JP4197751B2

JP4197751B2 - Metallic friction material and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP4197751B2
Application number: JP04846897A
Authority: JP
Inventors: 英一西井; 昭彦葛西; 雅美中込
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2017-02-17
Also published as: JPH10226842A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、メタリック摩擦材、詳しくは金属材料をマトリックスとし、少なくとも摩擦調整材、固体潤滑材を加えて固相焼結してなり、車両用ブレーキ材などとして使用されるメタリック摩擦材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、二輪車、産業用車両、鉄道車両、航空機などのブレーキ材、クラッチ材などとして使用される摩擦材、とくに自動車、二輪車の摩擦材としては、従来、摩擦調整材、固体潤滑材などの充填材料を樹脂で結合させたレジン摩擦材が用いられていたが、近年、低公害や省資源など、環境問題に対応するため車両の軽量化の要請が強く、そのために車両部品であるブレーキ材などに対しても軽量化が要求されている。
【０００３】
ブレーキ材の軽量化を達成するためには、その小型化が有効であり、摩擦材に要求される▲１▼高摩擦係数、▲２▼耐摩耗性、▲３▼耐熱フェード性について、一層の性能向上が求められているが、従来のレジン摩擦材では性能向上に限界がある。一方、充填材料を金属材料マトリックスで結合したメタリック摩擦材は、耐熱フェード性に優れ、より良好な耐摩耗性をそなえていることから、軽量化の先行している二輪車ではすでに主流となっており、自動車分野においても、レジン摩擦材に代わりその使用が期待されている。
【０００４】
しかしながら、メタリック摩擦材は、レジン摩擦材に比較して、ブレーキ制動時に異音（ブレーキ鳴き）が発生し易いという難点がある。レジン摩擦材については、ブレーキ鳴き頻度は、その弾性率に比例することが知られているが、メタリック摩擦材のうち、とくに液相焼結材は強度が得られ易い代わりに弾性率が高く、ブレーキ鳴きが生じ易い。ブレーキ鳴きに対しては、レジン摩擦材を対象として種々の防止対策が提案されているが（特開平4-39376 号公報、特開平4-114085号公報、特開平4-283287号公報、特開平5-17739 号公報) 、いずれもメタリック摩擦材には適用し難く、適用したとしても、摩擦材の特性が損われるおそれがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、メタリック摩擦材における従来の上記問題点を解消するために、マトリックスとなる金属材料の組成、充填材料とその原料粒径および含有割合、焼結形成された摩擦材の圧縮弾性率などとブレーキ鳴き発生との関連について多角的に実験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、摩擦材として必要な特性および強度を確保しながら、弾性率が低く、ブレーキ材として使用した場合、制動、係合時に発生するブレーキ鳴きを大幅に低減させることができるメタリック摩擦材を提供することにある。
【０００６】
さらに、メタリック摩擦材は、ブレーキ材などへの適用に関連して、通常、鋼板を裏金とした芯材と一体に接合して製品化されるので、摩擦材と芯材を位置ずれなしに強固に接合する技術が製造上の重要な工程となる。本発明で特定されたメタリック摩擦材と芯材とを高い接合強度で一体としたメタリック摩擦材を得るためのメタリック摩擦材の製造方法を提供することも本発明の目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１によるメタリック摩擦材は、金属材料をマトリックスとし、少なくとも摩擦調整材、固体潤滑材を加えて固相焼結した後、常温で再圧縮してなる焼結摩擦材であって、マトリックスを形成する金属材料が主要成分としてＣｕとＮｉを含み、摩擦調整材および固体潤滑材は粒径が１０〜３００μｍの粉粒体であり、摩擦材全体に対し合計量で１５〜５０％含有していることを構成要件とし、以下の特徴を有する。
