JP3262365B2 - ブレーキディスクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄道、自動車等の車両に
用いられる軽量のアルミニウム合金製ブレーキディスク
の製造方法に関し、特にアルミニウムより活性な金属含
有合金粉末を用い、フレーム溶射被膜の密着力を向上さ
せたブレーキディスクの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブレーキディスクは相手材であるブレー
キライニングに対して頻繁に摩擦される部品であること
から、そのブレーキライニングに摺動される表面は、優
れた耐熱性、耐摩耗性を有することが要求される。

【０００３】従来のブレーキディスクは鋳鉄系およびス
テンレス鋼系のものが主に使用されており、素材の耐摩
耗性、耐熱性を利用したものが用いられている。しか
し、鉄系ブレーキディスクでは比重が７．２〜７．８と
高く、ブレーキディスクの軽量化に対応できない。

【０００４】このためブレーキディスクの軽量化という
要請に応じて鉄系からアルミニウム合金系へ素材が変更
されつつある。このアルミニウム合金系を用いた場合に
は、耐熱性、耐摩耗性が著しく悪いという課題がある。

【０００５】そこで、セラミックス粒子等をアルミニウ
ム合金中に分散させて耐熱性、耐摩耗性を向上させたブ
レーキディスクやアルミニウム合金上へ耐摩耗性材料を
溶射して被膜を形成し、表面にのみ現用材料と同等の特
性を付与したブレーキディスクが提案されている。

【０００６】しかるに、セラミックス粒子等を分散させ
たアルミニウム複合材料を用いてブレーキディスクを製
造する場合、非常に高硬度なセラミックス粒子の切削や
研削等の機械加工が難しく、加工コストが非常に高くな
る。

【０００７】一方、アルミニウム合金表面に耐摩耗性材
料を形成する場合には、大気中の溶射では密着力が高く
ないために剥離を生じるという問題がある。すなわち、
アルミニウム合金へのフレーム溶射は大気中の酸素が密
着力を低下させるため、減圧プラズマ溶射法を用いて密
着力を向上させる必要がある。しかし、この減圧プラズ
マ溶射法は、設備コストおよびランニングコストがフレ
ーム溶射に比べ非常に高いという課題を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる課題
を解決すべくなされたもので、摺動面が良好な耐摩耗
性、耐熱性を有し、しかも経済性に優れ、かつ軽量化を
図るために簡易なフレーム溶射によっても密着力を向上
させたブレーキディスクの製造方法を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、ア
ルミニウム合金製ブレーキディスクの摺動面に、リチウ
ムおよび／またはマグネシウムを０．２〜５．０ｗｔ％
含有する合金粉末を塗布した後、塗布した金属を溶融す
ることなく、ニッケル−アルミニウム基合金粉末をフレ
ーム溶射し、溶射被膜を形成することによって達成され
る。

【００１０】

【００１１】以下、本発明の製造方法をさらに詳細に説
明する。本発明では、ブレーキディスクの素材として、
軽量化の要請からアルミニウム合金が用いられる。アル
ミニウム合金の組成は特に限定されない。このように本
発明ではアルミニウム合金でブレーキディスク本体を形
成しているため、鋳鉄単体のブレーキディスクに比較
し、比重のみで比較した場合約６５％の軽量化が図れる
と同時に、熱伝導率も７倍程度の値を示し放熱性の向上
が図れる。

【００１２】一方、アルミニウム合金の弾性率は鋳鉄の
約３５％であることから、鋳鉄級の強度を得るためには
約１．５倍の厚さを必要とする。これを考慮に入れた場
合でもアルミニウム合金製ブレーキディスクの重量は、
従来の鉄系ブレーキディスクに比べ約５０％の軽量化が
図れる。

【００１３】本発明では、このアルミニウム合金製のブ
レーキディスクの摺動面に、リチウムおよび／またはマ
グネシウムを０．２〜５．０ｗｔ％含有する合金粉末を
塗布する。具体的な合金粉末としては、例えばアルミニ
ウム−リチウムおよび／またはマグネシウム、亜鉛−リ
チウムおよび／またはマグネシウム、アルミニウム−ケ
イ素−リチウムおよび／またはマグネシウム、アルミニ
ウム−銅−リチウムおよび／またはマグネシウム等が挙
げられるが、アルミニウム−リチウムおよび／またはマ
グネシウムがアルミニウム合金と溶射被膜との密着力の
点から最も好ましい。これら合金粉末中のリチウムおよ
び／またはマグネシウムの含有量は０．２〜５．０重量
％が望ましい。

