CN103785824B - 一种重载车辆制动用粉末冶金摩擦副及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种重载车辆用粉末冶金摩擦副及其制备工艺，静摩擦片其包括以下重量份的组分：还原铁粉60～70份，电解铜粉12～18份，二硫化钼粉2～4份，铁锰合金粉1‑3份，电解镍粉1～3份，二氧化硅粉3～5份，鳞片石墨6～10份。动摩擦片其包括以下重量份的组分：还原铁粉14～18份，电解铜粉40～60份，二硫化钼粉2～4份，锡粉4～6份，铁铬合金粉1～3份，铁锰合金粉2‑4份，电解镍粉1～3份，铬粉1～3份，三氧化二铝粉1～3份，二氧化硅粉4～7份，鳞片石墨10～14份。重载车辆用粉末冶金摩擦副的制备工艺包括钢背生产、喷砂处理、整形、电镀；粉末料的配料、混合、成份均匀性化学分析、预压成形、加压烧结、机械加工、成品、检验。本发明制造的重载车辆用粉末冶金摩擦副经MM1000试验，摩擦磨损性能优异、制动性能稳定、能耗低、材料均匀性好、导热性能好、低磨耗率、使用寿命长，解决了重载车辆用摩擦副高温摩擦系数衰退严重及制动磨耗大、寿命短等问题。
Description
技术领域
本发明属于车辆制动技术领域，涉及一种重载车辆制动用粉末冶金摩擦副及其制备工艺。
背景技术
重载车辆(如坦克、装甲车辆)的制动性能直接影响车辆的使用，战车的制动性能甚至可以决定战场的胜负和战争的进程，传统的粉末冶金摩擦副已很难满足制动要求。现研制的重载车辆摩擦副的主要类型有：铜基粉末冶金摩擦副，铁基粉末冶金摩擦副，炭/陶复合材料摩擦副等，上述产品主要存在的问题：粉末冶金摩擦副在制动时产生高温导致摩擦系数衰退较快，摩擦副磨耗过快、尤其是寿命较短、耐热极限不足。而炭/陶符合材料摩擦副的制备周期长、价格高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重载车辆用粉末冶金摩擦副(含动摩擦片和静摩擦片)及其制备工艺，解决目前重载车辆摩擦副使用中存在的高温摩擦系数不稳定、摩擦副寿命短和耐热极限不足等问题。
其技术方案如下：
静摩擦片包括以下重量份的组分：还原铁粉60～70份，电解铜粉12～18份，二硫化钼粉2～4份，铁锰合金粉1-3份，电解镍粉1～3份，二氧化硅粉3～5份，鳞片石墨6～10份；动摩擦片包括以下重量份的组分：还原铁粉14～18份，电解铜粉40～60份，二硫化钼粉2～4份，锡粉4～6份，铁铬合金粉1～3份，铁锰合金粉2-4份，电解镍粉1～3份，铬粉1～3份，三氧化二铝粉1～3份，二氧化硅粉4～7份，鳞片石墨10～14份；还原铁粉粒度为-200目，其中O≤1.2％；电解铜粉粒度为-200目，其中O≤0.2％；二硫化钼的粒度为-200目，工业纯；锡粉粒度为-200目，Sn≥99％，喷雾法制取；铁铬合金粉粒度为-200目，CrFe≥97％；铁锰合金粉粒度为-200目，MnFe≥97％；电解镍粉粒度为-300目；铬粉-200目，Cr≥99％；三氧化二铝粉粒度为-100～+200，A12O3≥96％；二氧化硅粉粒度为-100～+200，SiO2≥94％；鳞片石墨粒度为-35～+80，C≥98％。
所述静摩擦片包括以下重量份的组分：还原铁粉66份，电解铜粉15份，二硫化钼粉3份，铁锰合金粉2份，电解镍粉2份，二氧化硅粉4份，鳞片石墨8份； 动摩擦片包括以下重量份的组分：还原铁粉16份，电解铜粉50份，二硫化钼粉3份，锡粉5份，铁铬合金粉1份，铁锰合金粉3份，电解镍粉2份，铬粉1份，三氧化二铝粉2份，二氧化硅粉5份，鳞片石墨12份。
所述重载车辆用粉末冶金摩擦副的工艺，包括以下步骤：
(1)配料：按照所述配方用电子称称取各组分；
(2)静摩擦片搅拌混合：采取梯次加料的方法，先将还原铁粉、电解镍粉和铁锰合金粉放入混料筒进行预混合，然后将电解铜粉放入混料筒中混合0.5h，再将0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分混合1h，再加入鳞片石墨混合4～5h，从混料筒的出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)动摩擦片搅拌混合：先将还原铁粉、电解镍粉、铬粉和铁锰合金粉放入混料筒进行预混合，然后将电解铜粉和锡粉放入混料筒中混合0.5h后，加入0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分并混合1h，再加入鳞片石墨混合4～5h，从混料筒的出料孔排料，保存到储料筒中；
(4)成分均匀性化学分析：混料工艺完成后，分别在静摩擦片和动摩擦片的储料筒中四个不同深度位置处抽取四个试样进行成分均匀性化学分析，检验其碳、硫元素占配料的重量百分比，要求碳含量为11.70～14.30％，硫含量为1.08～1.32％；
