CN100365314C - 汽车刹车片用铝基摩擦材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
汽车刹车片用铝基摩擦材料及其制备工艺，首先将Cu，Zn，Mg，Ni+C和Al粉末在150-200℃真空加热炉中烘干1-2小时，SiC陶瓷粉末在650-850℃烘干1-2小时；然后，按重量百分比将1.5-2.0%的Cu，5.0-7.0%的Zn，2.0-3.0%的Mg，4.0-6.0%的Ni+C，5-10%的SiC和Al粉末混合均匀，将混合均匀的粉末在200-500MPa下压制成型后在350-400℃下进行1小时，450-500℃下进行1小时，550-600℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可；对需高强度的产品可再采用450-500℃下进行4小时固溶，160-180℃下进行12小时进行固溶-时效处理。按本发明的制备方法制得的铝基摩擦材料在-40℃～350℃工作温度范围内无冷脆和热衰退现象、密度ρ≤3.0g/cm3。
Description
技术领域
本发明属于材料工程，特别涉及一种汽车刹车片用铝基复合材料及其制备工艺。
技术背景
汽车用制动摩擦片，既是保安件、又是易损件，在汽车用材中占有特殊重要的地位。由于传统使用的石棉基摩擦材料的热衰退性大(随工作温度升高，摩擦系数急剧降低)，而且又是强致癌物质，10年前的禁令使其停止了生产和应用。
目前研究和应用得最多的是半金属摩擦材料。虽然半金属摩擦材料较石棉摩擦材料性能优越，但由于半金属摩擦材料中的有机填料在加工和使用中受热能作用的影响，会发生高分子链的交联和降解而引起剧烈磨损，温升较大时(大于150℃)，甚至会产生熔化和分解现象，其工作温度范围小。
有些研究选用的另一种材料是陶瓷颗粒(例如SiC)增强的铝基复合材料。此种材料虽然通过增加增强体的数量可以提高其耐磨性，但同时也会加剧对磨副间的磨损。另外，在高速频繁的制动条件下，增强体的剥离、碎化也会加速两者的磨损。
随汽车等运输工具高性能化和使用条件的苛刻化，亟需一种不含有害物质、工作温度高且不存在热衰退现象、耐磨减摩性能好并对摩副有良好保护作用、制备工艺简单的汽车刹车片用新型摩擦材料。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有高耐磨性，同时对摩副也有良好的保护作用，且不含石棉的汽车刹车片用铝基摩擦材料及其制备工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先将Cu，Zn，Mg，Ni+C和Al粉末在150-200℃真空加热炉中烘干1-2小时，SiC陶瓷粉末在650-850℃烘干1-2小时；然后，按重量百分比将1.5-2.0％的Cu，5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，4.0-6.0％的Ni+C，5-10％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在200-500MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：在350-400℃下进行1小时，450-500℃下进行1小时，550-650℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可。
本发明对需高强度的产品将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：即采用450-500℃下进行4小时固溶，水冷，160-180℃下进行12小时的固溶-时效处理，出炉冷却至室温即可。
按照本发明的制备方法制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.5-2.0％的Cu，5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，3.0-4.5％的Ni，5-10％的SiC，1.0-1.5％的C，其余为Al。
本发明将SiC粉末在650-850℃下预氧化处理，可使SiC表面生成SiO2薄膜以增加界面结合强度，有效解决在使用过程中SiC的脱落；采用分段式烧结工艺，解决低熔点和易挥发金属(如Mg，Zn)的低温熔融和挥发而造成的烧结缺陷和烧结空洞，使基体的强度和耐磨性得以提高；以Ni+C为减磨及减摩剂，以改善材料的耐磨性和调整其摩擦系数。
具体实施方式
实施例1，首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C(镍含碳)粉末在180℃真空加热炉中烘干1小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在650℃烘干2小时；然后，按重量百分比将1.8％的Cu，6.0％的Zn，2.0％的Mg，4.0％(Ni+C)，6％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在300MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：在350℃下进行1小时，500℃下进行1小时，600℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.8％的Cu，6.0％的Zn，2.0％的Mg，3.0％的Ni，1.0％的C，6％的SiC，余量为Al。
实施例2，首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Al，和Ni+C粉末在160℃真空加热炉中烘干1.5小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在720℃烘干1.3小时；然后，按重量百分比将1.6％的Cu，5.5％的Zn，3.0％的Mg，4.5％的Ni+C，9％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在500MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：在400℃下进行1小时，450℃下进行1小时，550℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.6％的Cu，5.5％的Zn，3.0％的Mg，3.37％的Ni，1.13％的C，9％的SiC，余量为Al。
