TW202342690A - 燒結金屬摩擦材及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明課題在於提供一種在已減少銅的含量之燒結金屬摩擦材中，於製造時難以產生凝聚物，可維持成形體的強度，且可抑制使用時的摩耗之技術。
解決手段為一種燒結金屬摩擦材，其係摩擦材組成物之燒結材，其中前述摩擦材組成物係含有42~95質量%的基質用金屬粉，前述基質用金屬粉係含有以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鐵粉與以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鎳粉，前述摩擦材組成物的銅含有率為0.5質量%以下，前述鎳粉係包含球狀鎳粉與鏈狀鎳粉。
Description
本發明係有關於一種燒結金屬摩擦材，尤其係有關於一種銅含有率少的燒結金屬摩擦材。
二輪車及汽車等車輛，為達剎車機能，而設有摩擦材。摩擦材係緊壓於與車輪一體安裝的對象材料上。藉由對象材料與摩擦材之間產生的摩擦力，將車輪制動，而發揮剎車機能。
作為此類摩擦材，已知有燒結金屬摩擦材。燒結金屬摩擦材係將含金屬原料(下稱摩擦材組成物成形並進行燒結而得之材料。就此種燒結金屬摩擦材，基於成形性等觀點，作為原料向來係主要使用銅粉。然而，若摩擦材含有銅，於使用時會產生含銅摩耗粉。基於環保觀點，而要求抑制含銅摩耗粉的產生。例如在美國一部分的州，含銅摩耗粉會對水生生物帶來不良影響，而施行使用規制法。
與上述有關，例如專利文獻1(日本特開2018-111755號公報)中揭示一種燒結金屬摩擦材，其特徵為：作為基質金屬，係含有鐵粉20~40質量%、鎳粉20~40質量%、鋅粉0.5~10質量%、錫粉0.5~5質量%、銅粉0.5~4質量%、燒結助劑粉0.5~5質量%，而且由含有摩擦調整材之摩擦材組成物的燒結物所構成。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-111755號公報
[發明所欲解決之課題]
諸如上述，銅粉係基於成形性等觀點而使用。透過使用銅粉，將銅粉與其他粉體材料混合而成形之際，銅粉可發揮作為黏著劑之機能。從而，銅粉係有助於成形體的強度。若減少銅粉的含量，則成形體會脆化，而難以獲得燒結金屬摩擦材。
又，於摩擦材組成物的調製時，係將金屬粉與其他材料混合。如欲提升成形體的強度，對其他成分組成加以設計，在將金屬粉與其他材料混合時，在某些混合條件下會產生凝聚物。
此外，燒結金屬摩擦材亦要求在使用時不易摩耗。
而且，通常不易在已減少銅的含量之燒結金屬摩擦材中，難以產生凝聚物，可維持成形體的強度，且可抑制使用時的摩耗。
因此，本發明課題在於提供一種在已減少銅的含量之燒結金屬摩擦材中，於製造時難以產生凝聚物，可維持成形體的強度，且可抑制使用時的摩耗之技術。
[解決課題之手段]
本案發明人等發現透過使用具有特定組成的摩擦材組成物，可解決上述課題。亦即，本發明係提供以下者。
[1]一種燒結金屬摩擦材，其係摩擦材組成物之燒結材，其中，前述摩擦材組成物係含有42~95質量%的基質用金屬粉，前述基質用金屬粉係含有：以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鐵粉，與以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鎳粉，前述摩擦材組成物的銅含有率為0.5質量%以下，前述鎳粉係包含球狀鎳粉與鏈狀鎳粉。
[2]如[1]之燒結金屬摩擦材，其中將前述球狀鎳粉的體積設為Ni
1Vol、前述鏈狀鎳粉的體積設為Ni
2vol時，係滿足下述式(1)：
(式1)0.25≦Ni
2vol/(Ni
1Vol+Ni
2vol)≦0.75。
[3]如[2]之燒結金屬摩擦材，其中將前述鐵粉的體積設為Fe
vol時，係滿足下述式(2)：
(式2)0.33≦Fe