【０００８】
すなわち、マトリックスを形成する金属材料が、ＣｕとＮｉとの重量比（Ｎｉ／Ｃｕ）で０．１〜０．５であって、摩擦材全体に対し、ＣｕとＮｉを合計重量で５０〜８５％含有し、Ｃｕよりも溶融点の高い、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗのうちの２種以上を、摩擦材全体に対し、合計量で１５％以下（但し、ＣｕとＮｉの合計含有量が８５％を越えないものとする）の範囲で含有してなり、Ｃｕよりも溶融点の低い、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎの合計含有量を０．５％未満に制限したことを特徴とする。
【０００９】
また、圧縮弾性率が２０〜６５ｋｇｆ／ｍｍ ^２、気孔率が３５〜５５％、曲げ強度が４００ｋｇｆ／ｃｍ ^２以上の範囲に調整されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によるメタリック摩擦材の製造方法は、上記のメタリック摩擦材と鉄系材料からなる芯材を、ろう材を介して接合すること、および芯材の接合面にＣｕメッキを施し、摩擦材との間に、ろう材として銀ろうまたはＣｕ系急冷凝固ろう材を介挿して、加熱ろう付け接合することを特徴とする。
【００１１】
本発明において、マトリックスを形成する金属材料は、主要成分としてＣｕとＮｉを含有する。ＣｕとＮｉは固相焼結によりＣｕ同士またはＣｕとＮｉ同士の固相拡散により部分的に接合または合金化してマトリックスの強度を高め、耐摩耗性を向上させる。上記のマトリックス特性を得るために、ＣｕとＮｉとの重量比（Ｎｉ／Ｃｕ）が０．１〜０．５であって、ＣｕおよびＮｉが、摩擦材全体に対し、合計重量で５０〜８５％含有するマトリックスを形成することが好ましい。
【００１２】
充填材としては、少なくとも摩擦調整材および固体潤滑材を加える。摩擦調整材としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚｒ₂Ｏ₃などの金属酸化物、ムライト、コークスなどが用いられ、固体潤滑材としては、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、ＣａＦ₂などが適用される。本発明においては、これらの摩擦調整材および固体潤滑材は、粒径１０〜３００μｍの粉粒体からなり、摩擦材全体に対し、合計含有量を１５〜５０％とするのが好ましい。摩擦調整材および固体潤滑材の粒径が下限未満ではこれらの添加効果が小さく、摩擦材の曲げ強度などの強度特性が劣る。上限を越えると、粒子の脱落、相手板への攻撃性が高くなるなどの不具合が生じる。合計含有量が１５％未満では摩擦係数が低下し易く摩擦係数の安定性に劣り、５０％を越える場合は強度特性が劣る。なお、摩擦調整材および固体充填材の他に、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの硬質粒子、カーボン繊維、炭化ケイ素繊維、炭化ケイ珪素ウイスカーなどの繊維質補強材を添加することもできる。
【００１３】
マトリックスを構成する金属材料中に、Ｃｕよりも溶融点の高い金属および合金（但し、Ｎｉを除く）のうちの１種または２種以上を、摩擦材全体に対し、合計量で１５％以下の範囲で含有させることにより、摩擦特性の改善を図ることができる。但し、この場合、ＣｕとＮｉの合計含有量が８５％を越えないものとする。上記の金属としては、とくにＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗが好ましく、合金としては、Ｎｉ−Ｃｕ系、Ｎｉ−Ｃｒ系などのＮｉ合金、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏなどの成分を含むＦｅ系合金などが好ましい。これらの金属、合金は粉粒体、繊維、ウイスカーなどの形態で使用できる。マトリックスを構成する金属材料中に、Ｃｕと相溶してＣｕの融点を下げる金属として、Ｃｕより溶融点の低いＳｎ、Ｐｂ、Ｚｎなどの金属、合金を添加することがあるが、この場合は焼結が促進され摩擦材が緻密化してブレーキ鳴きが生じ易くなるので、上記低融点金属、合金の含有量は０．５％未満に制限するのが好ましい。
