CN102294482A - 一种铁铜基粉末合金刹车片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铁铜基粉末合金刹车片及其制备方法，其粉末材料按重量比加入30～50％的铜粉、30％～50％的铁粉、1～6％的锡粉、1～8％的钼粉、1-10％的碳化硅、1～7％的铅粉、二硫化钼1～6％和鳞状石墨5～20％。通过原材料预处理、配料、混料、压制、烧结、冷却和机械加工，形成扇形粉末合金摩擦件，与耐热合金钢或者耐磨铸铁配对，形成摩擦对偶，适用于飞机多盘式刹车装置，或者重型车辆的制动器和离合器。

Description

一种铁铜基粉末合金刹车片及其制备方法

技术领域

本发明属于航空制动技术和粉末冶金技术，具体为一种铁铜基粉末合金刹车材料及其制备方法。 

背景技术

粉末合金刹车材料是一种常用的飞机刹车材料，波音公司制造的B737等飞机，空客公司制造的A300、A320等飞机，以及国内运七、运八飞机等多种飞机，都在使用铜基或者铁基粉末合金刹车材料。 

铁基粉末合金刹车材料基体强度较高，适用于重负荷工况条件，但是导热性差，而且与钢质摩擦对偶相容性大，在制动过程中摩擦面温度高，容易与摩擦对偶粘接，拉伤对偶表面，在对偶表面形成沟槽，摩擦系数不稳定。铜及铜合金的导热性能、抗氧化性能、摩擦稳定性等比铁好，但铜基粉末合金刹车材料一般基体强度较低，在重载使用条件下易于龟裂、掉块，使用寿命较短，而且铜价昂贵。本发明提出了铁铜基摩擦材料，铁粉和铜粉共同组成基体，既保证了材料基体强度，又具有较好的热物理性能和稳定的摩擦性能，可以满足飞机的制动使用要求。 

发明内容

为克服现有粉末合金刹车片存在的粉末合金材料基体导热性较低、使用寿命短，以及原材料成本高的不足，本发明提出了一种铁铜基粉末合金刹车片及其制备方法。 

本发明是一种铁铜基粉末合金刹车片，由重量比分别为30～50％的铜粉、30％～50％的铁粉、1～6％的锡粉、1～8％的钼粉、1～10％的碳化硅、1～7％的铅粉、1～6％的二硫化钼和5～20％的鳞状石墨组成。 

本发明还提出了一种采用上述铁铜基粉末合金制备刹车片的方法，具体过程是： 

第一步，原材料预处理。对碳化硅、二硫化钼和鳞状石墨置于烘箱内，在大约120℃下进行干燥处理，干燥处理时间根据原材料多少来确定，一般1小时左右。对铜粉、铁粉、锡粉、钼粉和铅粉用60目网筛过筛，取用筛下物。 

第二步，配料。根据生产需求确定总的配料量，再按比例计算、称取各原料，总量不超过百分之百。 

第三步，混料。一般用双锥形混料机混料，将原料倒入双锥形混料筒中，混料机 料机转速为30-60转/分，混料时间15-20小时，搅拌混合均匀，得到混合料。 

第四步，压制成形。根据刹车片大小计算、并称量混合后的原材料，将称量好的混合料加入模具中并置于500吨左右的压力机上压制，得到刹车片压坯。压制比压为250-450MPa。 

第五步，加压烧结。把压制好的压坯与同形状的钢背叠合，平放在烧结垫盘上，逐层堆叠。堆叠时，在一个烧结垫盘上平放一周压坯/钢背，在压坯上放置一层隔离纸；再在隔离纸上放置一个烧结垫盘，再放压坯/钢背、隔离纸等等，依次逐层堆叠形成烧结柱。把烧结柱吊入烧结箱内。再把烧结箱吊入能够轴向加压的烧结炉中。封闭炉门后向炉内输送氢气，排除空气，对炉体加热并向料柱加压，压力按被压制的刹车片毛坯表面0.8-2.4MPa的垂直方向比压确定。烧结温度为750-950℃；保温时间1-3小时。 

