ES2974726T3 - Uso de forros de fricción para discos de freno de aluminio - Google Patents

Uso de forros de fricción para discos de freno de aluminio Download PDF

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Abstract

Los forros de fricción, que contienen más de un 5% en peso de aluminio en forma de Al metálico (polvo) o aleación de Al, son adecuados para garantizar coeficientes de fricción suficientemente altos con un desgaste reducido en combinación con discos o rotores de freno que contienen aluminio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Uso de forros de fricción para discos de freno de aluminio
La presente invención se refiere al uso de forros de freno con forros de fricción que son especialmente adecuados para su uso en frenos de disco con discos de freno o rotores de aluminio. En particular, la invención se refiere al uso de forros de freno con forros de fricción que contienen aluminio en forma de una aleación de aluminio, en combinación con discos de freno o rotores que contienen aluminio.
Con el notable aumento de la introducción de vehículos con recuperación, especialmente turismos, la idea de utilizar aluminio como material o como componente de los discos de freno ha vuelto a estar en primer plano en la industria del automóvil. Dado que la carga térmica de los discos de freno en los vehículos mencionados ya no alcanza los valores de los accionamientos convencionales, el uso de aluminio en los discos de freno puede aportar algo más que ventajas de peso.
En el estado de la técnica están descritas diferentes formulaciones de forros de fricción que son consideradas adecuadas para su uso en combinación con discos de freno de aluminio.
Así, el documento DE 69403791 T2 describe una composición de forro de fricción para un rotor de material compuesto de aluminio y matriz metálica que está destinada a evitar que el rotor se degrade durante el proceso de frenado. También se debe establecer un coeficiente de fricción promedio de 0,38-0,42. Esta mezcla de forro de fricción contiene entre un 2 % y un 12 % en peso de polvo de cobre poroso para reducir el desgaste entre el rotor de aluminio y el forro de fricción.
El documento DE 695 13 634 T2 describe una mezcla de forro de fricción para el mismo campo de aplicación, que debe contener entre un 5 y un 80 % en volumen de óxido de aluminio finamente distribuido de un tamaño de partícula específico.
El documento WO 94/15112 se refiere a un forro de freno para frenos de disco con discos de freno de aluminio, cuya composición debe se determinada de manera que el coeficiente de fricción sea constantemente alto hasta una temperatura de 400° C y disminuya significativamente en el rango de hasta 450° C.
También son conocidos en el estado de la técnica forros de fricción que contienen aluminio.
El documento WO 2015/193361 A1 da a conocer un material de fricción libre de cobre que contiene fibras de una aleación de Al-Mg, como por ejemplo AIMg5, con una proporción en peso entre un 5 y un 9,75 %.
El documento DE 198 28 301 A1 se refiere a un forro de fricción que contiene una aleación de Al-Zn, por ejemplo AlZn5, con una proporción entre un 0,5 y un 15 % en peso y, por lo tanto, presenta propiedades de protección frente a la corrosión.
Forros de fricción que pueden contener más del 90 % en peso de metal de Al (polvo) y/o aleaciones de Al están descritos en el documento KR 102001 009 1694.
El documento CN 104265816 da a conocer un forro de fricción que contiene entre un 20 y un 30 % en peso de una aleación de Al y carburo de silicio (SiC). La aleación de Al sirve como sustituto de las fibras de acero en la mezcla de forro de fricción y conduce a una mejora de las propiedades de fricción, desgaste y temperatura.
El documento CN 106812 837 A da a conocer un disco de freno cuya superficie está recubierta con un material de fricción. Se trata de un material compuesto a base de aluminio reforzado con partículas.
El documento US 2004/175 544 A1 se refiere a un material de fricción NAO para tambores y rotores de una aleación de aluminio. El material de fricción comprende, además de fibras y aglutinantes, también una carga con un componente metálico que consiste preferiblemente en polvo de aluminio y aleaciones de Al.
Finalmente el documento US 2012/0058363 A1 describe un disco metálico recubierto, que comprende un disco portador hecho de una aleación de Al y una capa limpia aplicada al mismo.
En resumen, se puede constatar que en el estado de la técnica se proponen generalmente forros de fricción que contienen cobre para su uso en combinación con discos de freno o rotores de aluminio. Sin embargo, diferentes autoridades medioambientales han clasificado el cobre como metal pesado y, por tanto no respetuoso con el medio ambiente, lo que ha dado lugar a una tendencia hacia forros de freno o de fricción sin cobre. Sin embargo, los forros de fricción sin cobre de los discos de aluminio tienen generalmente un coeficiente de fricción muy bajo, de aproximadamente 0,3.
Los forros de fricción que contienen Al descritos se presentan generalmente para su uso en combinación con discos de freno convencionales (hierro fundido, acero), donde el uso de aluminio o aleaciones de aluminio sirve, por ejemplo, para sustituir fibras de acero en tales forros o para mejorar las propiedades de protección frente a la corrosión de estos forros.