vol/(Fe
vol+Ni
1Vol+Ni
2vol)≦0.66。
[4]如[1]~[3]中任一項之燒結金屬摩擦材，其中前述摩擦材組成物進一步含有0.5~10質量%的鋅粉。
[5]如[1]~[4]中任一項之燒結金屬摩擦材，其中前述摩擦材組成物進一步含有0.5~5質量%的錫粉。
[6]一種燒結金屬摩擦材之製造方法，其係具備：將包含鐵粉及鎳粉的原料混合，而調製摩擦材組成物之步驟，與將前述摩擦材組成物進行燒結，而調製燒結金屬摩擦材之步驟；其中前述摩擦材組成物係含有42~95質量%的基質用金屬粉，前述基質用金屬粉係含有：以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鐵粉，與以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鎳粉，前述摩擦材組成物的銅含有率為0.5質量%以下，前述鎳粉係包含球狀鎳粉與鏈狀鎳粉。
[發明之效果]
因此，本發明課題在於提供一種在已減少銅的含量之燒結金屬摩擦材中，於製造時難以產生凝聚物，可維持成形體的強度，且可抑制使用時的摩耗之技術。
[實施發明之形態]
以下詳述本發明實施形態。本實施形態係有關於一種燒結金屬摩擦材。本實施形態之燒結金屬摩擦材為具有特定組成之摩擦材組成物的燒結體。本實施形態中所稱「摩擦材」，係指與對象材料接觸時產生摩擦，並藉由產生之摩擦而發揮機能之材料。
以下就摩擦材組成物的構成加以說明。
本實施形態之摩擦材組成物其銅的含有率偏少。具體而言，摩擦材組成物中之銅的含有率為0.5質量%以下。更佳為摩擦材組成物不含銅。此處所稱「不含銅」，係指實質意義上不含銅之意，而非意指在摩擦材組成物中無可避免地含有，亦即在摩擦材組成中以非刻意含有之雜質層次不含銅者。
此外，銅的含量能以SAE J2975所規定之方法測定。具體而言，可藉由將燒結金屬摩擦材以鑽孔器切削，回收所得之切削粉並進行ICP質譜分析而求得。
摩擦材組成物係含有42~95質量%的基質用金屬粉。基質用金屬粉係指在屬燒結體之燒結金屬摩擦材中構成基質金屬部分的金屬粉。基質用金屬粉亦可稱為在燒結時進行燒結反應的金屬粉。
基質用金屬粉係含有以摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鐵粉，與以摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鎳粉。鎳粉係包含球狀鎳粉與鏈狀鎳粉。
根據如上述之構成，由於作為鎳粉係併用球狀鎳粉與鏈狀鎳粉，即使銅的含量較少，在摩擦材組成物的調製時也不會產生凝聚物，可維持成形體的強度。
作為鐵粉，可舉出選自還原鐵粉及鑄鐵粉等的一種以上，較佳為還原鐵粉。還原鐵粉其熔點較鑄鐵粉高約300℃。因此，若使用還原鐵粉，可容易地獲得高溫下之摩擦特性優良的燒結金屬摩擦材。
作為還原鐵粉，可舉出例如將鐵礦石在氫氣或者氨氣環境中以600~1200℃之溫度進行熱處理而成者。
作為鐵粉，粒徑範圍較佳為10~500μm，更佳為20~300μm，再更佳為40~150μm。
此外，上述鐵粉的粒徑範圍係指藉由篩分法所測得的值。
摩擦材組成物中之鐵粉的含量係如前述為20~40質量%，較佳為23~37質量%，更佳為25~35質量%，再更佳為30~34質量%。
透過鐵粉的含量處於此種範圍內，可提升摩擦材的強度，同時可使其含有期望量的其他成分而能夠發揮合宜的耐制動衰退性。
鎳粉亦與鐵粉相同，為了構成燒結金屬摩擦材之基質金屬的一部分而使用。
諸如前述，鎳粉係併用球狀鎳粉與鏈狀鎳粉。
「球狀鎳粉」係指鬆散容積比重為1.0~3.0 g/cm
3的鎳粉。
另一方面，「鏈狀鎳粉」則指鬆散容積比重為0.4~0.8 g/cm
3的鎳粉。
亦即，透過併用鬆散容積比重不同的2種鎳粉，在摩擦材組成物的調製時不會產生凝聚物，可提升成形體的強度。
