DE2924540C2

DE2924540C2 - Reibbelag auf metallischer Basis für Kupplungen oder Bremsen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2924540C2
Application number: DE2924540A
Authority: DE
Inventors: Gerard Garges Les Gonesse Gladel; Fernand Hery sur Alby Peilloud
Original assignee: Regie Nationale des Usines Renault; Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: Regie Nationale des Usines Renault; NTN Europe SA
Priority date: 1978-06-20
Filing date: 1979-06-19
Publication date: 1984-09-20
Also published as: IT1121828B; GB2026540B; FR2429066A1; ES481671A0; JPS5569242A; GB2026540A; US4384053A; DE2924540A1; IT7923683A0; JPS5919178B2; ES8101959A1; FR2429066B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibbelag auf metallischer Basis für Kupplungen oder Bremsen und ein Verfahren zur Hersteilung eines solchen Reibbeiags.

Bei Reibbelägen auf metallischer Basis sind die Stoffe, welche die Reibung*- und/oder Gleiteigenschaften des Belages beeinflussen, einer Sintermetallmatrix einverleibt Die Beläge werden daher nach Verfahren der PuI-vermetallurgie aus einer Mischung von metallischen und nichtmetallischen Pulvern zusammengesetzt, die auf einen Träger aufgebracht und in öfen oder unter Druck gesintert werdea

Die Reibbeläge, die gegenwärtig am weitesten verbreitet sind, werden durch ein Gemisch mit einem hohen Gehalt an Asbestfaser, einem Elastomer, Metallspänen, denen gegebenenfalls Elemente zugesetzt sind, die dazu dienen, dem Belag besondere Eigenschaften zu verleihen, gebildet Diese Elemente können Kohlenstoff sein, der es ermöglicht, Schwankungen des Reibungskoeffizienten zu vermeiden, Tonerde oder Siliciumdioxid, die es ermöglichen, Materialübertragungen zwischen dem sich drehenden Teil und dem Belag zu vermeiden, gewisse Hochtemperatur-Mineralsalze, welche die Stabilisierung des Reibungskoeffizienten bei hohen Temperaturen ermöglichen. Der Zusammehalt des Belages wird gewährleistet durch die Verwendung eines wärmebeständigen Kunstharzbindemittels. Die Beläge für hohe Temperaturen, die beispielsweise in der Luftfahrttechnik verwendet werden, werden durch eine metallische Basis aus Kupfer oder Eisen und Gemischen der vorerwähnten zusätzlichen Elemente gebildet Andere Zusätze werden ebenfalls manchmal dazugegeben, um den Sinterungsvorgang zu erleichtern und die Beständigkeit bei hohen Temperaturen zu erhöhen.

Halbmetallische Beläge ohne Asbest die gegenwärtig eine intensive Entwicklung erfahren, werden aus Metall in fern verteiltem Zustand mit Zusatz der vorerwähnten Elemente hergestellt Der Zusammenhalt des Belages wird in diesem Falle mit Hilfe eines wärmebeständigen Kunstharzbindemittels sichergestellt

Eine verschleißfeste Sinterlegierung nach der DE-OS 2206416 besitzt ein Sinterskelett das 0,2 bis 15% Chrom, 0,2 bis 1,0% Kohlenstoff und den Rest Eisen enthält Die Poren des Sinterskeletts werden mit einer Metallegierung auf Kupfer- oder Bleibasis getränkt Dies erfordert die Anwendung einer Temperatur, die zumindest über der Schmelztemperatur der Metalle liegt mit denen das Sinterskelett getränkt werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reibbelag auf metallischer Basis zu schaffen, der bei hoher mechanischer Festigkeit ein beträchtliches freies Volumen zum Einbetten von Reibungszusatzstoffen zwecks Einstellung des Reibverhaltens hat Außerdem soll mit vorliegender Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reibbelags geschaffen werdea

