CN104195478B - 一种增强型铝铜基复合摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
一种增强型铝铜基复合摩擦材料，由原料经混料、热压成型和固化工序加工制成，原料包括15-20重量份的铸造铝合金ZAlSi8MgBe粉末、8-10重量份的铜合金Cu30Ni15Mn粉末、8-10重量份的碳化硅、6-8重量份的钛酸钾纤维、5-6重量份的芳纶纤维、5-6重量份的氧化锆、3-4重量份的四针状氧化锌晶须、1-2重量份二硫化钼,1-2重量份硫酸钡，1-2重量份碳化钨，1.5-2重量份的丁腈橡胶，1-2重量份的纳米二氧化钛。本发明的基体材料用铝合金和铜合金来代替钢，由于铝合金和铜合金的散热性远远高于普通的钢，刹车摩擦时产生的热量能够及时散失，降低刹车片表面的温度，从而减轻了高温热衰退性，且磨损率很小；同时经过实验验证，使用时噪音频率在450Hz以下，在车内基本听不见明显的噪音。
Description
技术领域
本发明涉及新材料领域，具体是一种增强型铝铜基复合摩擦材料。
背景技术
目前制作刹车片的摩擦材料主要分为传统石棉型刹车片、金属混合型刹车片和陶瓷基摩擦材料刹车片。其中石棉型刹车片突出问题是强度低、热稳定性差、易磨损，已逐渐被淘汰；金属混合型刹车片目前仍然是刹车片的主要类型，主要材料钢纤维作为增强纤维，由于金属含量较高，其导热性和强度有了一定提高，但是由于现在城市以及高速公路道路路况较好，同时家用轿车的普及，良好的路况导致汽车车速较快，当刹车时刹车片承受的应力更大，钢制刹车片其一噪音大，其二由于散热性一般，表面温度过高导致热衰退明显并且磨损严重，使用寿命大大缩短并且容易出现安全事故。随着汽车技术的高速发展，其对制动安全性有了更高的要求，现有的摩擦材料刹车片由于材料搭配缺乏科学的设计，仍然存在高速衰退、高温衰退、稳定性、噪音和振动以及使用寿命的低等问题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种摩擦性能好、低噪音、且减轻了高温热衰退性并提高使用寿命的增强型铝铜基复合摩擦材料。
为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：由原料经混料、热压成型和固化工序加工制成，原料包括15-20重量份的铸造铝合金ZAlSi8MgBe粉末、8-10重量份的铜合金Cu30Ni15Mn粉末、8-10重量份的碳化硅、6-8重量份的钛酸钾纤维、5-6重量份的芳纶纤维、5-6重量份的氧化锆、3-4重量份的四针状氧化锌晶须、1-2重量份二硫化钼,1-2重量份硫酸钡，1-2重量份碳化钨，1.5-2重量份的丁腈橡胶，1-2重量份的纳米二氧化钛；所述的碳化硅的粒径10-12μm，所述的钛酸钾纤维长度为16-18μm，所述的芳纶纤维长度为2-2.5mm、单丝直径为8-10μm，所述的四针状氧化锌晶须的长度为10-12μm、根部直径为1-1.5μm，所述的氧化锆粒径为3-5μm，所述二硫化钼粒径为20-30nm，所述的碳化钨的粒径为20-30μm，所述的纳米二氧化钛粒径为15-30nm。
上述方案进一步优化为：原料包括20重量份的铸造铝合金ZAlSi8MgBe粉末、8重量份的铜合金Cu30Ni15Mn粉末、9重量份的碳化硅、7重量份的钛酸钾纤维、5重量份的芳纶纤维、6重量份的氧化锆、4重量份的四针状氧化锌晶须、1重量份二硫化钼、2重量份硫酸钡、2重量份碳化钨、1.5重量份的丁腈橡胶、1重量份的纳米二氧化钛。
本发明的基体材料用铝合金和铜合金来代替钢，由于铝合金和铜合金的散热性远远高于普通的钢，刹车摩擦时产生的热量能够及时散失，降低刹车片表面的温度，从而减轻了高温热衰退性，并且在温度高达到600度时，其摩擦系数仍能稳定在0.45左右；通过在复合材料加入SiC，不仅可以改善复合材料热稳定性、机械性能以及耐磨性，而且还可以提高复合材料的耐热性和抗蠕变性能，并能够降低热膨胀系数；由于纤维的高强度和刚度以及良好的导热性，利用这些优点，将芳纶纤维复合到合金基体中，提高材料的的摩擦性能和机械性能。研究表明，由于基体与其它材料接触发生摩擦而产生磨损时，纤维能起到很好的承载作用，会在对偶件表面形成均匀连续的转移膜，从而复合材料的耐磨性得到了显著提高；纳米二氧化钛（TiO2）具有特有的纳米尺寸效应、大的比表面积、有着较强的界面相互作用，其能够与芳纶纤维、玻璃纤维相结合填充，起到协同作用，TiO2能够提高复合材料的承载能力，弥补纤维组分填充不到的贫瘠纤维区，从而提高复合材料的耐磨性能。增强粒子四针状氧化锌晶须的立体的晶型结构分散在基体中能起骨架作用，独特的三维空间结构使其与基体的抓着力更大，增强效果更显著，使抗拉强度明显增加，而且横向和纵向抗拉强度数值基本相同，各向同性地加强基体材料的机械性能，显著地改善基体强度和加工性能。总之由于在合金基体材料中增加了各种增强粒子以及纤维，提高了刹车片的强度使磨损率大幅度较少；同时经过试验验证，使用时噪音频率在450Hz以下，在车内基本听不见明显的噪音。本地发明具有配料成分少，生产工艺简单的优点，其制备的刹车片解决了现有刹车片存在的问题，能够较好的防止高速衰退、高温衰退，且具有较好稳定性和使用寿命长的优点。
