高速铁道用烧结摩擦材料制造技术

本发明专利技术提供具有高制动力且制动力的高温稳定性优异的烧结摩擦材料。本发明专利技术的烧结摩擦材料具有如下的化学组成：以质量%计含有7.5%以上的Fe、50%以上的Cu、5～15%的石墨、0.3～7%的二硫化钼和0.5～10%的二氧化硅，Fe/Cu为0.15～0.40。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供具有高制动力且制动力的高温稳定性优异的烧结摩擦材料。本专利技术的烧结摩擦材料具有如下的化学组成：以质量%计含有7.5%以上的Fe、50%以上的Cu、5～15%的石墨、0.3～7%的二硫化钼和0.5～10%的二氧化硅，Fe/Cu为0.15～0.40。【专利说明】高速铁道用烧结摩擦材料
本专利技术涉及作为高速铁道车辆所使用的制动器衬片材料、盘式制动器衬垫材料有用的烧结摩擦材料。
技术介绍
德国的ICE、法国TGV等世界上的高速铁道具有超过300km/h的行驶速度正在成为常识。在日本国内，也有JR各公司致力于新干线的速度提高。为了谋求速度提高，从高速也能可靠地停止的制动器是不可或缺的。尤其是，在地震等自然灾害的危险性高的日本，再生制动不工作时，用于可靠且以短距离使列车停止的制动器的性能、可靠性的提高是必需的。作为制动器衬片材料、盘式制动器衬垫材料等所使用的材料，公开了各种烧结材料(参照专利文献I-8)。由现有的金属系烧结材料构成的衬片大多添加硬质颗粒(二氧化硅等陶瓷)等，产生机械作用(刮擦作用)，由此确保摩擦系数(μ )，也有一部分通过在衬片中添加Fe等元素来提高摩擦系数。例如，专利文献7中公开了一个技术方案，其涉及“一种铜系烧结摩擦材料，其特征在于，由组成为锡粉:0.5-15wt%、锌粉:0.I-30wt%、镍粉:5-25wt%、铁粉:5-25wt%、不锈钢粉:0.1-20wt%、铜粉:余量的基体金属成分55-80wt%、润滑材料、摩擦调节材料等填料成分20-45wt%的烧结体形成，(I)铁粉与不锈钢粉的总量为8-28wt%,(2)铁粉是在氢气或氨气气氛中、在600-1200°C的温度下热处理过的粒径范围为40-150 μ m的电解铁粉。”。引用文献7的技术方案中，组合使用电解铁粉和不锈钢粉时，铁成分作为阻碍烧结性的成分发挥作用，在基体相的铁成分的周边产生空隙，产生与摩擦材料中的气孔、磨削材料类似的作用，在高制动化时顺利地发挥功能。专利文献8中记 载了一种技术方案，其涉及“一种烧结摩擦材料，其以金属材料作为基体，包含磨削材料和润滑材料，其中，作为前述基体的金属材料，包含铸铁25-50体积％和铜I-7体积％。”。专利文献8的技术方案通过使用Fe系的烧结材料来代替现有的Cu系的烧结材料从而提高了高温制动时的摩擦特性。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开昭60-106932号公报专利文献2:日本特开昭63-109131号公报专利文献3:日本特开平2-10857号公报专利文献4:日本特开平3-68091号公报专利文献5:日本特开平6-45837号公报专利文献6:日本特开平7-65132号公报专利文献7:日本特开2006-16680号公报专利文献8:日本特开2007-126738号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题现有技术都没有在掌握制动盘与衬片间的滑动机理的基础上进行衬片的成分/组织的设计，几乎全都只不过是实验性的设计。另外，对于通过硬质颗粒的刮擦作用以图得到制动力的方式，可以预想到会难以应对高速铁道的进一步高速化(350km/h以上)，存在安全方面的问题。另外，通过硬质颗粒的刮擦作用以图得到更高的制动力时，需要大量的昂贵的硬质颗粒，因此，可预想到会明显提高制造成本。专利文献7的技术方案中，例如，如实施例的表I等所示那样，烧结材料整体中的Cu的含量少(至多41质量％)，因此得不到充分的导热性。