[发明专利]高速铁道用烧结摩擦材料

说明书

技术领域

本发明涉及作为高速铁道车辆所使用的制动器衬片材料、盘式制动器衬垫材料有用的烧结摩擦材料。

背景技术

德国的ICE、法国TGV等世界上的高速铁道具有超过300km/h的行驶速度正在成为常识。在日本国内，也有JR各公司致力于新干线的速度提高。为了谋求速度提高，从高速也能可靠地停止的制动器是不可或缺的。尤其是，在地震等自然灾害的危险性高的日本，再生制动不工作时，用于可靠且以短距离使列车停止的制动器的性能、可靠性的提高是必需的。

作为制动器衬片材料、盘式制动器衬垫材料等所使用的材料，公开了各种烧结材料(参照专利文献1～8)。由现有的金属系烧结材料构成的衬片大多添加硬质颗粒(二氧化硅等陶瓷)等，产生机械作用(刮擦作用)，由此确保摩擦系数(μ)，也有一部分通过在衬片中添加Fe等元素来提高摩擦系数。

例如，专利文献7中公开了一个技术方案，其涉及“一种铜系烧结摩擦材料，其特征在于，由组成为锡粉：0.5～15wt%、锌粉：0.1～30wt%、镍粉：5～25wt%、铁粉：5～25wt%、不锈钢粉：0.1～20wt%、铜粉：余量的基体金属成分55～80wt%、润滑材料、摩擦调节材料等填料成分20～45wt%的烧结体形成，(1)铁粉与不锈钢粉的总量为8～28wt%，(2)铁粉是在氢气或氨气气氛中、在600～1200℃的温度下热处理过的粒径范围为40～150μm的电解铁粉。”。引用文献7的技术方案中，组合使用电解铁粉和不锈钢粉时，铁成分作为阻碍烧结性的成分发挥作用，在基体相的铁成分的周边产生空隙，产生与摩擦材料中的气孔、磨削材料类似的作用，在高制动化时顺利地发挥功能。

专利文献8中记载了一种技术方案，其涉及“一种烧结摩擦材料，其以金属材料作为基体，包含磨削材料和润滑材料，其中，作为前述基体的金属材料，包含铸铁25～50体积%和铜1～7体积%。”。专利文献8的技术方案通过使用Fe系的烧结材料来代替现有的Cu系的烧结材料从而提高了高温制动时的摩擦特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-106932号公报

专利文献2：日本特开昭63-109131号公报

专利文献3：日本特开平2-10857号公报

专利文献4：日本特开平3-68091号公报

专利文献5：日本特开平6-45837号公报

专利文献6：日本特开平7-65132号公报

专利文献7：日本特开2006-16680号公报

专利文献8：日本特开2007-126738号公报

发明内容

发明要解决的问题

现有技术都没有在掌握制动盘与衬片间的滑动机理的基础上进行衬片的成分/组织的设计，几乎全都只不过是实验性的设计。另外，对于通过硬质颗粒的刮擦作用以图得到制动力的方式，可以预想到会难以应对高速铁道的进一步高速化(350km/h以上)，存在安全方面的问题。另外，通过硬质颗粒的刮擦作用以图得到更高的制动力时，需要大量的昂贵的硬质颗粒，因此，可预想到会明显提高制造成本。

专利文献7的技术方案中，例如，如实施例的表1等所示那样，烧结材料整体中的Cu的含量少(至多41质量%)，因此得不到充分的导热性。专利文献8的技术方案是Fe的含量多于Cu的Fe系的烧结材料，其是与像制动盘那样的对偶材料(mating material)同样的材料，因此，制动时的磨耗量极端地增多。

本发明为了解决这种现有技术的问题，目的在于提供对钢制的对偶材料(例如，制动盘)具有高摩擦系数和优异的耐磨耗性的高速铁道用烧结摩擦材料。

用于解决问题的方案

本发明人等特别研究了构成与锻钢制或铸钢制的圆盘配合使用的衬片的烧结摩擦材料。于是确认到，使用在构成烧结摩擦材料的金属材料中添加了Fe粉的衬片时，在制动时与对置的圆盘所含的Fe反应，两者的Fe彼此凝结而显示出高摩擦系数。这种同种金属间或共晶系等在滑动时熔接性增大的效果在摩擦学(tribology)领域作为“同质合金效应(same-metal phenomenon)”而公知，出于发生烧熔等理由，作为机械部件被视为不优选。另一方面，已知通过在金属材料中添加Fe，尽管摩擦系数上升，但会产生在制动时温度过度上升而耐磨耗性极端地降低的问题。