Diese Aufgaben werden mit einem Reibbelag gemäß Anspruch 1 bzw. mit einem Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst

Erfindungsgemäß wird das Produkt gebildet aus einem feinen faserigen Stahlpulver mit einer Schüttdichte zwischen 0,2 und 1,5 g/cm³, dessen Gehalt an Kohlenstoff zwischen 0,95 und 1,10 Gewichtsprozent liegt und dessen Gehalt an Chrom zwischen 130 und 1,60 Gewichtsprozent beträgt und das thermisch so behandelt wird, daß die mikroskopische Struktur fein verteilt kugelige Eisen- und Chromcarbide von der Formel (FeCr)₃C in einer gemischten Matrix aus Martensit von hoher Festigkeit und verformbarem Austenit zeigt

Diesem Pulver werden sodann Zusatzstoffe zugesetzt die ihm besondere Eigenschaften hinsichtlich der Regelmäßigkeit des Reibungskoeffizienten, der Aufrechterhaltung seiner Beständigkeit bei hoher Temperatur verleihen, sowie Zusatzstoffe, welche das Sintern des Pulvers erleichtern, wenn das letztere zur Herstellung von gesinterten Reibbelägen bestimmt ist oder organische wärmebeständige Harze, welche den Zusammenhalt des Materials ermöglichen, wenn das letztere zur Herstellung von halbmetallischen Reibbelägen bestimmt ist

Das vorerwähnte faserhaltige Pulver, das eine verhältnismäßig geringe Schüttdichte besitzt die zwischen 0,2 g/cm³ und 1,5 g/cm³ liegt ermöglicht die Herstellung von Produkten, die ein beträchtliches freies Volumen zwischen den Teilchen aufweisen müssen.

Die Bildung des Pulvers mit einer Fasertextur ermöglicht eine bessere Verbindung der Fasern im Vergleich zu derjenigen, die mit körnigen Pulvern erhalten wird. Außerdem erhält man, da die Verankerung der möglichen Zusatzstoffe erleichtert ist eine größere mechanische Festigkeit der Teile.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im folgenden in Verbindung mit den Figuren näher erläutert Es zeigen

Fig. 1, 2 und 3 in starker Vergrößerung Muster von faserigen Pulvern;

F i g. 4 das Herstellungsverfahren des Pulvers; F i g. 5 das Beugungsbild eines Pulvermusters unter Röntgenstrahlen.
Der Reibbelag baut auf einem Pulver von Stahlfasern

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auf, die 035% bis 1,10% Kohlenstoff und 130% bis höht die Verformbarkeit und damit die Zusammen-

1,60% Chrom enthalten. Gemäß Fig. 1 und 2 sind in drückbarkeitdes faserigen Pulvers,
diesen Schleifmittelrückstande r zu erkennen. Diese

stammen von einem Schleifwerkzeug, das in der Phase 1 Die Körnung und die Reinheit der erhaltenen feuch-

des Herstellungsverfahrens des Pulvers verwendet wird, 5 ten Pulver P hängen von den gewählten Schleifmitteln

welche Phase 1 in einer Schleifbehandlung mit der ab. Die Verwendung herkömmlicher Schleifscheiben

Schleifscheibe wie z. B. eines Stabes aus Stahl mit den hat im Pulver die Anwesenheit von Aluminiumoxid und

vorerwähnten Gehalten besteht Siliciumdioxid sowie gesinterter oder organischer Bin-

Der Vorgang wird unter Verwendung einer KühlHüs- demittel, die im Schleifwerkzeug enthalten sind, zur FoI-

sigkeitsströmung 1 (Fig. 4) durchgeführt, die Korro- io ge. In einem Trennvorgang 3 wird das Pulver vor dem

sionsschutcrjsatzstoffe enthält, um eine zu starke Oxi- Trocknungsvorgang 4 (F i g. 4) gereinigt Beispielsweise

dation der Stahlteilchen bei hohen Temperaturen und kann diese Trennung der Materialien durch Magnetab-

durch die Flüssigkeit zu vermeiden. scheidung geschehen. Im Falle von Schleifwerkzeugen

