CN101195898A

CN101195898A - 大型飞机用粉末冶金航空刹车材料及制备工艺

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Publication number: CN101195898A
Application number: CNA2006101368302A
Authority: CN
Inventors: 姚萍屏; 熊翔; 黄伯云; 汪琳; 易茂中; 张红波; 冯志荣; 白燕麟
Original assignee: HUNAN BOYUN NEW MATERIALS CO Ltd; Central South University
Current assignee: HUNAN BOYUN NEW MATERIALS CO Ltd; Central South University
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: CN100567551C

Abstract

一种大型飞机用粉末冶金航空刹车材料，组成刹车材料的各成分按质量百分比计为：铁8～18％、石墨8～16％、海砂4～10％、锡1～5％、镍1～3％、SiC+Al₂O₃ 1～10％、二硫化钼1～5％、铜50～75％。混合均匀后掺入航空煤油，加压烧结工艺如下：升温2～4小时，保温2～3小时，保温温度950～1020℃，保温压力1.5～3.0MPa，氢气气氛保护烧结。平均摩擦系数μ＝0.20～0.30，磨损性能、系统协调性及使用寿命等方面，达到或超过进口刹车副的性能指标。

Description

大型飞机用粉末冶金航空刹车材料及制备工艺

技术领域：

本发明涉及一种应用于大型飞机的粉末冶金航空刹车材料及其制备工艺，具体说是一种新型铜基粉末冶金航空刹车材料。

背景技术：

刹车副是飞机刹车装置中的易耗件，每年约需更换3～4次。粉末冶金航空刹车材料是大型民用飞机和军用飞机刹车副中的关键材料之一，利用刹车材料与对偶材料的摩擦力使飞机的动能转变为热能和其它形式的能量，散发到空气中，从而使制动装置达到制动的效果。

波音737系列飞机是国内目前及今后相当长时间内重要的新一代大型干线飞机，国内各大航空公司相继订购了大量波音737系列飞机，所需的刹车副全部依赖进口。目前使用的国产粉末冶金航空刹车材料应用到新型飞机上存在制动力不足、可靠性差和使用寿命短等技术缺陷。本发明通过材料设计、制造工艺研究、地面惯性台对比验证试验和飞行验证试验及实际使用等方面的研究工作和验证工作，获得了一种高性能长寿命的新型粉末冶金航空制动刹车材料及其制备工艺。

发明内容

本发明的目的是获得一种符合大型飞机使用的长寿命航空刹车材料的配方及其制备工艺。

本发明刹车材料的成分质量百分比为：铁8～18％、石墨8～16％、海砂4～10％、锡1～5％、镍1～3％、SiC1～5％、Al₂O₃1～5％、二硫化钼1～5％、铜50～75％。

刹车材料制造工艺如下：

制备刹车材料混合料：

根据混合料的总质量和具体成分配比称取各种粉末，混合均匀后

掺入航空煤油，混合均匀。

制取粉末压坯：

将混合料倒入压模的模腔内，经压制过程，制得压坯，压制压力350～450Mpa。

支撑钢碗准备：

钢碗是用来支撑刹车材料，采用45号钢板加工。加工后电镀镍/铜，电镀层厚度10～20μm。

粉末压坯的加压烧结：

粉末压坯放置于钢碗内，平放在专用石墨板上，移入烧结炉中进行加压烧结。加压烧结工艺如下：升温2～4小时，保温2～3小时，保温温度950～1020℃，保温压力1.5～3.0Mpa，氢气等还原性气氛保护烧结。经机械强度、摩擦磨损等性能检测合格后，在特种磨床上加工至产品要求的尺寸。

本发明获得的刹车材料主要物理机械性能及典型金相组织见表1。

表1 刹车材料主要物理机械性能

密度(g/cm³)	孔隙度(％)	表观硬度(HRF)	抗弯强度(MPa)
密度(g/cm³)	孔隙度(％)	表观硬度(HRF)	抗弯强度(MPa)	5.3～5.9	＜1.5	5～60	85～91

本发明相对于现有粉末冶金航空刹车材料和制备技术，其优点如下：

1)创新性采用廉价的海砂型二氧化硅为主，配以适当粒度分布的碳化硅和氧化铝作为摩擦组元：碳化硅粒度：40#～100#；氧化铝粒度分布：40～80um

2)在材料设计方面，采用了铁/钨/镍等作为合金组元的铜基粉末冶金刹车材料，获得了新的刹车材料基体；

3)修正了铁在铜基粉末冶金航空刹车材料中作为摩擦组元的观点，研究了铁作为基体强化组元的机理；

4)采用梯度升温和分阶段加压的加压烧结工艺，保证刹车材料的致密化和材料各组元反应充分；

5)使用寿命长；

所获得的新型刹车材料及其组成的航空刹车副，在热温度场、摩擦磨损性能、系统协调性及使用寿命等方面，达到或超过进口刹车副，达到国际先进水平，刹车副满足波音737系列大型飞机的制动要求。

附图说明

图1为本发明典型金相组织。

刹车材料的典型金相组织基体为铜锡α-固溶体组织，灰色长条为石墨，白色块状物为海砂，均匀分布的黑色点状物为铁及铁合金。

具体实施方式

实施例1：波音737-700型飞机国产刹车副

刹车材料组元为：13％铁、12％石墨、6％海砂、1％锡、2％镍、4％碳化硅、4％氧化铝、4％二硫化钼、54％铜。

制造工艺如下：

各组分按配比混合均匀后掺入航空煤油并采用V型混料器混合均匀；混合料以压制压力500MPa成形粉末压坯；采用厚度1.5mm的45号钢板加工成钢碗，镀哑镍，镀层厚度10～20μm；压坯加压烧结工艺如下：升温2小时，升温初阶段加压1.0MPa，700℃后加压1.5MPa。保温温度980℃，保温压力2.0MPa，保温3小时，通氢气保护。

