CN104384501A - 一种铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法。该材料由以下重量份配比的原料制成：铁粉60-64份、锡粉6-10份、碳化硅粉3-6份、二氧化钼粉3-6份、锆刚玉粉4-7份、石英砂粉10-14份、二氧化锆粉1-4份、钴粉2-5份、氧化铝粉2-5份、钾长石粉2-5份、铜粉1-4份。其制备方法包括：配料和混料、压制成型、烧结处理和冷却处理。该方法制得的铁基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快、磨损小；强度高，耐高温，导热性好；抗咬合性好，耐腐蚀，受油脂、潮湿影响小。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料，特别涉及一种铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。粉末冶金与传统熔铸方法相比，具有以下特点：
（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。
（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。
（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。
（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
（5）可以实现近净形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。
（6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。
由于粉末冶金的种种优点，粉末冶金相关企业已经适用于汽车行业、装备制造业、金属行业、航空航天、军事工业、仪器仪表、五金工具、电子家电等领域的零配件生产和研究，相关原料、辅料生产，各类粉末制备设备、烧结设备制造。产品包括轴承、齿轮、硬质合金刀具、模具、摩擦制品等等。军工企业中，重型的武器装备如穿甲弹，鱼雷等，飞机坦克等刹车副均需采用粉末冶金技术生产。粉末冶金汽车零件近年来已成为为中国粉末冶金行业最大的市场，约50%的汽车零部件为粉末冶金零部件。
目前，全球制造业正加速向中国转移，汽车行业、机械制造、金属行业、航空航天、仪器仪表、五金工具、工程机械、电子家电及高科技产业等迅猛发展，为粉末冶金行业带来了不可多得的发展机遇和巨大的市场空间。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。 另外，粉末冶金产业被中国列入优先发展和鼓励外商投资项目，发展前景广阔。
随着我国加入WTO以后，市场逐渐国际化，粉末冶金市场将得到进一步扩大的机会；但是我国粉末冶金行业已经经过了近10年的高速发展，但与国外的同行业仍存在很大的差距：绝大多数企业缺乏技术支持，研发能力落后，产品档次低，难以与国外竞争，工艺装备、配套设施落后。粉末冶金分类主要为：粉末冶金多孔材料、粉末冶金减摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金结构零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金电磁材料和粉末冶金高温材料等。其中，粉末冶金摩擦材料是用粉末冶金的方法制成的、具有高摩擦系数和高耐磨性的金属与非金属组成的材料，也称烧结摩擦材料。这种材料通常由基体金属(铜、铁或其合金)、润滑组元(铅、石墨、二硫化钼等)、摩擦组元（二氧化硅、石棉等）3部分组成。其组织特点是：具有特殊性能的各种质点均匀地分布在连续的金属基体中。金属基体发挥良好的导热性并承受机械应力，均匀分布的质点保证所需的摩擦性能。粉末冶金摩擦材料按基体成分可分为铜基和铁基两大类。虽然铁基的比铜基的有稍高的硬度、强度、摩擦系数，允许承受的工作比压和表面瞬时温度也较高；但是较差的耐热系数和较高的磨损率。磨损率过大，降低刹使用寿命；耐热系数低，易引起摩擦材料烧伤，产品被破坏，其性能随之丧失。而我国目前有关粉末冶金减摩材料的原料配方和烧结工艺相对于国外还处于落后阶段，从而导致粉末冶金减摩材料的物理性能和工艺性能偏低。与国外技术相比还存在很大的差距。所以，要想将以上种种不足和弱点得以改善，那粉末冶金及相关的技术水平必需得到提高和发展。因此迫切需要寻找一种具有摩擦系数适当，磨损率小，耐热系数高等优点的铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种具有摩擦系数适当，磨损率小，耐热系数高等优点的铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法。 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种铁基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成：铁粉60-64份、锡粉6-10份、碳化硅粉3-6份、二氧化钼粉3-6份、锆刚玉粉4-7份、石英砂粉10-14份、二氧化锆粉1-4份、钴粉2-5份、氧化铝粉2-5份、钾长石粉2-5份、铜粉1-4份。
所述铁粉为350目、锡粉为300目、二氧化锆粉为250目、钴粉为300目、氧化铝粉为300目和铜粉为300目。
所述碳化硅粉、二氧化钼粉、锆刚玉粉、石英砂粉和钾长石粉均为60-100目。
一种铁基粉末冶金摩擦材料的制备方法，该方法包括以下制备步骤：
第一步，配料和混料，按照配比称取原料，将各组分粉末混合均匀； 第二步，压制成型，将混合料压制成压坯，压制压力为4.9T/cm2； 第三步，烧结处理，常压升温至940-950℃开始保温，烧结保温压力控制在烧结压力为2.4MPa，保持压力状态恒温3～3.5h，烧结过程在通入氨分解气保护条件下进行； 第四步，冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟40-50℃降温至80℃以下后出炉。
第三步中，烧结处理，常压升温至945℃开始保温。
第四步中，冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟45℃降温至80℃以下后出炉。
本发明的有益效果：本发明制得的产品的摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快、磨损小；强度高，耐高温，导热性好；抗咬合性好，耐腐蚀，受油脂、潮湿影响小。
具体实施方式
实施例1