【００１４】ブレーキディスクの摺動面に、リチウムお
よび／またはマグネシウムを０．２〜５．０ｗｔ％含有
する合金粉末を塗布する方法は特に限定されず、摺動面
に散布するだけでもよいし、バインダーを用いて塗布し
ても良い。この際の塗布厚みは５〜３０μｍ程度が望ま
しい。

【００１５】本発明では、このリチウムおよび／または
マグネシウムを０．２〜５．０ｗｔ％含有する合金粉末
を塗布した面に、塗布した金属を溶融することなく、ニ
ッケル−アルミニウム基合金粉末をフレーム溶射し、耐
熱性、耐摩耗性に優れた溶射被膜を形成する。このフレ
ーム溶射とは、通常溶射法に用いられる酸素／アセチレ
ンガス燃焼の炎を用いる簡便な溶射法である。

【００１６】ここで用いられるニッケル−アルミニウム
基合金粉末には、モリブデン、クロム、鉄、ホウ素、ケ
イ素、銅、酸化アルミニウム、二酸化チタン、三酸化二
クロム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ニ
ッケルから選ばれる少なくとも１種を含有してもよく、
その含有量は１〜１０重量％が好ましい。

【００１７】また、必要に応じて、この溶射被膜の上
に、上記のリチウムおよび／またはマグネシウムを０．
２〜５．０ｗｔ％含有する合金粉末を塗布し、さらにフ
レーム溶射によって溶射被膜を形成するといった積層溶
射被膜を形成してもよい。

【００１８】このようにして、摺動面の耐摩耗性、耐熱
性に優れ、しかも安価かつ軽量なブレーキディスクが得
られる。

【００１９】

【実施例】以下、実施例等に基づき本発明を具体的に説
明する。

【００２０】実施例１ アルミニウム合金５０８３の板状試験片（寸法１０ｍｍ
×１００ｍｍ×１００ｍｍ）上に、１．０重量％リチウ
ム−アルミニウム合金粉末を塗布厚が１０μｍとなるよ
うに散布した。

【００２１】次に、この散布面にフレーム溶射によっ
て、６．０重量％クロム−７．０重量％アルミニウム−
ニッケル合金粉末の溶射被膜を形成した。

【００２２】得られた溶射被膜と板状試験片の密着力を
下記の方法によって測定した。その結果を、使用したリ
チウムおよび／またはマグネシウムを０．２〜５．０ｗ
ｔ％含有する合金粉末の組成、塗布厚、溶射方法と共に
表１に示す。

【００２３】［密着力試験方法］図１に示す密着試験器
を用いた。同図において、１はアルミニウム合金の板状
試験片、２は溶射被膜、３は接着剤、４は治具、５は素
材固定治具をそれぞれ示す。接着面は直径２０ｍｍのア
ルミニウム製治具４を使用し、接着方法は治具４底部と
溶射被膜２を二液タイプの強力接着剤３を用いて接着
し、室内で２４時間以上保持した後、密着試験を行な
い、密着面の破断力を密着力とした。

【００２４】実施例２〜１６ 表１に示されるように、リチウムおよび／またはマグネ
シウムを０．２〜５．０ｗｔ％含有する合金粉末の種類
や塗布厚を変更した以外は実施例１と同様にして板状試
験片上に溶射被膜を形成した。実施例１と同様の方法に
よって密着力を測定し、その結果を表１に示す。

【００２５】実施例１７ フレーム溶射するニッケル−アルミニウム基合金粉末と
して、５．０重量％モリブデン−７．０重量％アルミニ
ウム−ニッケル合金粉末を用いた以外は実施例１と同様
にして板状試験片上に溶射被膜を形成した。実施例１と
同様の方法によって密着力を測定し、その結果を表１に
示す。

【００２６】比較例１ リチウムおよび／またはマグネシウムを０．２〜５．０
ｗｔ％含有する合金粉末を塗布しない以外は実施例１と
同様にフレーム溶射によって板状試験片上に溶射被膜を
形成した。実施例１と同様の方法によって密着力を測定
し、その結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１の結果から明らかなように、実施例１
〜１７は比較例１と比べていずれも密着力が向上してい
る。