【００１４】
本発明のメタリック摩擦材においても、摩擦材をブレーキ材として使用した場合、ブレーキ鳴き頻度は圧縮弾性率と相関することが認められ、ブレーキ鳴きを十分に低減するためには、摩擦材の圧縮弾性率を１０〜６５ｋｇｆ／ｍｍ²に調整することが好ましい。より好ましくは５５ｋｇｆ／ｍｍ²以下に調整する。また、曲げ強度は圧縮弾性率と相関するので、曲げ強度を４００ｋｇｆ／ｃｍ²以上とするには圧縮弾性率を２０ｋｇｆ／ｍｍ²以上に調整することが望ましい。このブレーキ鳴き一圧縮弾性率と曲げ強度一圧縮弾性率の関係から、ブレーキ摩擦材としては圧縮弾性率を１５〜６５ｋｇｆ／ｍｍ²の範囲より好ましくは２０〜５５ｋｇｆ／ｍｍ²の範囲に調整することで良好な特性が得られる。摩擦材の気孔率は、曲げ強度、すなわち圧縮弾性率に影響するが、気孔率は３５〜５５％に制御するのが好ましく、３５％未満の気孔率では、圧縮弾性率が大きくなってブレーキ鳴きが生じ易くなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のメタリック摩擦材を得るには、図１に示すように、マトリックスを構成するＣｕとＮｉを、例えばＣｕ粉（電解粉）、Ｎｉ粉（カルボニル粉）および／またはＣｕ−Ｎｉ合金粉をＮｉ／Ｃｕ比：０．１〜０．５として供給し、Ｃｕよりも溶融点の高いＣｒ、Ｆｅなどの金属の粉体、粒径が１０〜３００μｍのＳｉＯ₂粉末などの摩擦調整材、粒径が１０〜３００μｍの黒鉛粉末などの固体潤滑材を準備し、これらの粉末を摩擦調整材および固体潤滑材の含有量が１５〜５０％となるよう配合して乾式混合し、例えば、２〜６ｔ／ｃｍ²の加圧力を加えて所定の形状に成型する。
【００１６】
成型後、還元性雰囲気中あるいは真空下において、７５０〜１０５０℃の温度域で固相焼結を行う。焼結温度が１０５０℃を越えると、マトリックスのＣｕが溶融して、液相焼結となり、きわめて高い強度が得られる反面、圧縮弾性率も高くなるため、ブレーキ鳴きが発生し易いという問題が生じる。固相焼結後、常温で再圧縮することもでき、再圧縮することにより、気孔率が調整でき曲げ強度、圧縮弾性率の調整を行うことが容易となる。なお、再圧縮力は、０．０５〜１ｔ／ｃｍ²の範囲が好ましい。
【００１７】
得られたメタリック摩擦材を芯材と接合するには、Ｓ４５Ｃ、ＳＰＣＣなどの鋼板製芯板を用意し、好ましくは芯板の接合面にＣｕメッキを施し、ろう材を塗布、接着、溶射などの手段で被覆したのち、摩擦材と芯板とを重ね、真空雰囲気または水素ガス雰囲気などの還元性雰囲気中において、例えば６００〜９００℃の温度に加熱し、ろう材を介して両者を接合する。
【００１８】
ろう材としては、銀ろう、またはＣｕ系の急冷凝固ろう材が好ましい。Ｃｕ系の急冷凝固ろう材は、例えばＣｕ₈₀Ｓｎ₂₀の組成からなり、微細結晶構造を有し、流動性に優れたものであり、箔として提供され、とくにＣｕ／Ｆｅのろう付けに適したものである。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例１
Ｃｕ粉（電解粉）、Ｎｉ粉（カルボニル粉）、高融点金属（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ）の粉末（〜２００メッシュ）、摩擦調整材としてムライトの粉末、固体潤滑材として黒鉛の粉末を準備し、これらを表1に示す配合割合（重量％）で混合し、成型したのち、Ｈ_２＋Ｎ_２ガス雰囲気中で固相焼結し、再圧縮することによりメタリック摩擦材を作製した。金属マトリックスの構成を表２に、成型圧力、焼結温度および時間、再圧縮圧力を表３に示す。また、作製されたメタリック摩擦材の特性を、併せて表３に示す。表３にみられるように、本発明に従って作製された摩擦材（試験材Ｎｏ．２〜５）はいずれも、優れた曲げ強度をそなえ、５５ｋｇｆ／ｍｍ^２は以下の圧縮弾性率を有している。なお、試験材Ｎｏ．１は参考例として示すものである。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
【表３】