实施例3，首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C粉末在200℃真空加热炉中烘干1.8小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在800℃烘干1.5小时；然后，按重量百分比将2.0％的Cu，6.5％的Zn，2.6％的Mg，5.0％的Ni+C，7％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在200MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：在380℃下进行1小时，475℃下进行1小时，600℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为2.0％的Cu，6.5％的Zn，2.6％的Mg，3.75％的Ni，1.25％的C，7％的SiC、余量为Al。
实施例4，首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg、Ni+C、Al粉末在170℃真空加热炉中烘干2小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在750℃烘干1.8小时；然后，按重量百分比将1.7％的Cu，5.0％的Zn，2.3％的Mg，5.5％的Ni+C，10.0％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在400MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：在360℃下进行1小时，486℃下进行1小时，580℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.7％的Cu，5.0％的Zn，2.3％的Mg，4.12％的Ni，1.38％的C，10％的SiC，余量为Al。
实施例5，首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Ni+C粉和Al粉末在150℃真空加热炉中烘干1.3小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在850℃烘干1小时；然后，按重量百分比将1.9％的Cu，7.0％的Zn，2.5％的Mg，6％的Ni+C，5％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在350MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温；对需高强度的产品采用固溶时效处理，在450℃下进行4小时固溶，水冷，160℃下进行12小时时效，出炉冷却至室温即可。制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.9％的Cu，7.0％的Zn，2.5％的Mg，1.5％的C，4.5％的Ni，5％的SiC，余量为Al。
实施例6，首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Ni+C粉和Al粉末在190℃真空加热炉中烘干1.6小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在700℃烘干1.6小时；然后，按重量百分比将1.5％的Cu，6.8％的Zn，2.1％的Mg，5.8％的Ni+C粉，8％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在450MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温；对需高强度的产品采用固溶时效处理，在500℃下进行4小时固溶，水冷，180℃下进行12小时时效，出炉冷却至室温即可。制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.5％的Cu，6.8％的Zn，2.1％的Mg，1.5％的C，4.3％的Ni，8％的SiC，余量为Al。
本发明的制备方法工艺简单、价格低廉、原材料的标准要求低(一般工业标准)、无需特殊设备的技术优势，同时具有高的耐磨、减摩性能，具有良好的散热性能、宽的工作温度范围，不存在低温脆性和热衰退现象的性能优势。本发明制备的汽车摩擦材料与现有相同产品用摩擦材料相比，由于本发明材料不含石棉等对环境尤其是一线工人有严重危害的元素和原材料，因此不会对环境造成污染和对一线生产人员造成健康危害；本发明材料中不含有机粘结剂，故与目前半金属摩擦材料相比，使用温度高、力学性能好；且主要原料为纯铝，散热性能好，无低温脆性；选取的增磨剂为少量SiC及烧结反应中生成的金属间化合物(Al\Cu\Mg\Zn)，减摩剂为C(石墨)。
按本发明的制备方法制得的铝基摩擦材料在-40℃～350℃工作温度范围内无冷脆和热衰退现象、密度ρ≤3.0g/cm3。
Claims (10)
1.一种汽车刹车片用铝基摩擦材料的制备工艺，其特征在于：
1)首先将Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C粉末在150-200℃真空加热炉中烘干1-2小时，SiC陶瓷粉末在650-850℃烘干1-2小时；
2)然后，按重量百分比将1.5-2.0％的Cu，5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，4.0-6.0％的Ni+C，5-10％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在200-500MPa下压制成型；
3)将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：
在350-400℃下进行1小时，450-500℃下进行1小时，550-600℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可。
2.根据权利要求1所述的汽车刹车片用铝基摩擦材料的制备工艺，其特征在于：对需高强度的产品将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：即采用450-500℃下进行4小时固溶，水冷，160-180℃下进行12小时的固溶-时效处理，出炉冷却至室温即可。
3.根据权利要求1所述的汽车刹车片用铝基摩擦材料的制备工艺，其特征在于：所说的Cu，Zn，Mg，Al，Ni+C和SiC陶瓷粉末的粒度为200-400目。