(5)冷压成形及压坯组装：分别将静摩擦片和动摩擦片的粉料放入相应模具腔中，常温压制，压制压力为440～580MPa；然后将压制完成的压坯与钢背分别组装；
(6)加压烧结：烧结设备选用钟罩式加压烧结炉，分别将组装好的动摩擦片和静摩擦片置于钟罩炉中于氢气气氛下烧结温度900±10℃，保温2～4h，保温时的烧结压力为2.0～4.0MPa；最后，将其冷却至室温,出炉后进行机械加工既得成品。
所述的冷压成形及压坯组装中的预压压力为500MPa。
所述的加压烧结中的钟罩炉中烧结温度905℃，烧结压力2.45MPa，保温时间3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)采用梯次混合技术，先将一定量的电解铜粉、还原铁粉和铁锰合金粉放入混料筒进行预混合，经过一定时间搅拌后依次加入其他粉末，最后加入鳞片石墨，保证了密度差距较大的粉末在混合后的均匀性，缩短混料时间，改善压制成形工艺条件，保证摩擦副的摩擦磨损性能和热传导性能。
(2)粉末冶金摩擦片中加入了铁铬合金粉、铁锰合金粉和镍粉，是一种新型的重载车辆用粉末冶金摩擦片配方，能够改善摩擦副制动时高温摩擦系数的平稳性， 提高材料强度和韧性，减少了摩擦副的磨耗从而延长使用寿命，以及在承受冲击、剪切、拉伸等力的作用下不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤。
总之，本发明工艺简便、能耗低、材料均匀性好、导热性能好、高温摩擦系数稳定、低磨耗率、使用寿命长，尤其适合重载车辆及重载军用车辆如战车、装甲车的制动装置，有很广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
重载车辆用粉末冶金摩擦副静摩擦片的各组分重量：还原铁粉62份，电解铜粉15份，二硫化钼粉4份，铁锰合金粉2份，电解镍粉2份，二氧化硅粉5份，鳞片石墨10份。
重载车辆用粉末冶金摩擦副动摩擦片的各组分重量：还原铁粉14份，电解铜粉54份，二硫化钼粉3份，锡粉5份，铁铬合金粉1份，铁锰合金粉3份，电解镍粉2份，铬粉1份，三氧化二铝粉2份，二氧化硅粉4份，鳞片石墨11份。
制造过程：
(1)配料：按照上述配方用电子称称取各组分；
(2)静摩擦片粉末料搅拌混合：先将还原铁粉、电解镍粉和铁锰合金粉、放入混料筒进行预混合，然后将电解铜粉放入混料筒中混合0.5h，接着将加入0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分混合1h，再加入鳞片石墨混合4h，从混料筒出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)动摩擦片粉末料搅拌混合：先将还原铁粉、电解镍粉、铬粉和铁锰合金粉放入混料筒进行预混合，然后将电解铜粉和锡粉放入混料筒中混合0.5h后，加入0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分并混合1h，再加入鳞片石墨混合5h，从混料筒出料孔排料，保存到储料筒中；
(4)成分均匀性化学分析：混料工艺完成后，在混合料中四个不同深度位置抽取试样进行成分均匀性化学分析，检验其碳、硫元素占配料的重量百分比；
(5)冷压成形及压坯组装：分别将静摩擦片和动摩擦片的粉料放入相应模具腔中，常温压制，压制压力为500MPa；然后将压制完成的压坯与钢背组装；
(6)加压烧结：烧结设备选用钟罩式加压烧结炉，分别将组装好的动摩擦片和静摩擦片置于钟罩炉中于氢气气氛下烧结温度900±10℃，保温2.5h，保温时的烧结压力为2.0～4.0MPa；最后，将其冷却至室温。出炉后进行机械加工即得成品。
(7)根据上述实施例测得摩擦副的物理性能如下：
动摩擦片：密度：5.2g/cm3 布氏硬度：HBS-63 压缩强度：46MPa；
静摩擦片：密度：5.8g/cm3 布氏硬度：HRF-95 压缩强度：58MPa
(8)根据上述实施例测得的MM1000摩擦磨损试验机制动试验结果如表1所示：
表1
实施例2：
重载车辆用粉末冶金摩擦副静摩擦片的各组分重量：还原铁粉66份，电解铜粉14份，二硫化钼粉2份，铁锰合金粉3份，电解镍粉3份，二氧化硅粉4份，鳞片石墨8份。
重载车辆用粉末冶金摩擦副动摩擦片的各组分重量：还原铁粉15份，电解铜粉53份，二硫化钼粉2份，锡粉4份，铁铬合金粉1份，铁锰合金粉2份，电解镍粉1份，铬粉1份，三氧化二铝粉3份，二氧化硅粉6份，鳞片石墨12份。
制造过程：
(1)配料：按照上述配方用电子称称取各组分；