Finalmente, es bien conocido en el estado de la técnica que los forros de fricción que son utilizados para el uso con rotores de hierro fundido no se pueden utilizar en rotores basados en aluminio porque los materiales abrasivos de tales forros de fricción rayan un rotor basado en aluminio y, en última instancia, no puede conseguirse de esta manera un coeficiente de fricción estable.
Por lo tanto, la presente invención se propuso el objeto de proporcionar forros de fricción o forros de freno que, en combinación con discos de freno o rotores que contienen Al, garanticen un coeficiente de fricción suficientemente alto y al mismo tiempo no presenten los inconvenientes de los forros de fricción en cuanto a propiedades de abrasión, desgaste y temperatura del estado de la técnica o las presenta solo en una medida significativamente reducida.
En el sentido de la presente invención, por discos de freno o rotores que contienen aluminio se entiende en general aquellos discos de freno o rotores que contienen o están compuestos de aluminio en forma de metal o en forma de aleaciones de aluminio. Los materiales más recientes para discos de freno y rotores son los llamados materiales compuestos de matriz metálica de aluminio (AI-MMC = aluminum metal matrix composite) que son un tipo de aleación de aluminio con refuerzo en forma de partículas o de fibras. Por estos refuerzos/componentes se aumenta significativamente la resistencia y dureza de una aleación a base de aluminio. Como material de refuerzo se utiliza preferentemente SiC (del 10 a 90 % en volumen), pero también se pueden utilizar óxido de aluminio y otros materiales cerámicos.
La concentración de aluminio en los discos de freno del estado de la técnica, en la forma en que puede ser utilizado en la presente invención, se sitúa generalmente entre un 20 y un 60 % en volumen (Al como metal), en particular es aproximadamente el 40 % en volumen.
El objeto según la invención se lleva a cabo mediante el uso de aleaciones de aluminio en la fabricación de forros de fricción. Cuando se trata de aleaciones de aluminio, se prefieren las aleaciones de Al de baja aleación. Las aleaciones de Al resistentes al desgaste pueden influir positivamente en el comportamiento de fricción de los forros de fricción así equipados. Esto se aplica en particular a aleaciones con mayor resistencia a la temperatura.
Es preferible una concentración entre al menos un 5 % en peso y un 30 % en peso, aunque también son posibles concentraciones de aluminio más altas. Los datos de % en peso se refieren a la proporción de aluminio (expresado como metal, las aleaciones de Al son convertidas correspondientemente al contenido de Al) en la mezcla de forro de fricción terminada, a partir de la cual es fabricado el forro de fricción según los procedimientos habituales conocidos por el estado de la técnica. Las concentraciones preferidas de aluminio en los forros de fricción son del 5 al 25 % en peso, en particular del 10 al 20 % en peso.
Las aleaciones de aluminio con magnesio (Mg) o titanio (Ti) han demostrado ser especialmente adecuadas para resolver el presente objeto. Esencialmente también son adecuados otros componentes de aleación, como por ejemplo silicio (Si). Pueden tratarse de sistemas de aleaciones binarias, ternarias o cuaternarias, entre las que son especialmente preferidas las aleaciones binarias de aluminio. Estos sistemas binarios de tipo AlXZy (con Z preferentemente igual a Mg o Ti y x = 10-90 % en peso e y = 10-90 % en peso) han demostrado ser especialmente adecuados. En particular, cabe mencionar aquí aleaciones como AITi10 y AIMg50.
La producción de las aleaciones se realiza por fusión y homogeneización de los componentes para formar un sistema finamente disperso. Se encuentran disponibles comercialmente diversas aleaciones de este tipo.
La proporción de las aleaciones según la invención en la mezcla del forro de fricción o en el forro de fricción acabado puede ser preferentemente de un 5 hasta un 30 % en peso, en particular de un 10 hasta un 20 % en peso. Estas aleaciones se pueden utilizar en todos los forros de fricción habituales. Por lo tanto, no es necesaria una adaptación especial de los demás componentes del forro de fricción a las aleaciones aquí descritas. En las mezclas del estado de la técnica, por ejemplo, preferentemente solo se sustituye el Zn o el componente de aleación de Zn por las aleaciones según la invención. La proporción en peso de las aleaciones de Al en la mezcla de forro de fricción depende del contenido de Al deseado.
Las aleaciones utilizables según la invención son introducidas preferentemente en forma de polvo o partículas en la mezcla de forro de fricción. Como lubricante pueden utizarse sulfuros de estaño con una proporción en peso de entre aproximadamente un 0,5 y un 10 % en peso, preferiblemente aproximadamente de un 2 a un 8 % en peso.
Para la fabricación del forro de fricción está previsto que las aleaciones de aluminio, preferentemente en forma de barras o bloques, en primer lugar sean licuadas y luego atomizadas para producir partículas esencialmente esféricas. A continuación, estas partículas son mezcladas con una mezcla habitual de forros de fricción o con los componentes de una mezcla habitual de forros de fricción y son prensadas a temperaturas y presiones conocidas para formar un forro de fricción.