【００２３】
比較例１
実施例１と同じ金属粉末、摩擦調整材および固体潤滑材として、実施例１と同様、ムライトおよび黒鉛の粉末を準備し、これらを混合、成型し、Ｈ₂＋Ｎ₂ガス雰囲気中において焼結したのち、再圧縮してメタリック摩擦材を作製した。なお、金属材料として、Ｚｎ、ＳｎおよびＰｂの粉末も用意した。各粉末の配合割合（重量％）を表４に示す。また、マトリックス（母材）の構成、および製造条件と得られた摩擦材の特性を、それぞれ表５、表６および表７に示す。
【００２４】
【表４】

【００２５】
【表５】

【００２６】
【表６】

【００２７】
【表７】

【００２８】
表６に示すように、試験材No.6はマトリックス中にＳｎを含有し、試験材No.9は、Ｚｎ、ＳｎおよびＰｂを含有しているため、気孔率が小さく、圧縮弾性率が65kgf/mm²を大きく越えている。試験材No.7は、摩擦調整材のムライトおよび固体潤滑材の黒鉛の粒径が小さいため、また試験材No.8は、ムライトおよび黒鉛の粒径が大き過ぎるため、いずれも曲げ強度が低い。試験材No.10 は、焼結温度が1100℃と高いため、マトリックス中のＣｕ分が溶融して液相焼結となったため、気孔率が低く、曲げ強度および圧縮弾性率が高くなっている。
【００２９】
また、表７にみられるように、試験材No.11 はマトリックス金属の量が少ないため、また試験材No.13 はマトリックス金属中のＮｉの含有比率が高いため、いずれも曲げ強度が十分でなく、試験材No.12 はマトリックス金属の量が多いため、また試験材No.14 はマトリックス金属中のＣｕの含有比率が高いため、いずれも圧縮弾性率が大きくなっている。
【００３０】
実施例２
実施例１のメタリック摩擦材（試験材Ｎｏ．２〜５）および参考例として示す試験材Ｎｏ．１を、外径１１７ｍｍ、幅３３ｍｍの形状に成形して面積３５ｃｍ^２のブレーキパッドを作製し、有効径２０７ｍｍのＦＣ２５製ベンチレーテッドディスクを相手材として、シリンダ面積１７．３ｃｍ^２のフローティング型ブレーキキャリバで、慣性質量を５ｋｇｆ・ｍ・ｓ^２として、ブレーキ鳴き試験を行った。試験パターンを表８に示す。
【００３１】
【表８】

【００３２】
鳴き試験は、表８に示すように、各制動前初速度について減速度を０．２、０．４および０．６Ｇと変えて各５回づつ、合計１０５回の制動を行い、この鳴き試験を５回繰り返して、平均摩擦係数、摩擦材（ライニング）の摩耗量、ディスクの摩耗量を測定し、鳴き係数を求めた。鳴き係数は、鳴き試験中に発生する鳴きの回数を制動回数で除して１００倍した値である。実車評価との関係においては、鳴き係数３０以下が好ましい。鳴き試験の結果を表９に示す。表９にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．２〜５は、摩耗量が小さく、いずれも鳴き係数が３０以下であり、ブレーキ鳴き発生は少なく、且つ摩擦係数も高く、ブレーキライニングおよびブレーキディスクの摩耗量も少なかった。
【００３３】
【表９】

【００３４】
試験材No.1、No.2およびNo.5について、圧縮弾性率を変えたものを作製し、それぞれについて実施例２に従って鳴き係数を求め、圧縮弾性率と鳴き係数の関係をプロットした。その結果を図２に示す。図２によれば、圧縮弾性率が５５〜６０ｋｇｆ／ｍｍ²以下の範囲で鳴き係数が３０以下となることがわかる。また、試験材No.1、No.2およびNo.5について、圧縮弾性率と曲げ強度の関係をプロットした結果を図３に示す。図３に示すように、両者には相関関係が認められる。
【００３５】
比較例２
比較例１のメタリック摩擦材（試験材No.6〜14）について、実施例２と同じ条件で鳴き試験を行った。結果を表１０および表１１に示す。表１０および表１１に示すように、試験材No.6、9 、10、12および14は、圧縮弾性率が大きいため、鳴き係数が高い。試験材No.7、8 、11および13は、強度が十分でないためライニングの摩耗量が大きい。試験材No.10 および12は強度が高過ぎることに起因してディスクの摩耗も激しい。
【００３６】
【表１０】

【００３７】
【表１１】

【００３８】
実施例３
試験材No.1、No.2およびNo.5をライニング材とし、芯板としてＳ４５Ｃの板材にＣｕメッキしたものを使用し、メッキ面を接合面として、Ｈ₂＋Ｎ₂ガス雰囲気中で820 ℃の温度に加熱し、ライニング材と芯板とをろう付け接合した。使用したろう材およびその形態、接合強度、付着面積を表１１に示す。接合強度は、ろう付け接合したライニング材と芯板について、芯板を固定し、ライニング材に対し接合面と平行に荷重を負荷し、接合面が剪断破壊したときの強度を求め、接合強度とした。表１２に示すように、本発明に従う試験材はいずれも、芯板とろう付け接合した場合、ろう付け後、付着面積は１００％であり十分な接合強度を有していた。
【００３９】
【表１２】

