%. .

MoS2는 고온 윤활재로서 미립자를 사용하여 고른 분포를 얻을 수 있으며, 적정한 마찰계수를 얻기 위하여는 2-4wt%가 바람직하다.MoS 2 can obtain an even distribution by using fine particles as a high temperature lubricant, and 2-4 wt% is preferable to obtain an appropriate friction coefficient.

장석과 SiO2는 0.1-1mm의 입도를 갖는 분말을 사용하는데, 이는 장석과 SiO2의 입자가 0.1mm 이하일 경우 그 마찰효과는 현저히 감소되며, 1mm 이상일 경우에는 기지분말의 소결성을 저해하여 기지분말의 강도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 철판과의 본딩에도 나쁘게 작용하므로, 재료의 마찰효과 및 소결성을 고려하여 최적의 입도를 0.1-1mm로 적용시키는 것이 바람직하다. 또한 밀도가 낮기 때문에 마찰재료에서 차지하는 부피가 크다.Feldspar and SiO 2 use a powder with a particle size of 0.1-1mm, which significantly reduces the friction effect when the particles of feldspar and SiO 2 are less than 0.1mm. It not only lowers the strength of the metal but also adversely affects the bonding with the iron plate, and therefore, it is preferable to apply the optimum particle size of 0.1-1 mm in consideration of the friction effect and the sinterability of the material. In addition, due to the low density, the volume of the friction material is large.

상기의 장석과 SiO2는 함량이 과대하면 소결체의 소결이 어려워져 강도가 감소되고, 너무 적으면 마찰재로서의 역할을 하지 못하게 되어 마찰계수가 떨어지게 되므로, 장석은 1-5wt%가 바람직하며 SiO2는 장석보다 소량 첨가해도 되기에 0.5-3wt%가 바람직하다.Of the feldspar and SiO 2 when the content is excessively large, and the sintering of the sintered body becomes difficult to reduce the intensity, it is too small, preventing its role as a friction material, so the coefficient of friction falls, feldspar 1-5wt% are preferred, and SiO 2 is feldspar 0.5-3 wt% is preferable because a smaller amount may be added.

그리고 본 발명에서 특징적인 것은 마찰조절제의 주원료로 장석을 사용하고 있는 점이다.In addition, the feature of the present invention is that feldspar is used as a main raw material of the friction regulator.

기존에 주로 사용된 SiO2는 철계 마찰재에서 요구되는 충분한 마찰계수를 주지 못하며 마멸율 또한 높게 나타난다. SiO2와 함께 장석을 사용하면 마찰재로서 마찰계수는 증가하면서 마멸율은 감소하며 마찰재의 성능을 향상시키게 된다.SiO 2, which is mainly used, does not provide sufficient coefficient of friction required for iron-based friction material and shows high wear rate. When feldspar is used together with SiO 2 , the friction coefficient is increased as the friction material, the wear rate is decreased, and the friction material is improved.

소결마찰재의 전체적인 제조공정은 체질→칭량→혼합→성형→소결 순이며, 상기한 표 1의 조성범위 내에서 실시예를 살펴보면The overall manufacturing process of the sintered friction material is in order of sieving → weighing → mixing → molding → sintering, looking at the embodiment within the composition range of Table 1

[실시예]EXAMPLE

표 1 의 조성범위에서 아래 표 2의 조성예1과 같은 조성비로 선택하여 소결마찰재를 제작하였다. 그리고 장석의 영향을 위하여 조성예 2의 값으로도 제작하였다.A sintered friction material was prepared by selecting a composition ratio as shown in Composition Example 1 in Table 2 below in the composition range of Table 1. And also for the influence of feldspar was produced to the value of Composition Example 2.

[표 2]TABLE 2

성형은 2.5-5ton/㎠으로 행하였으며, 소결은 900-1000℃에서 2시간 동안 행하였다. 이과정에서 소결을 촉진시키기 위해 10-20Kgf/㎠의 소결압을 가하였으며, 소결 분위기는 무산화 분위기를 유지하였다.Molding was performed at 2.5-5 ton / cm 2, and sintering was performed at 900-1000 ° C. for 2 hours. In this process, a sintering pressure of 10-20 Kgf / cm 2 was applied to promote sintering, and the sintering atmosphere was maintained in an anoxic atmosphere.

아래 표 3은 각 조성에 대하여 제작된 소결마찰재에 대한 마찰시험 결과를 나타낸 그래프이며, 마찰시험은 정속시 마찰시험으로 시험조건은 표 3에 함께 표시되어 있다.Table 3 below is a graph showing the friction test results for the sintered friction materials produced for each composition, the friction test is a friction test at constant speed and the test conditions are shown in Table 3.

이 시험에서 온도에 따른 마찰특성 변화를 측정하기 위하여 150℃부터 550℃까지 100℃간격으로 시험을 실시하였다.In this test, the test was carried out at intervals of 100 ° C. from 150 ° C. to 550 ° C. in order to measure the change in friction characteristics with temperature.

시험결과 조성예1은 온도가 증가함에도 마찰계수의 변화가 작아 온도에 대하여 안정된 마찰성능을 나타냄을 알 수 있다. 마멸율의 경우도 온도가 증가함에 따라 마멸율이 서서히 증가하여 고온에서도 마찰재의 마모가 천천히 진행됨을 알 수 있다.As a result of the test, it can be seen that the composition example 1 shows a stable friction performance with respect to temperature due to the small change of the friction coefficient even with increasing temperature. In the case of abrasion rate, as the temperature increases, the abrasion rate gradually increases, and the wear of the friction material proceeds slowly even at high temperatures.