Bei dieser Schleifbehandlung werden die von der auf gegossener Basis sind diese Verunreinigungen nicht Oberfläche des Werkstückes abgetragenen Teilchen so- 15 vorhanden.

fort auf eine Temperatur gebracht, die gewöhnlich bei Die nach diesem Verfahren hergestellten faserigen

900⁰C liegt Die durch die Flüssigkeit herbeigeführte Pulver sind Bauelemente von offener metallischer

Kühlung bewirkt eine Härteumwandlung bei jedem der Struktur, bei denen das Volumen der Hohlräume zwi- Stahlteilchen. Die durch optische Mikroskopie und sehen den Teilchen durch die Ausübung einer geeignet Röntgenstrahlenbeugung festgestellte Sti uktur zeigt 20 gewählten Druckbelastung geregelt werden kann. Das

feinverteilt kugelige Eisen- und Chromcarbide der For- freie Volumen zwischen den Teilchen gestattet das Ein-

mel (FeCr)₃C, deren Durchmesser gewöhnlich kleiner verleiben beispielsweise von organischen Zusatzstoffen

als 3 μπι ist, die einer Matrix aus hochfestem Martensit (Harze mit polymerisierbaren Bindungen), minerali-

und verformbarem Austenit einverleibt sind. sehen Zusatzstoffen oder metallischen Zusatzstoffen.

Wie sich aus Fig.4 ergibt, werden die sehr feinen 25 Beispielsweise können Reibbeläge für Bremsen aus

Stahlteilchen, die von der Oberfläche des Werkstücks folgenden Gemischen hergestellt werden:
durch die Schleifkörner abgetragen werden, durch die

Flüssigkeitsströmung 1 + zu einer Behandlungsstation 2 Beispie! 1:

gefördert, bei welcher sie von der flüssigen Phase ge- 65%getrocknetes Pulver aus faserigem Stahl

trennt und dann getrocknet werden. 30 15% Reibungszusatzstoffe, welche die Einstellung

Es können alternativ die folgenden Schleifwerkzeuge des Reibungskoeffizienten des Belages ermög-

verwendet werden: liehen,

20%polymerisierbares Phenolbindemittel.

— die herkömmlichen mit Schleifkörnern, beispielsweise Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid, durch 35 Beispiel 2:

Sinterung oder mit organischen Bindemitteln gebil- 75%getrocknetes Stahlfaserpulver, teilweise oxi-

deten Schleifscheiben diert

— die durch Gießen gebildeten Schleifwerkzeuge, de- 15%Reibungszusatzstoffe, welche die Einstellung ren mikroskopische Struktur freie Carbide oder des Reibungskoeffizienten des Belages ermögdurch große Härte gekennzeichnete Verbindungen 40 liehen

zeigt. 10%polymerisierbares Phenolbindemittel.

Die Darstellung der mikroskopischen Struktur nach Beispiel 3: Fig.3, die eine 10Ofache Vergrößerung einer Probe fa- 79%getrocknetes Stahlfaserpulver, teilweise oxi-

serigen Pulvers ist, umhüllt von einem polymerisierten 45 diert

Bindemittel, zeigt die Verteilung der Carbide von kuge- U%Reibungszusatzstoffe, welche die Einstellung

liger Form in der martensitischen und austenitischen des Reibungskoeffizienten des Belages ermög-