第六步，出炉冷却。将装有加压烧结后的烧结箱置于冷却槽内冷却。冷却时在刹车片毛坯表面上施加0.8-2.4MPa垂直方向比压，并保持烧结箱内气氛。当烧结箱内温度低于100℃时烧结柱出箱。分解烧结柱，得到了把压坯/钢背烧结为一体的刹车片。钢背一般为15号钢，或者20号钢，或者低合金钢等。 

第七步，机械加工。对刹车片进行机械加工，磨削摩擦面。对产品喷涂一薄层油漆，以防产品贮运期间生锈。得到粉末合金扇形片即刹车片，把刹车片铆接于钢骨架上，形成粉末合金刹车盘。 

通过打洛氏硬度、检查粉末片与钢背的结合性和做摩擦试验等来控制产品质量。洛氏硬度采用HRF标尺。打结合性就是压弯刹车片，使粉末层开裂脱落，检查钢背上应粘有粉末材料。摩擦试验可在MM1000摩擦试验机上完成，以检查材料摩擦磨损性能的一致性。 

按照上述方法形成的粉末合金摩擦件可以与多种钢材或者铸铁配对摩擦，常用的对偶件材料有30CrMnSi系列、25Cr2MoV系列、30CrSiMoV系列、耐磨铸铁等。 

按本发明制造的刹车副在一般飞机使用条件下摩擦系数可在0.20～0.40范围内改变。 

具体实施方式

实施例一 

本实施例是一种铁铜基粉末合金刹车片，所述的铁铜基粉末合金刹车片的组分如 表1所示： 

表1  铁铜基刹车材料重量配比 

组元	铁粉	铜粉	锡粉	钼粉	铅粉	碳化硅	二硫化钼	石墨
									粒度(目)	-200	-200	300	300	-200	100	粉剂	鳞状80
重量含量(％)	38	38	3	2	5	4	1	9

所述的铁铜基粉末合金刹车片组分的总量不超过百分之百。 

本实施例还提出了一种制备铁铜基粉末合金刹车片的方法，其具体过程包括以下步骤： 

第一步，原材料预处理。对碳化硅、二硫化钼和鳞状石墨置于烘箱内，在120℃下进行干燥处理，干燥处理时间1小时。对铜粉、铁粉、锡粉、钼粉和铅粉用60目网过筛，取筛下物。 

第二步，配料。按比例称取各原料，总量不超过百分之百。 

第三步，混料。将原料倒入双锥形混料机中。双锥形混料机料筒转速为60转/分，混料时间15小时，搅拌混合均匀，得到混合料。 

第四步，压制成形。每片刹车片用料量为45g。将称量好的混合料加入模具中并置于500吨压力机上压制，得到刹车片压坯。压制压力为350MPa。 

第五步，加压烧结。把压制好的压坯与同形状的钢背叠合，平放在烧结垫盘上，逐层堆叠。堆叠时，在一个烧结垫盘上平放一周压坯/钢背，在压坯上放置一层隔离纸；再在隔离纸上放置一个烧结垫盘，并依次逐层堆叠形成烧结柱。把烧结柱吊入烧结箱内。再把烧结箱吊入能够轴向加压的烧结炉中。封闭炉门后向炉内输送氢气，排除空气，对炉体加热并向料柱加压，压力按被压制的刹车片毛坯表面1.5MPa的垂直方向比压确定。烧结温度为880℃；保温时间2.5小时。 

第六步，出炉冷却。将装有加压烧结后的烧结箱置于冷却槽内冷却。冷却时在刹车片毛坯表面上施加1.5MPa垂直方向比压，并保持烧结箱内气氛。当烧结箱内温度为90℃时烧结柱出箱。分解烧结柱，得到了把压坯/钢背烧结为一体的刹车片。 