一种铁基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成：铁粉60份、锡粉6份、碳化硅粉3份、二氧化钼粉3份、锆刚玉粉4份、石英砂粉10份、二氧化锆粉1份、钴粉2份、氧化铝粉2份、钾长石粉2份、铜粉1份。
铁粉为350目、锡粉为300目、二氧化锆粉为250目、钴粉为300目、氧化铝粉为300目和铜粉为300目。
碳化硅粉、二氧化钼粉、锆刚玉粉、石英砂粉和钾长石粉均为60目。
制备方法如下：
第一步，配料和混料，按照配比称取原料，将各组分粉末混合均匀； 第二步，压制成型，将混合料压制成压坯，压制压力为4.9T/cm2； 第三步，烧结处理，常压升温至950℃开始保温，烧结保温压力控制在烧结压力为2.4MPa，保持压力状态恒温3h，烧结过程在通入氨分解气保护条件下进行； 第四步，冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟40℃降温至80℃以下后出炉。
经过检测，本实施例产品的硬度：HRF81；抗压强度：320MPa ；摩擦系数0.340 ；密度(g/m3)5.25 ；磨损量(mm)0.0060。
实施例2
一种铁基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成：铁粉61份、锡粉7份、碳化硅粉4份、二氧化钼粉4份、锆刚玉粉5份、石英砂粉11份、二氧化锆粉2份、钴粉3份、氧化铝粉3份、钾长石粉3份、铜粉2份。
铁粉为350目、锡粉为300目、二氧化锆粉为250目、钴粉为300目、氧化铝粉为300目和铜粉为300目。
碳化硅粉、二氧化钼粉、锆刚玉粉、石英砂粉和钾长石粉均为70目。
制备方法如下：
第一步，配料和混料，按照配比称取原料，将各组分粉末混合均匀； 第二步，压制成型，将混合料压制成压坯，压制压力为4.9T/cm2； 第三步，烧结处理，常压升温至945℃开始保温，烧结保温压力控制在烧结压力为2.4MPa，保持压力状态恒温3.2h，烧结过程在通入氨分解气保护条件下进行； 第四步，冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟45℃降温至80℃以下后出炉。
经过检测，本实施例产品的硬度：HRF82；抗压强度：326MPa ；摩擦系数0.344 ；密度(g/m3)5.36 ；磨损量(mm)0.0055。
实施例3
一种铁基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成：铁粉64份、锡粉6-10份、碳化硅粉6份、二氧化钼粉6份、锆刚玉粉7份、石英砂粉14份、二氧化锆粉4份、钴粉5份、氧化铝粉5份、钾长石粉5份、铜粉4份。
铁粉为350目、锡粉为300目、二氧化锆粉为250目、钴粉为300目、氧化铝粉为300目和铜粉为300目。
碳化硅粉、二氧化钼粉、锆刚玉粉、石英砂粉和钾长石粉均为80目。
制备方法如下：
第一步，配料和混料，按照配比称取原料，将各组分粉末混合均匀； 第二步，压制成型，将混合料压制成压坯，压制压力为4.9T/cm2； 第三步，烧结处理，常压升温至950℃开始保温，烧结保温压力控制在烧结压力为2.4MPa，保持压力状态恒温3.5h，烧结过程在通入氨分解气保护条件下进行； 第四步，冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟450℃降温至80℃以下后出炉。
经过检测，本实施例产品的硬度：HRF85；抗压强度：336MPa ；摩擦系数0.345 ；密度(g/m3)5.37 ；磨损量(mm)0.0050。
实施例4
一种铁基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成：铁粉63份、锡粉9份、碳化硅粉5份、二氧化钼粉5份、锆刚玉粉6份、石英砂粉13份、二氧化锆粉4份、钴粉4份、氧化铝粉4份、钾长石粉4份、铜粉3份。
铁粉为350目、锡粉为300目、二氧化锆粉为250目、钴粉为300目、氧化铝粉为300目和铜粉为300目。
碳化硅粉、二氧化钼粉、锆刚玉粉、石英砂粉和钾长石粉均为100目。
制备方法如下：
第一步，配料和混料，按照配比称取原料，将各组分粉末混合均匀； 第二步，压制成型，将混合料压制成压坯，压制压力为4.9T/cm2； 第三步，烧结处理，常压升温至940℃开始保温，烧结保温压力控制在烧结压力为2.4MPa，保持压力状态恒温3h，烧结过程在通入氨分解气保护条件下进行； 第四步，冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟40℃降温至80℃以下后出炉。
经过检测，本实施例产品的硬度：HRF84；抗压强度：338MPa ；摩擦系数0.345 ；密度(g/m3)5.40 ；磨损量(mm)0.0050。
Claims (6)
1.一种铁基粉末冶金摩擦材料，其特征在于由以下重量份配比的原料制成：铁粉60-64份、锡粉6-10份、碳化硅粉3-6份、二氧化钼粉3-6份、锆刚玉粉4-7份、石英砂粉10-14份、二氧化锆粉1-4份、钴粉2-5份、氧化铝粉2-5份、钾长石粉2-5份、铜粉1-4份。
2.根据权利要求 1 所述的铁基粉末冶金摩擦材料，其特征在于：所述铁粉为350目、锡粉为300目、二氧化锆粉为250目、钴粉为300目、氧化铝粉为300目和铜粉为300目。
3.根据权利要求 1 所述的铁基粉末冶金摩擦材料，其特征在于：所述碳化硅粉、二氧化钼粉、锆刚玉粉、石英砂粉和钾长石粉均为60-100目。
4.一种权利要求 1 所述的铁基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下制备步骤：
第一步，配料和混料，按照配比称取原料，将各组分粉末混合均匀； 第二步，压制成型，将混合料压制成压坯，压制压力为4.9T/cm2； 第三步，烧结处理，常压升温至940-950℃开始保温，烧结保温压力控制在烧结压力为2.4MPa，保持压力状态恒温3～3.5h，烧结过程在通入氨分解气保护条件下进行； 第四步，冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟40-50℃降温至80℃以下后出炉。
5.根据权利要求 4 所述的铁基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于：第三步中，烧结处理，常压升温至945℃开始保温。
6.根据权利要求 4所述的铁基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于：第四步中，冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟45℃降温至80℃以下后出炉。
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