《表注》銀ろう：JIS 規格銀ろう(JIS BAg-8)
MBF2004B：日本非晶質金属（株）製アモルファスＣｕ／Ｓｎろう材
【００４０】
【発明の効果】
以上のとおり、強度、耐摩耗性に優れているとともに、ブレーキ材などとして適用した場合、制動、係合時に発生する異音（鳴き）が大幅に低減することを可能とするメタリック摩擦材が提供される。当該摩擦材は、芯板と接合する場合、ろう付け接合により優れた接合強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタリック摩擦材を製造するための工程を示す概略図である。
【図２】本発明のメタリック摩擦材における圧縮弾性率と鳴き係数との関係を示すグラフである。
【図３】本発明のメタリック摩擦材における圧縮弾性率と曲げ強度との関係を示すグラフである。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a metallic friction material, more specifically, a metallic friction material used as a vehicle brake material and the like, which is formed by solid phase sintering using a metal material as a matrix and adding at least a friction modifier and a solid lubricant. Regarding the method.
[0002]
[Prior art]
Friction materials used as brake materials and clutch materials for automobiles, motorcycles, industrial vehicles, railway vehicles, airplanes, etc., especially as friction materials for automobiles and motorcycles, conventional fillers such as friction modifiers and solid lubricants Resin friction materials bonded with resin have been used, but in recent years, there has been a strong demand for weight reduction of vehicles in order to deal with environmental problems such as low pollution and resource saving. Also, weight reduction is required.
[0003]
In order to reduce the weight of the brake material, it is effective to reduce its size, and (1) high friction coefficient, (2) wear resistance, and (3) heat-resistant fading required for the friction material Although the performance improvement is calculated | required, there exists a limit in performance improvement with the conventional resin friction material. On the other hand, metallic friction materials, in which the filler material is bonded with a metal material matrix, have excellent heat resistance and better wear resistance. In the automobile field, the use of resin friction materials is expected.
[0004]
However, the metallic friction material has a drawback in that abnormal noise (brake squeal) is likely to occur during braking as compared with the resin friction material. For resin friction materials, it is known that the frequency of brake squealing is proportional to its elastic modulus, but among metallic friction materials, liquid phase sintered materials have high elastic modulus instead of being easy to obtain strength, Brake noise is likely to occur. Various countermeasures against brake squeal have been proposed for resin friction materials (Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-39376, 4-114085, 4-283287, and Japanese Patent Laid-Open No. 4-283287). No. 5-17739) is difficult to apply to metallic friction materials, and even if applied, the properties of the friction material may be impaired.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the above-mentioned conventional problems in the metallic friction material, the present invention is a composition of the metal material used as the matrix, the filler material and its raw material particle size and content, the compression elastic modulus of the sintered friction material, etc. As a result of repeated experiments and studies on the relationship between the occurrence of brake squeal and brake noise, the purpose is to ensure the necessary properties and strength as a friction material while maintaining a low elastic modulus as a brake material. An object of the present invention is to provide a metallic friction material that can significantly reduce brake squeal that occurs during braking and engagement when used.
[0006]
In addition, metallic friction materials are usually produced by joining them together with a core material with a steel plate as the back metal in connection with application to brake materials, etc., so that the friction material and the core material are strong without misalignment. The technology of joining the two is an important manufacturing process. It is also an object of the present invention to provide a method for producing a metallic friction material for obtaining a metallic friction material in which the metallic friction material specified in the present invention and a core material are integrated with high joint strength.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the metallic friction material according to claim 1 comprises a metal material as a matrix, at least a friction modifier and a solid lubricant added thereto, solid-phase sintered , and then recompressed at room temperature. A friction material, in which the metal material forming the matrix contains Cu and Ni as main components, and the friction modifier and the solid lubricant are particles having a particle size of 10 to 300 μm, and the total amount of the friction material as a whole The content is 15 to 50%, and it has the following characteristics .
[0008]
That is, the metal material forming the matrix is 0.1 to 0.5 in terms of the weight ratio of Cu and Ni (Ni / Cu), and the total weight of Cu and Ni is 50 to 85 with respect to the entire friction material. 2% or more of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, and W, which has a melting point higher than that of Cu, and the total amount of the friction material is 15% or less (however, The total content of Sn, Pb and Zn, which has a melting point lower than that of Cu, is limited to less than 0.5%. characterized in that it was.
[0009]
Further, the compression elastic modulus is adjusted to 20 to 65 kgf / mm ² , the porosity is 35 to 55%, and the bending strength is adjusted to a range of 400 kgf / cm ² or more .
[0010]
A method for manufacturing a metallic friction material according to the present invention includes joining the metallic friction material and a core material made of an iron-based material via a brazing material, and applying Cu plating to a joint surface of the core material, In this case, a silver brazing material or a Cu-based rapidly solidified brazing material is interposed as a brazing material, and the heat brazing is performed.
[0011]
In the present invention, the metal material forming the matrix contains Cu and Ni as main components. Cu and Ni are partially bonded or alloyed by solid-phase diffusion between Cu or Ni by solid-phase sintering to increase the strength of the matrix and improve wear resistance. In order to obtain the above matrix characteristics, the weight ratio of Cu to Ni (Ni / Cu) is 0.1 to 0.5, and Cu and Ni are 50 to 85 in total weight with respect to the entire friction material. % Matrix is preferably formed.
[0012]
