Фрикционное изделие, не содержащее меди (тормозные колодки для автомобиля мазда, хонда, мерседес, ауди, шкода, мицубиси, ниссан)

Изобретение относится к различным не содержащим меди фрикционным изделиям, например, тормозным колодкам и накладкам автомобилей, тракторов и др. Фрикционное изделие включает полимерный композиционный фрикционный элемент, в состав которого введена смесь дисперсных частиц силиката кальция и водного основного алюмосиликата магния и железа, подвергнутого нагреву до 800÷1000°С, взятых в соотношении от 0,5:1 до 1:1 соответственно. Использование смеси частиц силиката кальция и алюмосиликата способствует приспосабливаемое поверхностных слоев трибосистемы и образованию на поверхности трения тонких пленок, создающих разупрочняющую зону на сопряженных поверхностях. В результате интенсивность изнашивания трибосистемы снижается, повышая ее надежность. 1 н.п.ф.

Заявляемое изобретение относится к различным фрикционным изделиям, а именно к содержащим и не содержащим металлический каркас тормозным колодкам и накладкам автомобилей, тракторов, мототехники, колодкам рельсового транспорта, накладкам сцеплений и муфт, различным фрикционным устройствам и т.д.

Аналогом заявляемого изобретения является не содержащее металлической меди фрикционное изделие (тормозная колодка), включающая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, в состав которого введены дисперсные абразивные частицы, например, микропорошок корунда (см. Б.А.Ширяев. Производство тормозных колодок из композиционных материалов для железнодорожных вагонов. М., «Химия», 1982, с.6). Существенные признаки аналога «полимерный композиционный фрикционный элемент, дисперсные абразивные частицы» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является снижение фрикционных характеристик фрикционного элемента и его износостойкости при значительных нагревах полимерного фрикционного материала в процессе эксплуатации, например, при интенсивных торможениях, из-за отсутствия в зоне трибоконтакта сервовитной пленки, образующейся в результате избирательного переноса меди из полимерного фрикционного материала, в состав которого входит порошок меди или бронзы.

Прототипом заявляемого изобретения является не содержащее металлической меди фрикционное изделие (тормозная колодка), включающая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, в состав которого введены различные дисперсные частицы (см. патент РФ 2364770, МПК F16D 69/02, 2007 г.). Существенные признаки прототипа «полимерный композиционный фрикционный элемент, дисперсные частицы» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа также является падение фрикционных характеристик фрикционного элемента в результате значительного нагрева полимерного композита при трибоконтакте, особенно в случае интенсивного торможения, из-за отсутствия в зоне трибоконтакта сервовитной пленки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик фрикционных изделий при эксплуатации путем стабилизации фрикционных характеристик фрикционного элемента при нагревах в процессе эксплуатации за счет снижения времени образования оптимальной (равновесной) шероховатости поверхностей фрикционной пары и поддержания ее в течение периода эксплуатации фрикционного изделия без образования сервовитной пленки.

Для достижения указанного технического результата в не содержащем меди фрикционном изделии, включающем полимерный композиционный фрикционный элемент, в состав которого введены дисперсные частицы, в состав полимерного композиционного фрикционного элемента дополнительно введена смесь дисперсных частиц силиката кальция и водного основного алюмосиликата магния и железа, подвергнутого нагреву до 1800÷1000°С в следующем соотношении между частицами: , где А - дисперсные частицы силиката кальция; В - дисперсные частицы термообработанного алюмосиликата, при этом размер дисперсных частиц соответствует соотношению: Н=50÷500R_a, где Н - линейный размер дисперсных частиц; R_a - параметр равновесной шероховатости.

Существенные признаки заявляемого изобретения «в состав полимерного композиционного фрикционного элемента дополнительно введена смесь дисперсных частиц силиката кальция и водного основного алюмосиликата магния и железа, подвергнутого нагреву до 800÷1000°С в следующем соотношении между частицами: , где А - дисперсные частицы силиката кальция; В - дисперсные частицы термообработанного алюмосиликата, при этом размер дисперсных частиц соответствует соотношению: Н=50÷500R_a, где Н- линейный размер дисперсных частиц; R_a - параметр равновесной шероховатости» являются отличительными от признаков прототипа.

Фрикционное изделие включает полимерный композиционный фрикционный элемент, который, при необходимости, может быть армирован, например, путем фиксации на металлическом каркасе. Полимерный композиционный фрикционный элемент выполнен из полимерного композита на основе полимерной матрицы с различными наполнителями, включая волокнистые и дисперсные. Полимерный композит также может включать дисперсный абразивный наполнитель или наполнители. В качестве одного из дисперсных наполнителей композит содержит смесь порошков силиката кальция Са₃[Si₃ O₉] и алюмосиликата (Mg²⁺, Fe²⁺ , Fe³⁺)₃[(Si,Al)₄O₁₀ ](OH)₂·nH₂O после прокалки при температуре 800÷1000°С. Соотношение между частицами , где А - частицы силиката кальция, В - частицы алюмосиликата. Размер дисперсных частиц выбран из соотношения: H=50÷500R _a, где Н - линейный размер дисперсных частиц; R_a - параметр равновесной шероховатости для пары трения металл (чугун, сталь) - полимерный композиционный фрикционный материал.

Изготавливаться заявляемое фрикционное изделие может известным способом, например формованием из полимерной композиции, содержащей соответствующие порошки.

Конкретным примером заявляемого изобретения является колодка дискового тормоза автомобиля, включающая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент. Полимерный композит, из которого изготовлен фрикционный элемент, содержит от 0,15% масс. до 4% масс. частиц волластонита и от 4% масс. до 8% масс. частиц вспученного вермикулита. Размер частиц волластонита 10-60 мкм, размер частиц вермикулита 300÷1000 мкм.

Отсутствие во фрикционном элементе частиц меди не позволяет образовать на поверхности контртела сервовитную пленку в результате избирательного переноса. Обычно такая пленка формирует на поверхности трибоконтакта третье тело, в котором происходит разрыв фрикционных связей, что существенно снижает скорость изнашивания. Использование заявляемой смеси частиц силиката кальция и алюмосиликата способствует приспосабливаемое поверхностных слоев трибосистемы и образованию на поверхности трения тонких пленок, создающих разупрочняющую зону на сопряженных поверхностях. В результате интенсивность изнашивания трибосистемы снижается, повышая ее надежность. При этом предложенное соотношение размеров дисперсных частиц способствует поддержанию оптимальной шероховатости поверхностей трибоконтакта при эксплуатации изделия.

Не содержащее меди фрикционное изделие, включающее полимерный композиционный фрикционный элемент, в состав которого введены дисперсные частицы, отличающееся тем, что в состав полимерного композиционного фрикционного элемента дополнительно введена смесь дисперсных частиц силиката кальция и водного основного алюмосиликата магния и железа, подвергнутого нагреву до 800÷1000°С при следующем соотношении между частицами:

,

где А - дисперсные частицы силиката кальция; В - дисперсные частицы термообработанного алюмосиликата,

при этом размер дисперсных частиц соответствует соотношению:

Н=50÷500R_a,

где Н - линейный размер дисперсных частиц; R_a - параметр равновесной шероховатости.