CN100396952C - 摩擦装置 - Google Patents

Abstract

一种摩擦装置，包括至少一对互相接触的滑动面。所述摩擦装置包括包含碳化硅的摩擦材料，以及配合材料，其中包含碳化钨的金属陶瓷层形成在所述配合材料的滑动面中。

Description

摩擦装置

技术领域

本发明涉及一种摩擦装置，其用于提供高摩擦系数和高耐磨性。

背景技术

传统地，为了产生制动力在摩擦材料和转动的配合材料之间引起摩擦的摩擦装置是广为人知的。盘式制动装置作为这种摩擦装置的一个典型示例被讨论。

在传统的摩擦装置中，通常将由其中有机物和无机物的混合物用有机的粘结材料硬化的复合材料组成的摩擦材料，与由金属或其中无机物分散在金属中的复合材料组成的配合材料相结合。

对于高性能的摩擦装置，摩擦装置的重量减轻和小型化是必要的要素。为了达到摩擦装置的重量减轻和小型化，需要作为摩擦装置必要特性的高摩擦系数和高耐磨性。

例如，日本早期公开专利申请号2004-035871公开了一种用于提高摩擦材料的磨损特性的改进的摩擦材料，其集中于达到摩擦装置的高摩擦系数。但是，如果改进了摩擦材料的磨损特性，则会出现其中配合材料的磨损损耗也增加的问题。

为了消除该问题，已经有一个摩擦装置的示例，其中对应于摩擦材料的配合材料是由SiC基的纤维增强复合材料而不是金属组成。但是，这样的摩擦装置非常昂贵，并且还存在配合材料的磨损损耗在一定条件下不变小的问题。

此外，日本早期公开专利申请号2001-317573公开了一种摩擦装置的示例，其中在对应于摩擦材料的配合材料的表面上形成硬金属陶瓷层。尽管通过使用这样的金属陶瓷层提高了耐磨性，但是在上述的文献中没有如何提高摩擦装置的摩擦系数的教导。在上述的文献中没有如何达到摩擦装置的高摩擦系数和高耐磨性两者的教导。

在传统的摩擦装置中，摩擦系数和耐磨性具有互补的关系，并且对于传统的摩擦装置，很难达到高摩擦系数和高耐磨性两者。例如，如果为了提高摩擦系数而提高了摩擦材料的磨损特性，则存在配合材料的磨损损耗增大的问题。

此外，有一个摩擦装置的示例，其中为了提高粘附特性并提高摩擦力，而将增加量的金属元素添加到摩擦材料中。但是，这样的摩擦装置具有其中摩擦系数显著地依赖于温度并且可能发生卡死的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种其中消除了上述问题的改进的摩擦装置。

本发明的另一个目的是提供一种能够得到高摩擦系数和高耐磨性两者的摩擦装置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种包括至少一对互相接触的滑动面的摩擦装置，所述摩擦装置包括：包含碳化硅的摩擦材料；和配合材料，其中包含碳化钨的金属陶瓷层形成在配合材料的滑动面中。

本发明实施例中的摩擦装置指在摩擦材料的滑动面和配合材料的滑动面互相在其上滑动时产生摩擦的装置。

根据本发明的上述的摩擦装置，包含在摩擦材料中的碳化硅用于得到摩擦装置的高摩擦系数，并且形成在配合材料的滑动面中的金属陶瓷层用于抑制构成摩擦装置的摩擦材料和配合材料的磨损。

本发明的上述的摩擦装置可以被构造成包含在摩擦材料中的碳化硅在5-35％(体积百分比)的范围内。根据这种构成，可以得到高摩擦系数，并且摩擦装置可以保持在合适的状态。

本发明的上述的摩擦装置可以被构造成包含在摩擦材料中的碳化硅具有5-80微米范围内的平均粒径。根据这种构成，可以减少配合材料的磨损损耗，并且可以减少制造成本。

本发明的上述的摩擦装置可以被构造成以350-700摄氏度范围内的温度热处理该摩擦材料。根据这种构成，可以去除不必要的有机组分，并且如果摩擦装置在500摄氏度左右的温度经历热处理，则摩擦系数可以保持在较高的状态并且可以在其它环境下得到高摩擦系数的稳定性。

盘式制动装置作为本发明的摩擦装置的一个示例被讨论。本发明的上述的摩擦装置可以被构造成配合材料被用作盘式制动装置的转子而摩擦材料被用作盘式制动装置的衬垫。根据这种构成，可以获得具有高摩擦系数和高耐磨性的盘式制动装置。