4.根据权利要求1所述的汽车刹车片用铝基摩擦材料的制备工艺，其特征在于：首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C粉末在180℃真空加热炉中烘干1小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在650℃烘干2小时；然后，按重量百分比将1.8％的Cu，6.0％的Zn，2.0％的Mg，4.0％的Ni+C，6％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在300MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：在350℃下进行1小时，500℃下进行1小时，600℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.8％的Cu，6.0％的Zn，2.0％的Mg，3.0％的Ni，1.0％的C，6％的SiC，余量为Al。
5.根据权利要求1所述的汽车刹车片用铝基摩擦材料的制备工艺，其特征在于：首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Al，和Ni+C粉末在160℃真空加热炉中烘干1.5小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在720℃烘干1.3小时；然后，按重量百分比将1.6％的Cu，5.5％的Zn，3.0％的Mg，4.5％的Ni+C，9％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在500MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：在400℃下进行1小时，450℃下进行1小时，550℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.6％的Cu，5.5％的Zn，3.0％的Mg，3.37％的Ni，1.13％的C，9％的SiC，余量为Al。
6.根据权利要求1所述的汽车刹车片用铝基摩擦材料的制备工艺，其特征在于：首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C粉末在200℃真空加热炉中烘干1.8小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在800℃烘干1.5小时；然后，按重量百分比将2.0％的Cu，6.5％的Zn，2.6％的Mg，5.0％的Ni+C，7％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在200MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：在380℃下进行1小时，475℃下进行1小时，600℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为2.0％的Cu，6.5％的Zn，2.6％的Mg，3.75％的Ni，1.25％的C，7％的SiC、余量为Al。
7.根据权利要求1所述的汽车刹车片用铝基摩擦材料的制备工艺，其特征在于：首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg、Ni+C、Al粉末在170℃真空加热炉中烘干2小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在750℃烘干1.8小时；然后，按重量百分比将1.7％的Cu，5.0％的Zn，2.3％的Mg，5.5％的Ni+C，10.0％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在400MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温：在360℃下进行1小时，486℃下进行1小时，580℃下进行2小时，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.7％的Cu，5.0％的Zn，2.3％的Mg，4.12％的Ni，1.38％的C，10％的SiC，余量为Al。
8.根据权利要求2所述的汽车刹车片用铝基摩擦材料的制备工艺，其特征在于：首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Ni+C粉和Al粉末在150℃真空加热炉中烘干1.3小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在850℃烘干1小时；然后，按重量百分比将1.9％的Cu，7.0％的Zn，2.5％的Mg，6％的Ni+C，5％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在350MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温；对需高强度的产品可采用固溶时效处理，即在450℃下进行4小时固溶，水冷，160℃下进行12小时的固溶-时效处理，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.9％的Cu，7.0％的Zn，2.5％的Mg，1.5％的C，4.5％的Ni，5％的SiC，余量为Al。
9.根据权利要求2所述的汽车刹车片用铝基摩擦材料的制备工艺，其特征在于：首先将粒度为200-400目的Cu，Zn，Mg，Ni+C粉和Al粉末在190℃真空加热炉中烘干1.6小时，粒度为200-400目的SiC陶瓷粉末在700℃烘干1.6小时；然后，按重量百分比将1.5％的Cu，6.8％的Zn，2.1％的Mg，5.8％的Ni+C粉，8％的SiC和Al粉末混合均匀，其中Ni+C中Ni与C的质量比为3∶1，将混合均匀的粉末在450MPa下压制成型；将压制成型的坯体置于加热炉中烧结，烧结为阶段式升温；对需高强度的产品采用固溶时效处理，即在500℃下进行4小时固溶，水冷，180℃下进行12小时的固溶-时效处理，出炉冷却至室温即可，制得的铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.5％的Cu，6.8％的Zn，2.1％的Mg，1.5％的C，4.3％的Ni，8％的SiC，余量为Al。
10.一种按照权利要求1所述的制备工艺制得的汽车刹车片用铝基摩擦材料，其特征在于：该铝基摩擦材料的成分按重量百分比为1.5-2.0％的Cu，5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，3.0-4.5％的Ni，5-10％的SiC，1.0-1.5％的C，其余为Al。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080130 Termination date: 20120227 |