专利文献8的技术方案是Fe的含量多于Cu的Fe系的烧结材料,其是与像制动盘那样的对偶材料(mating material)同样的材料，因此，制动时的磨耗量极端地增多。本专利技术为了解决这种现有技术的问题，目的在于提供对钢制的对偶材料(例如，制动盘)具有高摩擦系数和优异的耐磨耗性的高速铁道用烧结摩擦材料。用于解决问题的方案本专利技术人等特别研究了构成与锻钢制或铸钢制的圆盘配合使用的衬片的烧结摩擦材料。于是确认到，使用在构成烧结摩擦材料的金属材料中添加了 Fe粉的衬片时，在制动时与对置的圆盘所含的Fe反应，两者的Fe彼此凝结而显示出高摩擦系数。这种同种金属间或共晶系等在滑动时熔接性增大的效果在摩擦学(tribology)领域作为“同质合金效应(same-metal phenomenon) ”而公知，出于发生烧熔等理由，作为机械部件被视为不优选。另一方面，已知通过在金属材料中添加Fe，尽管摩擦系数上升，但会产生在制动时温度过度上升而耐磨耗性极端地降低的问题。本专利技术人等为了解决上述问题而进行了深入研究，结果发现，通过在金属相中添加适量的Fe使金属相自身 具有提高摩擦系数的功能，并且以显示高热导率的Cu作为金属相的基本成分来防止由Fe添加导致的过度的温度上升，能够提高制动力的高温稳定性。图1、图2和图3是整理在160km/h、325km/h和360km/h的各试验条件下平均摩擦系数与Fe/Cu的值的关系而得到的图。图中〇为在950°C下进行了烧结的材料，?为在1000°C下进行了烧结的材料、□为在1030°C下进行了烧结的材料。各材料的化学组成示于后文的实施例的表I。如图1所示，在160km/h的试验中，存在Fe/Cu的值越大、平均摩擦系数也越大的倾向。但是，如图2所示，在325km/h的试验中，存在Fe/Cu的值越大、平均摩擦系数全部降低的倾向。如图3所示，尤其是在365km/h的试验中，在Fe/Cu大的区域，平均摩擦系数的降低显著。由此可知，在160km/h左右的速度条件下，Fe/Cu的值大会使平均摩擦系数上升，但在对于高速铁道可预想的350km/h以上这样的速度条件下，过度增大Fe/Cu时，反而平均摩擦系数降低，制动力降低。本专利技术是基于上述见解而做出的，以下述(A)-(E)所示的烧结摩擦材料为要旨。(A) 一种高速铁道用烧结摩擦材料，其以质量％计含有7.5%以上的Fe、50%以上的Cu、5-15%的石墨、0.3-7%的二硫化钥和0.5-10%的二氧化硅，Fe/Cu为0.15-0.40。(B) 一种高速铁道用烧结摩擦材料，其特征在于，通过如下的磨耗试验而求出的烧结摩擦材料的平均磨耗量M与平均摩擦系数F的关系满足M <38.2XF+0.345的关系，所述磨耗试验中，准备由具有上述(A)所示的化学组成的烧结摩擦材料形成的、具有长度55mm、宽度38_、厚度15_的尺寸的四对衬片，将这些衬片绕着制动盘的转轴等间隔配置于外径400mm、厚度20mm的锻钢制制动盘的半径170mm的位置，通过从制动盘的两面以2.24kN的压力按压而将初速度365km/h的车轮制动。(C)根据上述(A)或(B)的高速铁道用烧结摩擦材料，其特征在于，作为Fe粉，使用轧钢皮粉(mill scale powder)。(D)根据上述(A)-(C)中任一项的高速铁道用烧结摩擦材料，其特征在于，密度为4.6以上。(E)根据上述㈧-⑶中任一项的高速铁道用烧结摩擦材料，其特征在于，在IOOO0C以上的温度下进行了烧结。专利技术的效果本专利技术的高速铁道用烧结摩擦材料具有高制动力，而且制动力的高温稳定性优异。因此，本专利技术的高速铁道用烧结摩擦材料例如适于用作在交通运输车辆中对制动力要求最闻的闻速铁道的制动器衬片。 【专利附图】【附图说明】 图1是整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：石本史雄，香月太，阿佐部和孝，神田修，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：
国别省市：