对采用新型粉末冶金刹车材料制造的波音737-700型飞机国产刹车副进行了与进口刹车副的动态模拟对比试验、飞行对比试验及实际应用对比。试验结果表明，国产刹车副的各项性能均符合波音737-700型飞机制动要求。在正常着陆，超载、热熔塞与RTO的摩擦特性、热库温度场及刹车系统协调性和峰值力矩等方面国产刹车副优于进口刹车副，总体性能与进口刹车副性能相当。国产刹车副航线使用情况正常，刹车性能良好，使用性能和起落次数与进口刹车副相当，使用寿命最大达到1800起落。

摩擦磨损性能：转速n＝7500rpm，惯量J＝2.5kg.cm.s²，刹车压力P＝0.8MPa；平均摩擦系数μ＝0.20～0.28；

实施例2：波音737-800型飞机国产刹车副

刹车材料组元为：15％铁、10％石墨、9％海砂、1％锡、1％镍、2％碳化硅、2％氧化铝、4％二硫化钼、57％铜。

制造工艺如下：

各组分按配比混合均匀后掺入航空煤油并采用V型混料器混合均匀；混合料以压制压力500Mpa成形粉末压坯；采用厚度1.5mm的45号钢板加工成钢碗，镀哑镍，镀层厚度10～20μm；压坯加压烧结工艺如下：升温3小时，升温初阶段加压1.0MPa，700℃后加压2.0MPa。保温温度1000℃，保温压力2.5MPa，保温3小时，通氢气保护。

摩擦磨损性能：转速n＝7500rpm，惯量J＝2.5kg.cm.s²，刹车压力P＝0.8MPa，刹车10次；平均摩擦系数μ＝0.20～0.28

对采用新型粉末冶金刹车材料制造的波音737-800型飞机国产刹车副进行了与进口刹车副的动态模拟对比试验、飞行对比试验及实际应用对比。试验结果表明，国产刹车副的各项性能均符合波音737-800型飞机制动要求。在正常着陆与RTO的摩擦特性、热库温度场及刹车系统协调性等方面国产刹车副优于进口刹车副，总体性能与进口刹车副性能相当。国产刹车副航线使用情况正常，刹车性能良好，使用性能和起落次数与进口刹车副相当，使用寿命最大达到1000起落。

实施例3：波音737-500型飞机国产刹车副

刹车材料组元为：8％铁、8％石墨、4％海砂、1％锡、1％镍、2％碳化硅、2％氧化铝、2％二硫化钼、72％铜。

制造工艺如下：

各组分按配比混合均匀后掺入航空煤油并采用V型混料器混合均匀；混合料以压制压力400MPa成形粉末压坯；采用厚度1.5mm的45号钢板加工成钢碗，镀哑镍，镀层厚度10～20μm；压坯加压烧结工艺如下：升温3小时，升温初阶段加压1.0MPa，500℃后加压1.5MPa。保温温度1020℃，保温压力2.0MPa，保温3小时，通氢气保护。

摩擦磨损性能：转速n＝6500rpm，惯量J＝2.5Kg.cm.s²，刹车压力P＝0.8MPa，刹车10次；平均摩擦系数μ＝0.25～0.30

对采用新型粉末冶金刹车材料制造的波音737-500型飞机国产刹车副进行了与进口刹车副的动态模拟对比试验、飞行对比试验及实际应用对比。试验结果表明，国产刹车副的各项性能均符合波音737-500型飞机制动要求。国产刹车副航线使用情况正常，刹车性能良好，使用性能和起落次数与进口刹车副相当，使用寿命最大达到900起落。

Claims

1.一种大型飞机用粉末冶金航空刹车材料，其特征在于：组成刹车材料的各成分按质量百分比计为：铁8～18％、石墨8～16％、海砂4～10％、锡1～5％、镍1～3％、SiC1～5％、Al₂O₃ 1～5％、二硫化钼1～5％、铜50～75％。

2.如权利要求1所述的刹车材料，其特征在于：各材料成分按质量百分比计为：13％铁、12％石墨、6％海砂、1％锡、2％镍、4％碳化硅、4％氧化铝、4％二硫化钼、54％铜。

3.如权利要求1所述的刹车材料，其特征在于：各材料成分按质量百分比计为：15％铁、10％石墨、9％海砂、1％锡、1％镍、2％碳化硅、2％氧化铝、4％二硫化钼、57％铜。

4.如权利要求1所述的刹车材料，其特征在于：各材料成分按质量百分比计为：8％铁、8％石墨、4％海砂、1％锡、1％镍、2％碳化硅、2％氧化铝、2％二硫化钼、72％铜

5.一种如权利要求1所述的航空刹车材料的制造工艺，其特征在于根据混合料的总质量和具体成分配比称取各种粉末，混合均匀后掺入航空煤油，再混合均匀，按以下步骤完成：

1)制取粉末压坯

将混合料倒入压模的模腔内，经压制过程，制得压坯，压制压力350～450Mpa；

2)支撑钢碗准备

钢碗是用来支撑刹车材料，加工后电镀镍/铜，电镀层厚度10～20μm；

3)粉末压坯的加压烧结

粉末压坯放置于钢碗内，平放在专用石墨板上，移入烧结炉中进行加压烧结，加压烧结工艺如下：升温2～4小时，保温2～3小时，保温温度950～1020℃，保温压力1.5～3.0Mpa，氢气等还原性气氛保护烧结，经机械强度、摩擦磨损性能检测合格后，加工至产品要求的尺寸。