Matrix. liehen

Das Beugungsbild von F i g. 5, das durch Beugung von 10%polymerisierbares Phenolbindemittel.
Röntgenstrahlen durch eine Pulverprobe erhalten wur- 50

de, zeigt das Vorhandensein von Intensitätsmaxima (Im- Wie es die Beispiele 1,2 und 3 zeigen, kann der Anteil pulse je Sekunde · 10³) entsprechend der austenitischen des Stahlfaserpulvers beträchtlich variiert werden. In Struktur. In der Abszisse ist der Braggsche Winkel θ der Tat können die Beläge 30—85 Gewichtsprozent feiaufgetragen. Der Anteil an Austenit, beweitst durch nes Stahlfaserpulver enthalten, während der Rest bis bekannte Methoden, liegt zwischen 10 und 20 Volumen- 55 100% durch Füllstoffe und Bindemittel gebildet wird, prozent Dieser Anteil hängt vor allem von dem Küh- Der genaue Anteil jedes der Bestandteile wird entsprelungsvermögen der verwendeten Flüssigkeit 1 ab. chend den Gebrauchseigenschaften des Bremsbelages

Die Merkmale des Pulvers ergeben sich aus der be- eingestellt

sonderen metallurgischen Struktur desselben: Die Füllstoffe können beispielsweise Schleifmittel, fe-

60 ste Schmiermittel, Geräusch- oder Schwingungsdämpf-

— das Vorhandensein von kugeligen Eisen- und stoffe und thermische Stabilisierungsmittel sein.
Chromcarbiden von der Formel (FeCr)₃C bewirkt Die vorerwähnte Mischung wird in einer geeigneten eine Verstärkung der Verschleißfestigkeit; Preßform mit geringem Druck und bei Umgebungsiem-

— das Vorhandensein einer vorwiegend martensiti- peratur verdichtet, um eine Vorform des Belages zu sehen Matrix hat eine sehr hohe Bruchfestigkeit 65 erhalten. Die Vorform wird sodann in ihre endgültige unter Zugbeanspruchung zur Folge, die bei diesem Form mit geringem Druck und bei einer Temperatur Stahltyp zwischen 1200 MPa und 2000 MPa liegt; von etwa 160 Grad gepreßt.

— das Vorhandensein von Austenit in der Matrix er- Die Reibbeläee können mit kurzen Fasern von ver-

schiedensten Formen hergestellt werden. Die hergestellten Produkte können entweder ein ungeordnetes metallisches Gerüst oder ein geordnetes metallisches Gerüst aufweisen, beispielsweise von der Art, wie es mit ferromagnetischen Teilchen erhalten wird, die durch ein elektromagnetisches Induktionsfeld ausgerichtet werden, das vor ihrer Verbindung angelegt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprache:

1. Reibbelag auf metallischer Basis für Kupplungen oder Bremsen, bestehend aus 30 bis 85Ge- s wichtsprozent eines getrockneten Stahlfaserpulvers mit einer Schüttdichte zwischen 0,2 und 1,5 g/cm³ und einem Gehalt an Kohlenstoff zwischen 035 und 1,10%, Chrom zwischen 130 und 1,60 Gewichtsprozent, welches nach Wärmebehandlung fein verteilt kugelige Eisen- und Chromcarbide der Formel (FeCr)₃C in einer Matrix aus hochfestem Martensit und verformbarem Austenit zeigt, und ein polymerisierbares organisches Bindemittel sowie Reibungszusatzstoffe als Rest

2. Reibbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlfaserpulver mittels Abrieb an gegossenem Schleifwerkzeugen oder an aus Schleifkömern wie Silicium- oder Aluminiumoxid durch Sinterung oder organische Bindung gebildeten Werkzeugen erhaltenes Material ist

3. Reibbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das organische polymerisierbare Bindemittel ein polymerisierbares Phenolbindemittel ist

4. Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Mischung aus Stahlfaserpulver, Bindemitteln und Zusatzstoffen in einer Preßform bei geringem Druck und bei Umgebungstemperatur zu einer Vorform verdichtet wird und daß anschließend die Vorform bei geringem Druck und erhöhter Temperatur von etwa 160 Grad Celsius in die endgültige Form gepreßt wird.

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