作為鎳粉(以下簡稱鎳粉時，係指球狀鎳粉及鏈狀鎳粉任一者)，可舉出例如選自藉由霧化(噴霧)法所調製者及藉由羰基鎳法所調製者的一種以上。如使用此等鎳粉，可容易地提升摩擦材的強度，而且在高功率下耐熱性亦優良，具有更高的摩擦係數，且可發揮合宜的耐制動衰退性。
球狀鎳粉的粒徑為例如1~200μm，較佳為3~100μm，更佳為5~20μm。
鏈狀鎳粉的粒徑為例如0.5~100μm，較佳為1~50μm，更佳為3~20μm。
此外，上述鎳粉的粒徑係指藉由雷射繞射法所測得的值(D
50)。
摩擦材組成物中之鎳粉的總含量為20~40質量%，較佳為23~37質量%，更佳為25~35質量%。
透過鎳粉的含量處於此種範圍內，亦可提升摩擦材的強度，且可使其含有期望量的其他成分，而能夠發揮合宜的耐制動衰退性。
又，將球狀鎳粉的體積設為Ni
1Vol、鏈狀鎳粉的體積設為Ni
2vol時，摩擦材組成物較佳滿足下述式(1)：
(式1)0.25≦Ni
2vol/(Ni
1Vol+Ni
2vol)≦0.75
比「Ni
2vol/(Ni
1Vol+Ni
2vol)」更佳為0.50~0.75。
再者，將鐵粉的體積設為Fe
vol時，摩擦材組成物較佳滿足下述式(2)：
(式2)0.33≦Fe
vol/(Fe
vol+Ni
1Vol+Ni
2vol)≦0.66
比「Fe
vol/(Fe
vol+Ni
1Vol+Ni
2vol)」較佳為0.33~0.50。
摩擦材組成物中之鐵粉及鎳粉的總含有比例較佳為40~80質量%，更佳為46~74質量%，再更佳為50~70質量%。
透過鐵粉及鎳粉的合計含有比例處於上述範圍內，可更容易地發揮摩擦材強度的提升效果，與含有期望量的其他成分所產生之耐制動衰退性。
基質用金屬粉，除上述鐵粉及鎳粉以外，亦可視需求含有其他金屬粉。其他金屬粉可舉出例如鋅粉、錫粉、及燒結助劑粉等。
作為鋅粉不特別限制，可舉出例如藉由霧化(噴霧)法所調製者。
作為鋅粉，粒徑範圍較佳為5~200μm，更佳為10~ 100μm，再更佳為20~65μm。
此外，上述鋅粉的粒徑範圍係指藉由雷射繞射法所測得的值(D
50)。
摩擦材組成物中之鋅粉的含量為例如0.5~10質量%，較佳為1~9質量%，更佳為5~7質量%。
透過鋅粉的含量處於上述範圍內，可提升摩擦材的強度而提升耐摩耗性，更容易抑制摩擦時對對象材料的黏著，同時更容易呈現期望的摩擦係數。
作為錫粉，粒徑範圍較佳為5~200μm，更佳為10~100μm，再更佳為20~50μm。
此外，上述錫粉的粒徑範圍係指藉由雷射繞射法所測得的值(D
50)。
摩擦材組成物中之錫粉的含量為0.5~5質量%，較佳為1~4質量%，更佳為1~3質量%。
透過錫粉的含量處於上述範圍內，可提升摩擦材的強度而提升耐摩耗性，更容易抑制摩擦時對對象材料的黏著，同時更容易呈現期望的摩擦係數。
燒結助劑粉不特別限制，可舉出例如選自硼化鐵粉、磷鐵粉、氧化釔、氧化鎂、氧化鋁、氧化鉿等的一種以上，較佳為選自硼化鐵粉、磷鐵粉、磷銅粉及磷青銅粉的一種以上。
作為硼化鐵粉，粒徑範圍較佳為5~200μm，更佳為10~100μm，再更佳為20~50μm。
作為磷鐵粉，粒徑範圍較佳為5~200μm，更佳為10~ 100μm，再更佳為10~30μm。
此外，上述各燒結助劑粉的粒徑範圍係指藉由雷射繞射法所測得的值(D
50)。
摩擦材組成物中之燒結助劑粉的含量為0.5~ 5質量%，較佳為0.5~4質量%，更佳為0.5~3質量%。
透過摩擦材組成物中之燒結助劑粉的含量處於上述範圍內，可提高鐵粉或鎳粉的燒結性而提升摩擦材的強度，使摩擦時的轉矩波形更容易平坦化(更容易抑制剎車尖銳聲的產生)，更容易抑制摩擦時黏著於對象材料，且更容易呈現期望的摩擦係數。
摩擦材組成物中之基質用金屬粉的合計含有比例，只要如前述為42~95質量%即可，較佳為49.5~90質量%，更佳為59~84質量%。
透過基質金屬的合計含有比例處於上述範圍內，可提升摩擦材的強度，同時可發揮合宜的耐制動衰退性。
摩擦材組成物中，除基質用金屬粉以外亦可視需求含有其他添加劑。作為其他添加劑，可舉出例如摩擦調整材。摩擦調整材不特別限制，可舉出例如選自潤滑材料及硬質材料的一種以上。