As the filler, at least a friction modifier and a solid lubricant are added. As the friction modifier, metal oxides such as SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , Zr ₂ O ₃ , mullite, coke, etc. are used, and as the solid lubricant, graphite, molybdenum disulfide, boron nitride, CaF _2, etc. Applies. In the present invention, these friction modifiers and solid lubricants are composed of powder particles having a particle size of 10 to 300 μm, and the total content is preferably 15 to 50% with respect to the entire friction material. If the particle size of the friction modifier and the solid lubricant is less than the lower limit, the effect of these additions is small, and the strength characteristics such as the bending strength of the friction material are inferior. Exceeding the upper limit causes problems such as dropout of particles and increased attack on the opponent plate. If the total content is less than 15%, the friction coefficient is liable to decrease, and the stability of the friction coefficient is poor, and if it exceeds 50%, the strength characteristics are inferior. In addition to the friction modifier and the solid filler, hard reinforcing materials such as silicon nitride and silicon carbide, and fibrous reinforcing materials such as carbon fibers, silicon carbide fibers, and silicon carbide whiskers can be added.
[0013]
In the metal material constituting the matrix, one or more of metals and alloys (excluding Ni) having a melting point higher than that of Cu are 15% or less in total amount with respect to the entire friction material. By containing in a range, the friction characteristics can be improved. However, in this case, the total content of Cu and Ni shall not exceed 85%. As the metal, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, and W are particularly preferable. As alloys, Ni alloys such as Ni—Cu and Ni—Cr, Cr, Ni, and Mo are used. Fe-based alloys containing components are preferred. These metals and alloys can be used in the form of particles, fibers, whiskers and the like. In the metal material constituting the matrix, a metal such as Sn, Pb, or Zn having a melting point lower than that of Cu or an alloy may be added as a metal that is compatible with Cu and lowers the melting point of Cu. Since sintering is promoted and the friction material becomes dense and brake noise is likely to occur, the content of the low melting point metal and alloy is preferably limited to less than 0.5%.
[0014]
Also in the metallic friction material of the present invention, when the friction material is used as a brake material, it is recognized that the brake squeal frequency correlates with the compression elastic modulus. It is preferable to adjust the rate to 10 to 65 kgf / mm ² . More preferably, it is adjusted to 55 kgf / mm ² or less. Further, since the bending strength correlates with the compression elastic modulus, it is desirable to adjust the compression elastic modulus to 20 kgf / mm ² or more in order to make the bending strength 400 kgf / cm ² or more. From the relationship of the brake squeal one compression modulus and flexural strength one compressive modulus, preferably from the range of compression modulus of 15~65kgf / mm ² as a brake friction material be adjusted to a range of 20~55kgf / mm ² Good characteristics can be obtained. The porosity of the friction material affects the bending strength, that is, the compression elastic modulus, but it is preferable to control the porosity to 35 to 55%. When the porosity is less than 35%, the compression elastic modulus increases and the brake squeal occurs. Is likely to occur.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to obtain the metallic friction material of the present invention, as shown in FIG. 1, Cu and Ni constituting the matrix, for example, Cu powder (electrolytic powder), Ni powder (carbonyl powder) and / or Cu-Ni alloy powder are used. Ni / Cu ratio: 0.1 to 0.5, a metal powder such as Cr or Fe having a melting point higher than Cu, friction modifier such as SiO ₂ powder having a particle size of 10 to 300 μm, particles A solid lubricant such as graphite powder having a diameter of 10 to 300 μm is prepared, and these powders are blended so that the content of the friction modifier and the solid lubricant is 15 to 50% and dry-mixed. It is molded into a predetermined shape by applying a pressing force of 6 t / cm ² .
[0016]
After molding, solid phase sintering is performed in a temperature range of 750 to 1050 ° C. in a reducing atmosphere or under vacuum. If the sintering temperature exceeds 1050 ° C., the Cu in the matrix melts and liquid phase sintering is achieved, so that a very high strength can be obtained, but the compression elastic modulus also increases, so that there is a problem that brake squeal is likely to occur. . After solid-phase sintering, it can be recompressed at room temperature. By recompressing, the porosity can be adjusted, and the bending strength and the compression elastic modulus can be easily adjusted. The recompression force is preferably in the range of 0.05 to 1 t / cm ² .
[0017]
In order to join the obtained metallic friction material to the core material, a steel plate core plate such as S45C, SPCC, etc. is prepared, preferably Cu plating is applied to the joint surface of the core plate, and brazing material is applied, adhered, sprayed, etc. After coating with the above means, the friction material and the core plate are overlapped and heated to a temperature of, for example, 600 to 900 ° C. in a reducing atmosphere such as a vacuum atmosphere or a hydrogen gas atmosphere, and both are joined via the brazing material. .
[0018]
As the brazing material, silver brazing or Cu-based rapid solidification brazing material is preferable. A Cu-based rapidly solidified brazing material is composed of, for example, Cu ₈₀ Sn ₂₀ , has a fine crystal structure, excellent fluidity, is provided as a foil, and is particularly suitable for brazing of Cu / Fe. Is.
[0019]
【Example】
Examples of the present invention will be described below in comparison with comparative examples.
Example 1
Cu powder (electrolytic powder), Ni powder (carbonyl powder), high melting point metal (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, W) powder (up to 200 mesh), mullite powder as a friction modifier, By preparing graphite powder as a solid lubricant, mixing them at the blending ratios (% by weight) shown in Table 1, molding, solid-phase sintering in H ₂ + N ₂ gas atmosphere, and recompressing A metallic friction material was produced. Table 2 shows the composition of the metal matrix, and Table 3 shows the molding pressure, sintering temperature and time, and recompression pressure. In addition, Table 3 shows the characteristics of the produced metallic friction material. As seen in Table 3, the friction materials (test materials No. 2 to 5) prepared according to the present invention all have excellent bending strength, and 55 kgf / mm ² has the following compression modulus. Yes. The test material No. 1 is shown as a reference example.
[0020]
[Table 1]