Sin embargo, también se pueden formar partículas en forma de polvo directamente a partir de la fusión de la aleación, por ejemplo mediante atomización o por centrifugación sobre el borde de un disco giratorio. El tamaño de partícula de las aleaciones según la invención está preferentemente en el intervalo de 100 pm y 700 pm. Aleaciones de aluminio con otros metales, como por ejemplo las aleaciones de Al/Mg, también están disponibles comercialmente en forma de partículas.
Las cargas para los forros de fricción que se pueden utilizar según la invención pueden contener óxidos metálicos, silicatos metálicos y/o sulfatos metálicos, individualmente o en combinación con otras cargas. Las sustancias de fibra se componen preferentemente de fibras de aramida y/u otras fibras orgánicas o inorgánicas. Además de la aleación de aluminio, entre los metales que pueden incluirse se encuentran, por ejemplo, lana de acero y/o lana de cobre.
Como lubricantes se utilizan preferentemente sulfuros de estaño con una proporción en peso de 0,5 a 10 % en peso, preferentemente de 2 a 8 % en peso. Sulfuros de estaño, por ejemplo como polvo, pueden ser añadidos a la mezcla de forro de fricción.
Las aleaciones utilizables según la invención se pueden usar esencialmente en cualquier mezcla de forro de fricción discrecional. La fabricación de los forros de fricción según la invención se puede llevar a cabo según métodos convencionales y conocidos por el estado de la técnica, es decir, mezclando todos los componentes de partida y prensando la mezcla de forro de fricción así obtenida a presión elevada y temperatura elevada. En un caso de aplicación típico, la aleación de Al es colocada en un mezclador como polvo con los otros componentes de la mezcla, con lo que las partículas de aleación se distribuyen homogéneamente en el material de fricción durante el proceso de mezcla. Esto también significa que por el proceso de fricción cuando se utiliza un forro de freno correspondiente, siempre llega a la superficie del forro de fricción nuevo material que contiene Al. De este modo, durante el ciclo de aplicación del forro del fricción siempre prevalecen condiciones uniformes o constantes en su superficie.
Con los forros de fricción que se pueden utilizar según la invención, en combinación con discos de freno o rotores que contienen Al, se pueden conseguir coeficientes de fricción suficientemente altos, por ejemplo de 0,35 - 0,4, con al mismo tiempo un desgaste reducido del disco de freno/rotor.
Ejemplo
Una mezcla de materiales de fricción según la invención puede estar compuesta, por ejemplo, de la siguiente manera:
Materias primas % en peso
Aleación de aluminio-Mg/Ti 10-20 (>5 % en peso de Al)
Óxido de aluminio 0,5-2
Polvo de mica 5-8
Baritina 5-30
Óxido de hierro 5-15
Sulfuros de estaño 2-8
Grafito 2-6
Polvo de coque 10-20
Fibra de aramida 1- 25
Polvo de carga de resina 2- 6
Resina aglutinante 3-7
Además, las mezclas que se pueden utilizar según la invención pueden contener, además de aluminio en forma de aleación, también por ejemplo acero/lana de acero, cobre y/o aleaciones de cobre.
Por lo tanto, la presente invención se refiere al uso de las aleaciones de Al según la invención para forros de fricción para su uso en combinación con discos de freno y rotores que contienen aluminio.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Uso de forros de freno que presentan forros de fricción, que contienen más del 5 % en peso de aluminio en forma de una aleación de aluminio, en combinación con discos de freno o rotores que contienen aluminio, en el que es empleada una aleación de Al con la fórmula AlXZy, donde Z representa Mg y/o Ti y/o Si y x e y están, respectivamente, en el intervalo del 10 % al 90 % (incluidos) en peso.
2. Uso según la reivindicación 1,caracterizado por quelos forros de fricción contienen entre un 5 y un 30% en peso de aluminio, en particular entre un 5 y un 25 % en peso de aluminio, de manera especialmente preferida entre un 10 y un 20 % en peso de aluminio.
3. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 2,caracterizado por quela aleación de Al es una aleación binaria de Al-Mg o una aleación de Al-Ti.
4. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 2,caracterizado por quela aleación de Al es una aleación ternaria o cuaternaria que contiene Mg y/o Ti y/o Si y en la que y representa la suma de las proporciones del componente Z.
5. Uso según la reivindicación 3,caracterizado por quela aleación binaria de Al es AITi10 o AIMg50.
6. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado por queestá presente la aleación de Al y se emplea en forma de partículas.
7. Uso según la reivindicación 6,caracterizado por quelas partículas tienen un tamaño de 100-700 pm.
8. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 7,caracterizado por quelos discos de freno o rotores contienen aluminio en una proporción del 20 a 60 % en volumen, en particular en una proporción de aproximadamente el 40 % en volumen.
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