上述潤滑材料可舉出選自石墨粉、焦炭粉、氟化鈣粉、氟化鋇粉、氮化硼粉及二硫化鉬粉的一種以上。
上述硬質材料可舉出選自氧化鋁粉、莫來石粉、鋯砂粉及矽石粉的一種以上。
另外，摩擦調整材可舉出選自錳粉、氧化鐵粉、Fe-Mo合金粉、FeSi合金粉、Fe-W合金粉、雲母粉及沸石粉的一種以上。此外，此處所舉出之錳粉等，由於非為燒結時進行燒結之物質，而非為基質用金屬粉。
摩擦材組成物中之摩擦調整材的含量較佳為5~58質量%，更佳為10~50.5質量%，再更佳為16~41質量%。
透過摩擦材組成物中之摩擦調整材的含量處於上述範圍內，於高功率下耐摩耗性、耐熱性亦優良，且具有更高的摩擦係數，同時在重複使用時，仍可抑制摩擦係數或耐摩耗性降低。
進而，摩擦材組成物可視需求含有作為補強纖維之選自碳纖維、碳化矽纖維、硼纖維、二氧化矽/氧化鋁纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、鋼纖維及其他無機纖維或金屬纖維(銅及銅合金系除外)的一種以上。
燒結金屬摩擦材可透過使用上述摩擦材組成物，以向來週知之方法適宜進行成形後，經燒結處理而製造。
例如可藉由將各成分混合而調製摩擦材組成物後，進行加壓成形而得到成形體，再將該成形體進行加壓燒結而製造。
就上述成形時及加壓燒結處理時的處理條件，可採用向來週知之條件。
本實施形態之燒結金屬摩擦材可適用於作為離合器材或剎車材，具體而言為離合器襯片材、剎車來令片材、剎車墊材等。對象材料不特別限定，較佳為SUS材。
根據本實施形態，透過採用上述特定組成之摩擦材組成物，可發揮如下效果。
首先，使用缺銅摩擦材組成物時，一般而言無法維持成形體的成形強度，而難以獲得燒結金屬摩擦材。相對於此，根據本實施形態，透過併用2種鎳，並進一步採用特定的組成，儘管缺乏銅，仍可獲致高成形強度。
鎳係與富流動性的球狀鎳，及用於建構生胚成形體之粉體間網路的鏈狀鎳併用。
諸如前述，將球狀鎳粉的體積設為Ni
1Vol、鏈狀鎳粉的體積設為Ni
2vol時，摩擦材組成物較佳滿足下述式(1)：
(式1)0.25≦Ni
2vol/(Ni
1Vol+Ni
2vol)≦0.75。
此外，比「Ni
2vol/(Ni
1Vol+Ni
2vol)」只要為0.25以上，則可維持成形體強度，而更容易獲得成形體。又，比「Ni
2vol/(Ni
1Vol+Ni
2vol)」只要為0.75以下，則難以發生纖絲間彼此的交纏、難以形成凝聚物，而難以損及粉體的流動性。
又，當對象材料為SUS材時，如使用含銅摩擦材組成物，則會因銅的潤滑性而使制動力下降。相對於此，根據本實施形態，由於係使用銅的含量較少的摩擦材組成物，即使對象材料為SUS材，仍會發生藉由鍛燒所產生之適度的黏著摩耗，可自滑動初期階段獲得一定的摩擦力。
[實施例]
以下為了更詳細說明本發明，而對實施例加以說明。惟，本發明不應由以下實施例限定性地解釋。
實施例1~3、比較例1~7
表1示出實施例1~3、比較例1~7之組成。此外，表1所記載之數值的單位為「質量份」。
依循表1所示組成，將基質用金屬粉(銅粉、錫粉、鋅粉、鐵粉、磷鐵粉、不鏽鋼粉、球狀鎳粉、鏈狀鎳粉)及其他添加劑(錳粉、SiO
2、莫來石、螢石、Zr砂、石墨及焦炭)混合，調製成摩擦材組成物。將所得摩擦材組成物加壓成形成既定形狀，而得到成形體。藉由將所得成形體載置於鍍銅鋼板上，於還原環境中，以溫度850℃進行燒結，而得到燒結金屬摩擦材。
此外，銅粉係使用粒徑40μm者。
錫粉係使用粒徑30μm者。
鋅粉係使用粒徑30μm者。
鐵粉係使用粒徑80μm者。
磷鐵粉係使用粒徑20μm者。
球狀鎳粉係使用粒徑為10μm、鬆散容積比重為1.6~ 2.6g/cm
3者。
鏈狀鎳粉係使用粒徑為8μm、鬆散容積比重為0.50~ 0.80g/cm
3者。
針對實施例1~3及比較例1~7，評估有無凝聚物、成形體的抗折力、燒結金屬摩擦材的剪切強度及摩耗性。具體而言，係如下評估。