[0021]
[Table 2]

[0022]
[Table 3]

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Comparative Example 1
As in Example 1, the same metal powder, friction modifier and solid lubricant as in Example 1 were prepared, and mullite and graphite powders were mixed, molded, and sintered in an H ₂ + N ₂ gas atmosphere. Thereafter, it was recompressed to produce a metallic friction material. Note that Zn, Sn, and Pb powders were also prepared as metal materials. Table 4 shows the blending ratio (% by weight) of each powder. In addition, Table 5, Table 6, and Table 7 show the configuration of the matrix (base material), the manufacturing conditions, and the characteristics of the obtained friction material, respectively.
[0024]
[Table 4]

[0025]
[Table 5]

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[Table 6]

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[Table 7]

[0028]
As shown in Table 6, test material No. 6 contains Sn in the matrix, and test material No. 9 contains Zn, Sn and Pb, so the porosity is small and the compression modulus is 65 kgf. / a mm ² is beyond big. Test material No. 7 has a small bending strength due to the small particle size of mullite as a friction modifier and graphite as a solid lubricant, and test material No. 8 has a too large particle size of mullite and graphite. . Test material No. 10 has a sintering temperature as high as 1100 ° C, so the Cu content in the matrix melted and became liquid phase sintering, resulting in low porosity, high bending strength and compressive modulus. .
[0029]
In addition, as shown in Table 7, test material No. 11 has a small amount of matrix metal, and test material No. 13 has a high Ni content in the matrix metal. The test material No. 12 has a large amount of matrix metal, and the test material No. 14 has a high content of Cu in the matrix metal.
[0030]
Example 2
Test material No. illustrated as metallic friction material (test material No. 2 to 5) and reference example of Example 1 1 is molded into a shape with an outer diameter of 117 mm and a width of 33 mm to produce a brake pad with an area of 35 cm ² , and a floating brake with a cylinder area of 17.3 cm ^{2 using} an FC25 ventilated disk with an effective diameter of 207 mm as the counterpart material A brake squeal test was conducted using a caliber with an inertial mass of 5 kgf · m · s ² . Table 8 shows the test pattern.
[0031]
[Table 8]