【００２９】試験例１ （摩耗試験）下記供試材料および試験方法よって摩耗量
を測定した。

【００３０】（１）供試材料 本発明処理材：直径５５ｍｍ×厚さ５ｍｍのアルミ
ニウム合金５０８３試験片に１．０ｗｔ％リチウム−ア
ルミニウム合金粉末を塗布厚が１０μｍとなるように散
布した。次に、この散布面にフレーム溶射によって、
６．０重量％クロム−７．０重量％アルミニウム−ニッ
ケル合金粉末の溶射被膜を形成した。 アルミニウム合金＋減圧プラズマ：直径５５ｍｍ×
厚さ５ｍｍのアルミニウム合金５０８３試験片に５０Ｔ
ｏｒｒ減圧下、アルゴン雰囲気中で減圧プラズマ溶射を
行ない、６．０重量％クロム−７．０重量％アルミニウ
ム−ニッケル合金粉末の溶射被膜を形成した。 鋳鉄：直径５５ｍｍ×厚さ５ｍｍの鋳鉄（ＦＣ２
５）を用いた。 アルミニウム合金素材：直径５５ｍｍ×厚さ５ｍｍ
のアルミニウム合金５０８３試験片をそのまま用いた。

【００３１】（２）試験方法 ピン・オン・ディスク試験機にて、次の条件下で試験を
行なった。 相手材のライニング試験片：直径８ｍｍ×長さ１５
ｍｍの現用銅系焼結合金を用いた。 潤滑：無潤滑 摩擦速度：６ｍ／ｓｅｃ 接触面圧力：０．５ＭＰａ 摩擦距離：３Ｋｍ（０．５Ｋｍ毎に重量を測定して
摩耗量とした）

【００３２】（３）試験結果 結果を図２に示す。図２に示されるように、摩耗量は、
現用材料である鋳鉄の１／５程度であり、減圧プラズマ
法を用いた場合と同様に優れていることが判る。

【００３３】試験例２ （熱安定性試験）摩擦熱による熱衝撃の溶射被膜に及ぼ
す影響を評価すべく、下記供試材料および試験方法よっ
て溶射被膜の熱安定性を測定した。

【００３４】（１）供試材料 本発明処理材：実施例１で得られた試料を用いた。 減圧プラズマ材：実施例１で用いた試験片に、５０
Ｔｏｒｒ減圧下、アルゴン雰囲気中で減圧プラズマ溶射
を行ない、６．０重量％クロム−７．０重量％アルミニ
ウム−ニッケル合金粉末の溶射被膜を形成した。 フレーム溶射材：比較例１で得られた試料を用いた。

【００３５】（２）試験方法 各供試材料を４５０℃、１時間保持後、２０℃の水に急
冷する。この操作を２００回繰返して溶射被膜の剥離情
況を観察した。

【００３６】（３）試験結果 結果を下記に示す。 本発明処理材：未剥離 減圧プラズマ材：未剥離 フレーム溶射材：剥離大

【００３７】このように、従来のフレーム溶射法では、
被膜の剥離が見られるが、本発明の処理法では、減圧プ
ラズマ法と同様に被膜の剥離は見られず、熱安定性にも
優れていることが判る。

【００３８】これらの試験例１〜２の結果から、本発明
により得られたブレーキディスクは、耐摩耗性、耐熱性
の点からも充分に使用に耐えることが判る。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
により得られたアルミニウム合金製ブレーキディスク
は、その摺動面と溶射被膜が強固に密着しているので、
溶射被膜が剥離することがない。従って、摺動面が高い
耐熱性、耐摩耗性を有すると共に、ブレーキディスクの
軽量化が実現できる。また、減圧プラズマ溶射法を用い
た場合のような高価な設備コストおよびランニングコス
トを必要としないので、経済的にも極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例および比較例に用いた密着試験器の概
略断面図。

【図２】 試験例１における摩耗量と摩擦距離との関係
を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−99447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−275986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−145761（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−57672（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−83842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−164775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−253779（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−240677（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−60855（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16D 65/12 C23C 4/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摺動面に、リチウムおよび／またはマグ
   ネシウムを０．２〜５．０ｗｔ％含有する合金粉末を塗
   布した後、塗布した金属を溶融することなく、ニッケル
   −アルミニウム基合金粉末をフレーム溶射することを特
   徴とするアルミニウム合金製ブレーキディスクの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記ニッケル−アルミニウム基合金粉末
   が、モリブデン、クロム、鉄、ホウ素、ケイ素、銅、酸
   化アルミニウム、二酸化チタン、三酸化二クロム、酸化
   マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ニッケルから選
   ばれる少なくとも１種を１〜１０重量％含有する請求項
   １に記載のブレーキディスクの製造方法。