(有無凝聚物)
利用目視或顯微鏡等，觀察在摩擦材組成物的調製時有無產生凝聚物。
(抗折力)
使用13mm×33mm的模具製作成形體，根據3點彎曲試驗測定成形體(燒結前)的抗折力。支點間距離係設為25mm。
(剪切強度)
使用所得燒結金屬摩擦材，依循JIS D4422測定剪切強度。
(摩耗性)
使用所得燒結金屬摩擦材，以不鏽鋼製盤碟為對象材料並以乾式進行測力計試驗。試驗條件係設定依據JASO T204之條件、慣量設為12.5kgm
2，改變初速度與減速度來測定摩擦材特性(摩擦係數、摩耗量(mm)及轉矩曲線)。試驗編碼係如表2所記載。
表3示出有無凝聚物、抗折力及剪切強度的測定結果。此外，表3中一併示出Fevol比(Fe
vol/(Fe
vol+ Ni
1Vol+Ni
2vol))、Ni
2vol/(Ni
1Vol+Ni
2vol)、及Cu含量值。此外，表3中，實施例1~3及比較例3~6的Cu含量值非為0wt%，此係因含有無可避免之雜質的銅之故。又，表3中，就物性合格與否，如抗折力為150cm
2以上、剪切強度為5.0MPa以上時係評為「〇」，除此之外者則評為「×」。
又，表4示出摩耗性的試驗結果。
如比較例1~3所示，若減少銅的含量，則成形體的強度(抗折力)會降低。尤其是就鎳粉僅使用球狀鎳粉的比較例3，抗折力減至127(N/cm
2)。另一方面，鎳粉僅使用鏈狀鎳粉的比較例4及5，其抗折力優異或產生凝聚物。鏈狀鎳粉的含量較比較例4減少的比較例6，凝聚物的問題雖獲得解決，但墊片摩耗量高達0.69mm，而損及摩耗性。
相對於此，就鎳粉併用球狀鎳粉與鏈狀鎳粉的實施例1~3，可獲得150N/cm
2以上的抗折力及5.0MPa以上的剪切強度，具有實用上無問題之程度的物性。又，未發生凝聚物的問題。且墊片摩耗量亦為0.6mm以下而良好。
Claims (7)
- 一種燒結金屬摩擦材，其係摩擦材組成物之燒結材，其中， 前述摩擦材組成物係含有42~95質量%的基質用金屬粉， 前述基質用金屬粉係含有： 以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鐵粉，與 以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鎳粉， 前述摩擦材組成物的銅含有率為0.5質量%以下， 前述鎳粉係包含球狀鎳粉與鏈狀鎳粉。
- 如請求項1之燒結金屬摩擦材，其中將前述球狀鎳粉的體積設為Ni 1Vol、前述鏈狀鎳粉的體積設為Ni 2vol時，係滿足下述式(1)： (式1)0.25≦Ni 2vol/(Ni 1Vol+Ni 2vol)≦0.75。
- 如請求項2之燒結金屬摩擦材，其中將前述鐵粉的體積設為Fe vol時，係滿足下述式(2)： (式2)0.33≦Fe vol/(Fe vol+Ni 1Vol+Ni 2vol)≦0.66。
- 如請求項1~3中任一項之燒結金屬摩擦材，其中前述摩擦材組成物進一步含有0.5~10質量%的鋅粉。
- 如請求項1~3中任一項之燒結金屬摩擦材，其中前述摩擦材組成物進一步含有0.5~5質量%的錫粉。
- 如請求項4之燒結金屬摩擦材，其中前述摩擦材組成物進一步含有0.5~5質量%的錫粉。
- 一種燒結金屬摩擦材之製造方法，其係具備： 將包含鐵粉及鎳粉的原料混合，而調製摩擦材組成物之步驟，與 將前述摩擦材組成物進行燒結，而調製燒結金屬摩擦材之步驟；其中 前述摩擦材組成物係含有42~95質量%的基質用金屬粉， 前述基質用金屬粉係含有： 以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鐵粉，與 以前述摩擦材組成物的質量為基準計為20~40質量%的鎳粉， 前述摩擦材組成物的銅含有率為0.5質量%以下， 前述鎳粉係包含球狀鎳粉與鏈狀鎳粉。
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