根据本发明的摩擦装置，可以获得高摩擦系数和高耐磨性两者。

附图说明

在结合附图阅读时，本发明其它的目的、特性和优点将从下面的详细描述中变得更清楚。

图1是示出其中实施本发明的摩擦装置的盘式制动装置的构成的示图。

图2是用于说明本发明的实施例及对比示例中的每个的构成的图表。

图3是用于说明本发明的实施例及对比示例的评价结果的图表。

图4是用于说明评价结果的合格标准的图表。

具体实施方式

将参考附图提供本发明的实施例的描述。

以下，盘式制动装置将被作为本发明的摩擦装置的一个应用示例被讨论。图1示出其中实施本发明的摩擦装置的盘式制动装置的构成。

在图1的盘式制动装置10中，活塞16被液压源或电动机驱动，使得与轮胎18一体地转动的转子20的两侧被衬垫30夹紧来产生制动力。

在盘式制动装置10中，在本发明的摩擦装置中摩擦材料的示例是衬垫30，并且在本发明的摩擦装置中配合材料的示例是转子20。在制动时，转子20的一个滑动面和衬垫30中的一个的滑动面互相接触，并且转子20的另一个滑动面和另一个的衬垫30的滑动面互相接触。

转子20包含由诸如铸铁或钛等金属制成的基底22，和由WC(碳化钨)-Co(钴)合金制成并形成在基底22的滑动面中的金属陶瓷层24。

在图1的盘式制动装置10中，衬垫30可以由包含作为磨损材料的碳化硅并且还包含已知组分的复合材料组成。此实施例的衬垫30包括：形成衬垫的框架的纤维基底；包含碳化硅的磨损材料；将纤维基底粘结到磨损材料的粘结材料；以及分散并填充在纤维基底、磨损材料和粘结材料的基体组织中的填充材料。

任何诸如钢纤维的金属纤维、诸如芳族聚酰胺纤维等的有机纤维可以被用作纤维基底。纤维基底也可以包含诸如铜粉末等的金属粉末。

诸如酚醛树脂的热固性树脂可以用作粘结材料。

任何诸如硫酸钡或氢化钙的无机填料、诸如石墨或焦炭的固体润滑剂、诸如漆酚粉末(其是漆树油固化物质)的有机高分子聚合物粉末、诸如二氧化硅的研磨剂，以及其它用于摩擦调整的添加剂可以被用作填充材料。

对于用作磨损材料的碳化硅，优选的是碳化硅占构成衬垫30的整个组分的相对含量是在5-35％(体积百分比)的范围内。如果碳化硅的相对含量在5％(体积百分比)以下，则摩擦系数变得相当小。如果碳化硅的相对含量在35％(体积百分比)以上，则粘结特性下降并且损害了制造的便利性。

对于用作磨损材料的碳化硅，优选的是碳化硅具有5-80微米范围内的平均粒径。如果碳化硅的平均粒径在5微米以下，碳化硅的制粉较困难并且制造成本增加。如果碳化硅的平均粒径在80微米以上，则转子20的磨损损耗增加。

随后，将对本发明的实施例1-7和对比示例1-8的各个摩擦装置进行描述。基于图2中所示的各个摩擦装置的组分构成，生产了实施例1-7和对比示例1-8的各自的摩擦装置。

首先，将说明生产衬垫的方法。在此例子中的衬垫对应于构成图2中所示的实施例1-7和对比示例1-8的各自的摩擦装置中的每个的摩擦材料。

在干法中通过使用Eirich(爱立许)搅拌器将衬垫的各种原料混和5分钟至均匀，并得到原料的混合物。

原料混合物被供应到设置有隔板的模具，使得用原料混合物制造出衬垫的预定形状。模具被加压至200kg/cm²，并在160摄氏度下加热10分钟，并进行衬垫的热固塑型。

然后，通过热固塑型得到的固体物质在230摄氏度下被硬化3小时。在硬化之后所涉及的本发明的实施例和对比示例的每个的固体物质经受温度在350-700摄氏度范围内的热处理。

上述的热处理是在Ar(氩气)气氛中通过将固体物质在预定的温度保持六小时来进行的。这样准备的衬垫的每个用酚醛树脂粘合剂粘结到衬板用于形状调整。用作磨损材料的碳化硅的硬度是2600(Hv)。