(2)静摩擦片搅拌混合：先将还原铁粉、电解镍粉和铁锰合金粉、放入混料筒进行预混合，然后将电解铜粉放入混料筒中混合0.5h，接着将加入0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分混合1h，再加入鳞片石墨混合4.5h，从混料筒出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)动摩擦片搅拌混合：先将还原铁粉、电解镍粉、铬粉和铁锰合金粉放入混料筒进行预混合，然后将电解铜粉和锡粉放入混料筒中混合0.5h后，加入0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分并混合1h，再加入鳞片石墨混合4.5h，从混料筒出料孔排料，保存到储料筒中；
(4)成分均匀性化学分析：混料工艺完成后，在混合料中四个不同深度位置抽取试样进行成分均匀性化学分析，检验其碳、硫元素占配料的重量百分比；
(5)冷压成形及压坯组装：分别将静摩擦片和动摩擦片的粉料放入相应模具腔中，常温压制，压制压力为550MPa；然后将压制完成的压坯与钢背组装；
(6)加压烧结：烧结设备选用钟罩式加压烧结炉，分别将组装好的动摩擦片和静摩擦片置于钟罩炉中于氢气气氛下烧结温度900±10℃，保温3h，保温时的烧结压力为2.0～4.0MPa；最后，将其冷却至室温。出炉后进行机械加工即得成品。
(7)根据上述实施例测得摩擦片的物理性能如下：
动摩擦片：密度：5.0g/cm3 布氏硬度：HBS-58 压缩强度：45MPa；
静摩擦片：密度：5.7g/cm3 布氏硬度：HRF-95 压缩强度：56MPa
(8)根据上述实施例测得的MM1000摩擦磨损试验机制动试验结果如表2所示：
表2
实施例3：
重载车辆用粉末冶金摩擦副静摩擦片的各组分重量：还原铁粉68份，电解铜粉13份，二硫化钼粉4份，铁锰合金粉2份，电解镍粉2份，二氧化硅粉5份，鳞片石墨6份。
重载车辆用粉末冶金摩擦副动摩擦片的各组分重量：还原铁粉16份，电解铜粉43份，二硫化钼粉2份，锡粉4份，铁铬合金粉3份，铁锰合金粉4份，电解镍粉3份，铬粉3份，三氧化二铝粉3份，二氧化硅粉6份，鳞片石墨13份。
制造过程：
(1)配料：按照上述配方用电子称称取各组分；
(2)静摩擦片搅拌混合：先将还原铁粉、电解镍粉和铁锰合金粉、放入混料筒 进行预混合，然后将电解铜粉放入混料筒中混合0.5h，接着将加入0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分混合1h，再加入鳞片石墨混合5h，从混料筒出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)动摩擦片搅拌混合：先将还原铁粉、电解镍粉、铬粉和铁锰合金粉放入混料筒进行预混合，然后将电解铜粉和锡粉放入混料筒中混合0.5h后，加入0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分并混合1h，再加入鳞片石墨混合4.5h，从混料筒出料孔排料，保存到储料筒中；
(4)成分均匀性化学分析：混料工艺完成后，在混合料中四个不同深度位置抽取试样进行成分均匀性化学分析，检验其碳、硫元素占配料的重量百分比；
(5)冷压成形及压坯组装：分别将静摩擦片和动摩擦片的粉料放入相应模具腔中，常温压制，压制压力为550MPa；然后将压制完成的压坯与钢背组装；
(6)加压烧结：烧结设备选用钟罩式加压烧结炉，分别将组装好的动摩擦片和静摩擦片置于钟罩炉中于氢气气氛下烧结温度900±10℃，保温2.5h，保温时的烧结压力为2.0～4.0MPa；最后，将其冷却至室温。出炉后进行机械加工即得成品。
(7)根据上述实施例测得摩擦副的物理性能如下：
动摩擦片：密度：5.2g/cm3 布氏硬度：HBS-63 压缩强度：48MPa；
静摩擦片：密度：5.9g/cm3 洛氏硬度：HRF-97 压缩强度：60MPa
(8)根据上述实施例测得的MM1000摩擦磨损试验机制动试验结果如表3所示：
表3
以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种制备重载车辆用粉末冶金摩擦副的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：静摩擦片包括以下重量份的组分：还原铁粉60～70份，电解铜粉12～18份，二硫化钼粉2～4份，铁锰合金粉1-3份，电解镍粉1～3份，二氧化硅粉3～5份，鳞片石墨6～10份；动摩擦片包括以下重量份的组分：还原铁粉14～18份，电解铜粉40～60份，二硫化钼粉2～4份，锡粉4～6份，铁铬合金粉1～3份，铁锰合金粉2-4份，电解镍粉1～3份，铬粉1～3份，三氧化二铝粉1～3份，二氧化硅粉4～7份，鳞片石墨10～14份；还原铁粉粒度为-200目，其中O≤1.2％；电解铜粉粒度为-200目，其中O≤0.2％；二硫化钼的粒度为-200目，工业纯；锡粉粒度为-200目，Sn99％，喷雾法制取；铁铬合金粉粒度为-200目，CrFe≥97％；铁锰合金粉粒度为-200目，MnFe≥97％；电解镍粉粒度为-300目；铬粉-200目，Cr≥99％；三氧化二铝粉粒度为-100～+200，Al2O3≥96％；二氧化硅粉粒度为-100～+200，SiO2≥94％；鳞片石墨粒度为-35～+80，C≥98％；