具体实施方式
实施例1
一种增强型铝铜基复合摩擦材料，由原料经混料、热压成型（200-250MPa，8-10分钟）和固化工序（350-380摄氏度固溶3-4小时，水冷，220-240摄氏度固溶-时效处理7-8小时）加工制成，原料包括15重量份的铸造铝合金ZAlSi8MgBe粉末、10重量份的铜合金Cu30Ni15Mn粉末、10重量份的碳化硅、6重量份的钛酸钾纤维、6重量份的芳纶纤维、6重量份的氧化锆、3重量份的四针状氧化锌晶须、2重量份二硫化钼、2重量份硫酸钡、2重量份碳化钨、1.5重量份的丁腈橡胶、1重量份的纳米二氧化钛；碳化硅的粒径10μm，钛酸钾纤维长度为18μm，芳纶纤维长度为2mm、单丝直径为10μm，四针状氧化锌晶须的长度为12μm、根部直径为1μm，氧化锆粒径为5μm，二硫化钼粒径为20nm，碳化钨的粒径为30μm，纳米二氧化钛粒径为30nm。
实施例2
一种增强型铝铜基复合摩擦材料，由原料经混料、热压成型和固化工序加工制成，原料包括20重量份的铸造铝合金ZAlSi8MgBe粉末、10重量份的铜合金Cu30Ni15Mn粉末、8重量份的碳化硅、8重量份的钛酸钾纤维、5重量份的芳纶纤维、5重量份的氧化锆、4重量份的四针状氧化锌晶须、1重量份二硫化钼、2重量份硫酸钡、1重量份碳化钨、2重量份的丁腈橡胶、2重量份的纳米二氧化钛；碳化硅的粒径12μm，钛酸钾纤维长度为16μm，芳纶纤维长度为2.5mm、单丝直径为8μm，四针状氧化锌晶须的长度为10μm、根部直径为1.5μm，氧化锆粒径为3μm，二硫化钼粒径为30nm，碳化钨的粒径为20μm，纳米二氧化钛粒径为15nm。
实施例3,
一种增强型铝铜基复合摩擦材料，由原料经混料、热压成型和固化工序加工制成，原料包括25重量份的铸造铝合金ZAlSi8MgBe粉末、8重量份的铜合金Cu30Ni15Mn粉末、9重量份的碳化硅、7重量份的钛酸钾纤维、5重量份的芳纶纤维、6重量份的氧化锆、4重量份的四针状氧化锌晶须、1重量份二硫化钼、2重量份硫酸钡、2重量份碳化钨、1.5重量份的丁腈橡胶、1重量份的纳米二氧化钛。碳化硅的粒径12μm，钛酸钾纤维长度为16μm，芳纶纤维长度为2.5mm、单丝直径为8μm，四针状氧化锌晶须的长度为10μm、根部直径为1.5μm，氧化锆粒径为3μm，二硫化钼粒径为30nm，碳化钨的粒径为20μm，纳米二氧化钛粒径为25nm。
按照国家标准GB5763-2008，将实施例1-3的刹车片（实施例）以及国内现有的其他厂家生产的钢制半金属刹车片（对照例）分别在定速摩擦机上进行试验，试验结果如下表：
试验结果证明，本发明制备的刹车片具有更好的摩擦磨损性能和抗高温热衰退性能，在高温时表现优异，比如在刹车的过程中，温度350度时摩擦系数保持在0.45左右，最高温度达到550-600度时刹车片的摩擦系数也仍旧能够保持在0.45左右，温度350度时磨损率低于0.15，温度600度左右时磨损率也低于0.25，急刹车不会出现龟裂，且噪音频率低于450Hz，在车内基本听不到刹车所产生的噪音。
Claims (2)
1.一种增强型铝铜基复合摩擦材料，由原料经混料、热压成型和固化工序加工制成，其特征是：原料包括15-20重量份的铸造铝合金ZAlSi8MgBe粉末、8-10重量份的铜合金Cu30Ni15Mn粉末、8-10重量份的碳化硅、6-8重量份的钛酸钾纤维、5-6重量份的芳纶纤维、5-6重量份的氧化锆、3-4重量份的四针状氧化锌晶须、1-2重量份二硫化钼,1-2重量份硫酸钡，1-2重量份碳化钨，1.5-2重量份的丁腈橡胶，1-2重量份的纳米二氧化钛；所述的碳化硅的粒径10-12μm，所述的钛酸钾纤维长度为16-18μm，所述的芳纶纤维长度为2-2.5mm、单丝直径为8-10μm，所述的四针状氧化锌晶须的长度为10-12μm、根部直径为1-1.5μm，所述的氧化锆粒径为3-5μm，所述二硫化钼粒径为20-30nm，所述的碳化钨的粒径为20-30μm，所述的纳米二氧化钛粒径为15-30nm。
2.根据权利要求1所述的增强型铝铜基复合摩擦材料，其特征是：原料包括20重量份的铸造铝合金ZAlSi8MgBe粉末、8重量份的铜合金Cu30Ni15Mn粉末、9重量份的碳化硅、7重量份的钛酸钾纤维、5重量份的芳纶纤维、6重量份的氧化锆、4重量份的四针状氧化锌晶须、1重量份二硫化钼、2重量份硫酸钡、2重量份碳化钨、1.5重量份的丁腈橡胶、1重量份的纳米二氧化钛。
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