또한 조성예2의 경우는 온도변화에 따른 마찰계수의 변화가 심하로, 고온에서 마찰계수값이 낮아서 고온에서의 마찰성능이 떨어진다. 마멸음의 경우도 온도가 증가함에 따라 마멸율이 빠르게 증가하여 마찰재의 마모가 빠르게 진행되며, 따라서 마찰재의 수명을 단축시키게 된다.In addition, in the case of the composition example 2, the friction coefficient with the temperature change is severe, the friction coefficient value is low at high temperature, the friction performance at high temperature is reduced. In the case of abrasion, as the temperature increases, the abrasion rate rapidly increases, and the wear of the friction material proceeds rapidly, thus shortening the life of the friction material.

위의 결과에서 보는 바와 같이 장석은 마찰재의 마찰계수를 증가시키고, 온도변화에 따른 마찰계수의 변화를 작게 하여 마찰재의 마찰성능을 향상시켜 주며, 또한 마찰재의 마멸율을 감소시켜 마찰재의 수명을 연장시켜준다.As shown in the above results, feldspar increases the friction coefficient of the friction material and improves the friction performance of the friction material by reducing the change of the friction coefficient according to the temperature change, and also reduces the wear rate of the friction material to extend the life of the friction material. give.

[표 3]TABLE 3

다음 표 4는 실제 제품에 대한 다아나모 시험결과이다.Table 4 below shows Danamo test results for the actual product.

이 시험은 제품의 사용조건을 다아나모 시험기로 재현하면서 마찰재의 운동에너지 흡수량변화, 온도증가에 따른 제동성능의 변화 등을 평가하게 된다.This test evaluates the change in the kinetic energy absorption of the friction material and the change in braking performance according to the temperature increase while reproducing the conditions of use of the product with the DANAMO tester.

여기서 제동압력은 제동기 브레이크의 마찰재에 가해지는 압력이며, 재동토크는 이때 나타나는 값으로 마찰재의 제동특성을 나타내게 된다. 이때 제동토크×제동시간은 제동시간 동안 마찰재가 흡수한 에너지의 양을 나타내게 된다.Here, the braking pressure is the pressure applied to the friction material of the brake brake, and the braking torque is a value appearing at this time, indicating the braking characteristic of the friction material. At this time, the braking torque × braking time represents the amount of energy absorbed by the friction material during the braking time.

시험결과인 표 4에서 보는 바와같이 조성예 1의 경우는 재동압력이 가해지면서 마찰이 진행되어 마찰재의 온도가 상승함에도 재동토크값은 일정하게 나타나 제동성능이 유지되고 있음을 알 수 있다. 하지만 조성예 2의 경우는 조성예 1과 비슷한 제동압력을 가하여도 온도가 상승함에 따라 제동토크값이 떨어져 제동성능이 떨어지고 있음을 알 수 있다. 따라서 조성예 2의 경우는 에너지 흡수량도 작게 된다.As shown in Table 4, which is the test result, in the case of the composition example 1, the braking performance was maintained even when the friction material progressed and the temperature of the friction material increased while the frictional pressure was applied. However, in the case of the composition example 2, even if a braking pressure similar to that of the composition example 1 is applied, it can be seen that the braking torque decreases as the temperature increases and the braking performance is lowered. Therefore, in the case of the composition example 2, energy absorption amount also becomes small.

또한 이 시험에서 마찰재료의 온도는 600-700℃까지 상승하게 된다.In this test, the temperature of the friction material is also raised to 600-700 ° C.

이상에서와 같이 본 발명에 의하여 제조된 소결마찰재는 흡수능력이 우수하여 제동성능이 뛰어나고, 온도증가에 따른 제동성능의 변화가 열화정도가 작기 때문에 고속, 고중량의 운송기구의 브레이크 시스템의 마찰재로 사용할 수 있는 효과가 있는 것이다.As described above, the sintered friction material produced according to the present invention has excellent absorption ability and excellent braking performance, and the change in braking performance according to temperature increase is small, so that it can be used as a friction material of a brake system of a high speed and heavy weight transportation mechanism. It can be effective.

[표 4]TABLE 4

Claims (2)

체질 및 칭량과 혼합 및 성형과 소결과정을 거쳐 제조되는 설계 소결마찰재에 있어서, 0.1-0.9mm의 압력을 갖는 흑연 7-10wt%와, MoS22-4wt%와, 1-5wt% 및 SiO20.5-3wt%로 하고, Fe를 잔량으로 한 조성으로 제조됨을 특징으로 한 철계 소결마찰재.Designed sintered friction material manufactured through sieving, weighing, mixing, forming and sintering process, 7-10wt% graphite, 2-4wt% MoS 2 , 1-5wt% and SiO 2 with a pressure of 0.1-0.9mm An iron-based sintered friction material, characterized in that the 0.5-3wt%, manufactured in a composition with the remaining amount of Fe. 제 1 항에 있어서, 장석과 SiO2의 입도는 0.1-1mm인 것을 특징으로 한 철계 소결마찰재.The iron-based sintered friction material according to claim 1, wherein the feldspar and SiO 2 have a particle size of 0.1-1 mm.
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