(2)静摩擦片搅拌混合：采取梯次加料的方法，先将还原铁粉、电解镍粉和铁锰合金粉放入混料筒进行预混合，然后将电解铜粉放入混料筒中混合0.5h，再将0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分混合1h，再加入鳞片石墨混合4～5h，从混料筒的出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)动摩擦片搅拌混合：先将还原铁粉、电解镍粉、铬粉和铁锰合金粉放入混料筒进行预混合，然后将电解铜粉和锡粉放入混料筒中混合0.5h后，加入0.5％的机油和除鳞片石墨外其它组分并混合1h，再加入鳞片石墨混合4～5h，从混料筒的出料孔排料，保存到储料筒中；
(4)成分均匀性化学分析：混料工艺完成后，分别在静摩擦片和动摩擦片的储料筒中四个不同深度位置处抽取四个试样进行成分均匀性化学分析，检验其碳、硫元素占配料的重量百分比，要求碳含量为11.70～14.30％；硫含量为1.08～1.32％；
(5)冷压成形及压坯组装：分别将静摩擦片和动摩擦片的粉料放入相应模具腔中，常温压制，压制压力为440～580MPa，然后将压制完成的压坯与钢背分别组装；
(6)加压烧结：烧结设备选用钟罩式加压烧结炉，分别将组装好的动摩擦片和静摩擦片置于钟罩炉中于氢气气氛下烧结温度900±10℃，保温2～4h，保温时的烧结压力为2.0～4.0MPa；最后，将其冷却至室温，出炉后进行机械加工既得成品。
2.根据权利要求1所述的制备重载车辆用粉末冶金摩擦副的工艺，其特征在于，静摩擦片包括以下重量份的组分：还原铁粉66份，电解铜粉15份，二硫化钼粉3份，铁锰合金粉2份，电解镍粉2份，二氧化硅粉4份，鳞片石墨8份；动摩擦片包括以下重量份的组分：还原铁粉16份，电解铜粉50份，二硫化钼粉3份，锡粉5份，铁铬合金粉1份，铁锰合金粉3份，电解镍粉2份，铬粉1份，三氧化二铝粉2份，二氧化硅粉5份，鳞片石墨12份。
3.根据权利要求1所述的制备重载车辆用粉末冶金摩擦副的工艺，其特征在于，所述的冷压成形及压坯组装中的预压压力为500MPa。
4.根据权利要求1所述的制备重载车辆用粉末冶金摩擦副的工艺，其特征在于，所述的加压烧结中的钟罩炉中烧结温度905℃，烧结压力2.45MPa，保温时间3h。
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Owner name: BEIJING BAIMTEC MATERIAL CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: BEIJING BAIMU AERONAUTIC MATERIAL HIGH-TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20150121 |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100094 HAIDIAN, BEIJING TO: 100000 HAIDIAN, BEIJING |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150121 Address after: 100000 Beijing city Haidian District Yongxiang Road No. 5 Building 1 2 206 Applicant after: BEIJING YOUCAI BAIMU AVIATION EQUIPMENT CO., LTD. Address before: 100094 Beijing city Haidian District Yongxiang Road No. 5 Applicant before: Beijing Baimu Aeronautic Material High-Technology Co., Ltd. |
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