第七步，机械加工。对刹车片进行机械加工，磨削摩擦面。对产品喷涂一薄层油漆，以防产品贮运期间生锈。 

通过打洛氏硬度、验证粉末片与钢背的结合性和做摩擦试验等来控制产品质量。洛氏硬度采用HRF标尺。打结合性就是压弯刹车片，使粉末层开裂脱落，检查钢背上 应粘有粉末材料。摩擦试验在MM1000摩擦试验机上完成，以检查材料摩擦磨损性能的一致性。 

实施例二 

本实施例是一种铁铜基粉末合金刹车片，所述的铁铜基粉末合金刹车片的组分如表2所示： 

表2  铁铜基刹车材料重量配比 

组元	铁粉	铜粉	锡粉	钼粉	铅粉	碳化硅	二硫化钼	石墨
									粒度(目)	-200	-200	300	300	-200	100	粉剂	鳞状80
重量含量(％)	30	44	6	1	3	3	2	11

所述的铁铜基粉末合金刹车片组分的总量不超过百分之百。 

本实施例还提出了一种制备铁铜基粉末合金刹车片的方法，其具体过程包括以下步骤： 

第一步，原材料预处理。对碳化硅、二硫化钼和鳞状石墨置于烘箱内，在120℃下进行干燥处理，干燥处理时间1小时。对铜粉、铁粉、锡粉、钼粉和铅粉用60目网过筛，取筛下物。 

第二步，配料。按比例称取各原料，总量不超过百分之百。 

第三步，混料。将原料倒入双锥形混料机中。双锥形混料机料筒转速为50转/分，混料时间17小时，搅拌混合均匀，得到混合料。 

第四步，压制成形。每片刹车片用料量为60g。将称量好的混合料加入模具中并置于500吨压力机上压制，得到刹车片压坯。压制压力为300MPa。 

第五步，加压烧结。把压制好的压坯与同形状的钢背叠合，平放在烧结垫盘上，逐层堆叠。堆叠时，在一个烧结垫盘上平放一周压坯/钢背，在压坯上放置一层隔离纸；再在隔离纸上放置一个烧结垫盘，依次逐层堆叠形成烧结柱。把烧结柱吊入烧结箱内。再把烧结箱吊入能够轴向加压的烧结炉中。封闭炉门后向炉内输送氢气，排除空气，对炉体加热并向料柱加压，压力按被压制的刹车片毛坯表面1.2MPa的垂直方向比压确定。烧结温度为900℃；保温时间2小时。 

第六步，出炉冷却。将装有加压烧结后的烧结箱置于冷却槽内冷却。冷却时在刹车片毛坯表面上施加1.2MPa垂直方向比压，并保持烧结箱内气氛。当烧结箱内温度 为85℃时烧结柱出箱。分解烧结柱，得到了把压坯/钢背烧结为一体的刹车片。 

第七步，机械加工。对刹车片进行机械加工，磨削摩擦面。对产品喷涂一薄层油漆，以防产品贮运期间生锈。 

通过打洛氏硬度、验证粉末片与钢背的结合性和做摩擦试验等来控制产品质量。洛氏硬度采用HRF标尺。打结合性就是压弯刹车片，使粉末层开裂脱落，检查钢背上应粘有粉末材料。摩擦试验在MM1000摩擦试验机上完成，以检查材料摩擦磨损性能的一致性。 

实施例三 

本实施例是一种铁铜基粉末合金刹车片，所述的铁铜基粉末合金刹车片的组分如表3所示： 

表3  铁铜基刹车材料重量配比 

组元	铁粉	铜粉	锡粉	钼粉	铅粉	碳化硅	二疏化铝	石墨
									粒度(目)	-200	-200	300	300	-200	100	粉剂	鳞状80
重量含量(％)	45	30	5	1.5	4	3.5	3	8

所述的铁铜基粉末合金刹车片组分的总量不超过百分之百。 

本实施例还提出了一种制备铁铜基粉末合金刹车片的方法，其具体过程包括以下步骤： 

第一步，原材料预处理。对碳化硅、二硫化钼和鳞状石墨置于烘箱内，在120℃下进行干燥处理，干燥处理时间1小时。对铜粉、铁粉、锡粉、钼粉和铅粉用60目网过筛，取筛下物。 