接下来，将说明制造转子的方法。在此例子中的转子对应于构成图2所示的实施例1-7和对比示例3-8的各自的摩擦装置中的每个的配合材料。

实施例1-7和对比示例3-8的每个的转子按照如下准备：在由铸铁制成的基底上进行WC-Co粉末的热喷镀，并且在进行热喷镀之后研磨转子的表面，使得得到的转子上具有大约300微米的厚度。

不必在转子的整个基底表面上进行WC-Co粉末的热喷镀，并且必要的仅仅是只在转子的与衬垫的滑动面接触的滑动面上进行WC-Co粉末的热喷镀。

接下来，将说明实施例1-7和对比示例1-8的各自的摩擦装置中的每个的衬垫和转子的评价结果。

对于实施例1-7和对比示例1-8的各自的摩擦装置中的每个的转子和衬垫的摩擦特性，在进行JASO检测时的摩擦和磨损特性作为指标被评价。

图3是用于说明实施例1-7和对比示例1-8的评价结果的图表。图3或图4中的“最小μ”表示当在平均的摩擦系数情况下产生最小的制动力时的瞬时摩擦系数的最小值。

图4是用于说明实施例1-7和对比示例1-8的每个的评价结果的合格标准的图表。对于实施例1-7和对比示例1-8的每个的图3中所示的检测结果综合地进行判断如下。

A：图4中所示的所有合格标准都满足并且不存在接近合格标准的检测结果。

B：图4中所示的所有合格标准都满足并且存在接近合格标准的任何检测结果。

C：图4中所示的一些合格标准不满足。

对于实施例1-7和对比示例1-8的每个的图3所示的检测结果，上述的判断符号(A，B，C)被用在评价结果的判断列中。

如图3中所示，确定的是实施例1-7的每个的检测结果满足图4中所示的所有合格标准。另一方面，对比示例1-8的每个的检测结果表明摩擦装置的摩擦系数降低或者摩擦装置的磨损损耗加重。

因此，确定的是到衬垫(其是摩擦材料)的碳化硅添加剂允许改进磨损特性并允许增大摩擦系数。此外，确定的是包含碳化钨的金属陶瓷层在转子表面中(其是配合材料)的形成允许减小摩擦材料和配合材料(其构成摩擦装置)的每个的磨损损耗。

更具体地，可以确定的是在碳化硅的相对含量为5％(体积百分比)时，如在实施例4中的情况下，图4中的所有合格标准都可以满足。另一方面，可以确定的是在碳化硅的相对含量为1％(体积百分比)时，如在对比示例6中的情况下，摩擦系数下降。

此外，可以确定的是在碳化硅的粒径为80微米时，如在实施例7中的情况下，图4中的所有合格标准都可以满足。另一方面，可以确定的是在碳化硅的粒径大于80微米时，如在对比示例7和8中的情况下，转子的磨损损耗增加。

接下来，考虑评价结果中依赖于衬垫(其是摩擦材料)的热处理的温度的差异。可以确定的是在由WC-Co合金制成的金属陶瓷层形成在转子的滑动面中而没有进行热处理时，如在对比示例3中的情况下，摩擦系数的稳定性变差。

但是，当在500摄氏度左右的高温下进行衬垫(其是摩擦材料)的热处理时，不需要的有机组分可以从衬垫去除。并且如果摩擦装置在500摄氏度左右的高温经受热处理，摩擦系数可以保持在较高的状态并且可以在其它环境下获得高摩擦系数的稳定性。

为了进一步提高上述的性能，期望在350-700摄氏度的范围内的温度下在惰性气体(见实施例2和3)的气氛中进行衬垫(摩擦材料)的热处理。

Claims (5)

1.一种摩擦装置，包括至少一对互相接触的滑动面，所述摩擦装置包括：

摩擦材料(30)，所述至少一对滑动面中的一个位于所述摩擦材料上，并且所述摩擦材料包含碳化硅；和

配合材料(20)，所述至少一对滑动面中的另一个位于所述配合材料上，并且包含碳化钨的金属陶瓷层形成在所述配合材料的所述滑动面中。

2.如权利要求1所述的摩擦装置，其中包含在所述摩擦材料(30)中的碳化硅在5-35体积％的范围内。

3.如权利要求1所述的摩擦装置，其中包含在所述摩擦材料(30)中的碳化硅具有5-80微米范围内的平均粒径。

4.如权利要求1所述的摩擦装置，其中所述摩擦材料(30)以350-700摄氏度范围内的温度被热处理。

5.如权利要求1至4任一项所述的摩擦装置，其中所述配合材料(20)被用作盘式制动装置(10)的转子，并且所述摩擦材料(30)被用作盘式制动装置的衬垫。

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