[0032]
As shown in Table 8, in the squeal test, the initial speed before each brake was changed to 0.2, 0.4, and 0.6G, and the brakes were applied five times each for a total of 105 times. Was repeated five times to measure the average friction coefficient, the wear amount of the friction material (lining), and the wear amount of the disk, and the squeal coefficient was obtained. The squealing coefficient is a value obtained by dividing the number of squeals generated during the squeal test by the number of braking times and multiplying by 100. In relation to actual vehicle evaluation, a squeeze coefficient of 30 or less is preferable. The results of the squeal test are shown in Table 9. As seen in Table 9, test material No. in accordance with the present invention In Nos. 2 to 5, the amount of wear was small, all had a squeal coefficient of 30 or less, the occurrence of brake squeal was low, the friction coefficient was high, and the wear amount of the brake lining and brake disc was also small.
[0033]
[Table 9]

[0034]
Test materials No. 1, No. 2 and No. 5 were prepared with different compression elastic moduli, and the squeezing coefficient was determined for each of them according to Example 2, and the relationship between the compression elastic modulus and the squeezing coefficient was plotted. The result is shown in FIG. According to FIG. 2, it can be seen that the squealing coefficient is 30 or less in the range where the compression modulus is 55 to 60 kgf / mm ² or less. FIG. 3 shows the results of plotting the relationship between the compressive elastic modulus and the bending strength for the test materials No. 1, No. 2, and No. 5. As shown in FIG. 3, there is a correlation between the two.
[0035]
Comparative Example 2
A squeal test was performed on the metallic friction material of Comparative Example 1 (test materials No. 6 to 14) under the same conditions as in Example 2. The results are shown in Table 10 and Table 11. As shown in Table 10 and Table 11, test materials No. 6, 9, 10, 12, and 14 have a high squeezing coefficient because they have a high compression modulus. Test materials Nos. 7, 8, 11 and 13 have a large amount of lining wear due to insufficient strength. Test materials No. 10 and No. 12 have high disk wear due to the strength being too high.
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[Table 10]

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[Table 11]

[0038]
Example 3
The test materials No.1, No.2 and No.5 were used as lining materials, and the S45C plate material was plated with Cu as the core plate, and the plated surface was used as the bonding surface at 820 ° C. in an H ₂ + N ₂ gas atmosphere. The lining material and the core plate were brazed and joined. Table 11 shows the brazing material used, its form, bonding strength, and adhesion area. Bonding strength is determined by brazing and joining the lining material and core plate, fixing the core plate, applying a load to the lining material in parallel with the joint surface, and determining the strength when the joint surface is shear broken. did. As shown in Table 12, when all the test materials according to the present invention were brazed to the core plate, the adhesion area was 100% after brazing and had sufficient bonding strength.
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[Table 12]

<< Table Note >> Silver solder: JIS standard silver solder (JIS BAg-8)
MBF2004B: Amorphous Cu / Sn brazing material manufactured by Japan Amorphous Metals Co., Ltd.
【The invention's effect】
As described above, a metallic friction material is provided that has excellent strength and wear resistance, and can significantly reduce abnormal noise (squeal) that occurs during braking and engagement when applied as a brake material. Is done. When the friction material is bonded to the core plate, it is possible to obtain excellent bonding strength by brazing bonding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a process for producing a metallic friction material of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a compression elastic modulus and a squeal coefficient in the metallic friction material of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the compression modulus and bending strength in the metallic friction material of the present invention.

Claims

The metal material is a matrix, and at least a friction modifier and a solid lubricant are added and solid-phase sintered. Then, the sintered friction material is recompressed at room temperature, and the metal material forming the matrix is Cu and Ni. The weight ratio (Ni / Cu) is 0.1 to 0.5, and the total friction material contains Cu and Ni in a total weight of 50 to 85% , and has a higher melting point than Cu. , V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, and W, the total amount of the friction material is 15% or less (however, the total content of Cu and Ni does not exceed 85%) and also contains in the range of the objects), low melting point than Cu, Sn, Pb, the total content of Zn is limited to less than 0.5%, the friction modifier and solid lubricant has a particle size It is a 10-300 micrometer granular material, and 15-50% in total amount (weight) with respect to the whole friction material , Hereinafter the same) are contained, the compression modulus 20~65kgf / mm ^2, a porosity of 35-55%, a metallic friction material bending strength is equal to or is 400 kgf / cm ² or more.

A method for producing a metallic friction material, comprising joining the metallic sintered friction material according to claim 1 and a core material made of an iron-based material via a brazing material.

3. The soldering joint according to claim 2 , wherein the joining surface of the core material is subjected to Cu plating, and a silver brazing material or a Cu-based rapidly solidified brazing material is interposed as a brazing material between the friction materials. Manufacturing method of metallic friction material.