第二步，配料。按比例称取各原料，总量不超过百分之百。 

第三步，混料。将原料倒入双锥形混料机中。双锥形混料机料筒转速为30转/分，混料时间20小时，搅拌混合均匀，得到混合料。 

第四步，压制成形。每片刹车片用料量为50g。将称量好的混合料加入模具中并置于500吨压力机上压制，得到刹车片压坯。压制压力为400MPa。 

第五步，加压烧结。把压制好的压坯与同形状的钢背叠合，平放在烧结垫盘上，逐层堆叠。堆叠时，在一个烧结垫盘上平放一周压坯/钢背，在压坯上放置一层隔离纸；再在隔离纸上放置一个烧结垫盘，依次逐层堆叠形成烧结柱。把烧结柱吊入烧结箱内。 再把烧结箱吊入能够轴向加压的烧结炉中。封闭炉门后向炉内输送氢气，排除空气，对炉体加热并向料柱加压，压力按被压制的刹车片毛坯表面2MPa的垂直方向比压确定。烧结温度为920℃；保温时间3小时。 

第六步，出炉冷却。将装有加压烧结后的烧结箱置于冷却槽内冷却。冷却时在刹车片毛坯表面上施加2MPa垂直方向比压，并保持烧结箱内气氛。当烧结箱内温度为80℃时烧结柱出箱。分解烧结柱，得到了把压坯/钢背烧结为一体的刹车片。 

第七步，机械加工。对刹车片进行机械加工，磨削摩擦面。对产品喷涂一薄层油漆，以防产品贮运期间生锈。 

通过打洛氏硬度、验证粉末片与钢背的结合性和做摩擦试验等来控制产品质量。洛氏硬度采用HRF标尺。打结合性就是压弯刹车片，使粉末层开裂脱落，检查钢背上应粘有粉末材料。摩擦试验在MM1000摩擦试验机上完成，以检查材料摩擦磨损性能的一致性。 

Claims (2)

1.一种铁铜基粉末合金刹车片，其特征在于，由重量比分别为30～50％的铜粉、30％～50％的铁粉、1～6％的锡粉、1～8％的钼粉、1～10％的碳化硅、1～7％的铅粉、1～6％的二硫化钼和5～20％的鳞状石墨组成。

2.一种制备权利要求1所述铁铜基粉末合金刹车片的方法，其特征在于，其具体过程是：

第一步，原材料预处理；将碳化硅、二硫化钼和鳞状石墨置于烘箱内进行干燥处理；对铜粉、铁粉、锡粉、钼粉和铅粉过筛，取筛下物；

第二步，配料；按比例称取各种原料，总量不超过百分之百；

第三步，混料；将称量的原料置于V形混料筒内搅拌混合均匀；

第四步，压制成形；将混合后的原料加入模具中，在压力机上压制成刹车片压坯；压制压力为250～450MPa；

第五步，加压烧结；把压制好的压坯与相同形状的钢背重叠，平放在烧结垫盘上，逐层堆垒，形成烧结柱；把烧结柱吊入烧结箱内；再把烧结箱吊入烧结炉中；采用能够轴向加压的加热炉对烧结柱进行加压烧结；烧结时在烧结柱上施加0.8～2.4MPa的垂直方向压力；烧结温度为750～950℃，保温时间1～3h；烧结箱内气氛为氢气；

第六步，出炉冷却；将装有烧结柱的烧结箱置于冷却槽内冷却；冷却时在刹车片毛坯表面上施加0.8～2.4MPa垂直方向比压，并保持烧结箱内气氛；当烧结箱内温度低于100℃时烧结柱出箱；

第七步，机械加工；烧结之后根据设计精度要求对摩擦面进行磨削加工，对连接孔进行钻削加工，得到铁铜基粉末合金刹车片。