МАТЕРИАЛ ДЛЯ ФРИКЦИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ
MATERIAL FOR FRICTION PARTS

Изобретение относится к конструкционным материалам, получаемым методом порошковой металлургии, в частности к фрикционным порошковым материалам, и может быть использовано для изготовления фрикционных деталей, в том числе накладок дискового тормоза.
Известен материал, используемый для фрикционных накладок, в котором на основе металлокерамической композиции, содержащей (в вес.%): медь 40-50, олово 3-9, железо 9-15, графит 10-20, свинец 3-10 и электрокорунд 4-15 (ТУ 1479-002-49123292-2005 «Накладка фрикционная с металлокерамическим слоем на основе меди»). Однако при использовании накладок, изготовленных из указанного материала на поверхности диска тормоза отмечаются локальные навары («наволакивание»), имеющие в своем составе твердые составляющие.
Прототипом изобретения является порошковый материал для изготовления фрикционных деталей - дисковых тормозов, а именно накладок дискового тормоза, который содержит в вес.%: олово 1,8-3, железо 7-20, графит 7-20, электрокорунд 1,5-2, ферромолибден 0,5-2 и медь - остальное. Материал обеспечивает высокую фрикционную теплостойкость и прочность деталей дисковых тормозов, а также высокую износостойкость накладок дискового тормоза (RU №2371497, МПК С22С 1/05, 2006; F16D 69/02, 2006; С22С 9/00, 2006.01).
При использовании известных фрикционных деталей поверхность диска тормоза подвергается существенному износу, особенно при его загрязнении. Известный материал имеет структуру, представляющую собой механическую смесь металлов меди, железа, олово с графитом в свободном состоянии и ферромолибденом. Твердость по Бринеллю металлокерамического слоя накладки составляет 15-50 НВ.
Задачей изобретения является разработка нового фрикционного материала для использования в деталях, работающих в условиях повышенного трения.
Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости за счет эффекта управляемого переноса материала с поверхности накладки на фрикционный диск и повышение коэффициента трения за счет роста адгезионной составляющей.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что материал для фрикционных деталей, содержащий в весовых процентах железо 7÷20, графит 7÷20, электрокорунд 1,5÷2,0, ферромолибден 0,5÷2, олово и медь остальное, согласно изобретению дополнительно содержит тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов, вес.%:
олово
2-9
железо
7-20
графит
7-20
электрокорунд
1,5-2,0
ферромолибден
0,5-2
тетраборат натрия
2-5
мед
остальное.
Наличие в предложенном составе тетрабората натрия, выполняющего функцию активатора поверхности и обеспечивающего очистку фрикционного диска от оксидных пленок и других загрязнений, позволяет за счет управляемого соотношением компонентов переноса металла входящего в состав фрикционной накладки восстанавливать диска после его износа. Наряду с эффектом восстановления наблюдается существенный рост коэффициента трения за счет адгезионной составляющей, что обеспечивает при одинаковом усилии на фрикционную пару более эффективное торможение. При содержании олова меньше 2 вес.%, эффект переноса не наблюдался, а при увеличении количества олова больше 9 вес.% наблюдался повышенный износ фрикционной накладки. Также и количество тетрабората натрия должно быть в указанных пределах. Если тетрабората натрия будет меньше 2 вес.%, то эффекта устойчивого переноса и существенного роста коэффициента трения не наблюдалось, а если тетрабората натрия будет больше 5 вес.%, то коэффициент трения уже не растет и увеличивается износ фрикционной накладки.
Материал обеспечивает помимо высокой теплостойкости и прочности накладок высокую износостойкость фрикционного диска и повышенный коэффициент трения.
Материал для фрикционных деталей получают следующим образом.
За основу был принят известный материал по патенту RU №2371497, предназначенный для накладок дискового тормоза, который изготавливают методом порошковой металлургии из металлических и неметаллических порошков: меди, олова, железа, графита, абразивного порошка электрокорунда, ферромолибдена, в который после спекания локально в предварительно обработанное отверстие вводили в виде отдельного элемента смесь олова и активатора поверхности тетрабората натрия.
Накладка представляет собой стальную основу с напрессованным и припеченным металлокерамическим фрикционным слоем, в котором обработано отверстие и в него введен элемент, состоящий из смеси олова и тетрабората натрия, общая пропорция компонентов (в вес.%): медь - 73,5; олово - 5; железо - 5,6; графит - 10,4; электрокорунд - 1,5; ферромолибден -1,5; тетраборат натрия - 2,5. Полученный материал обеспечивает повышение износостойкости фрикционного диска и повышение коэффициента трения:
7
- интенсивность линейного износа менее 2·10;
- коэффициент трения в зависимости от скорости 0,32-0,5.
h
Представленные данные показывают, что использование предложенного состава материала обеспечивает повышение износостойкости фрикционного диска и повышение коэффициента трения. Результаты исследований представлены на графике, где кривая 1 - зависимость интенсивности линейного износа I, от количества тетрабората натрия в %, а кривая 2 - зависимость коэффициента трения µ от количества тетрабората натрия в %.
-7
-7
Кривая 1 показывает, что интенсивность линейного износа существенно снижается (от 3.6×10 до 1.9×10) в интервале от 2 до 3% тетрабората натрия, а при дальнейшем увеличении его содержания практически не изменяется.
Кривая 2 показывает, что коэффициент трения увеличивается с 0.28 при количестве тетрабората натрия 2% от общей массы фрикционного материала до 0.34 при 3%, а при большем содержании тетрабората натрия существенно не растет.
В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения. Испытания проводились в лаборатории кафедры «Прикладной физики» Тверского государственного технического университета.