CN104388822B - 一种刹车片用粉末冶金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于粉末冶金领域，本发明公开了一种刹车片用粉末冶金材料及其制备方法，所述的粉末冶金材料包括以下原料：Si为1.5wt%‑4.2wt%、In为0.1wt%‑0.3wt%、Sr为0.3wt%‑0.6wt%、Pd为0.2wt%‑0.5wt%、Ni为3.5wt%‑7.6wt%、Ba为0.6wt%‑1.1wt%、Cu为3.3wt%‑6.7wt%、余量为Fe。制备方法步骤如下：（1）取上述的原料进行机械搅拌；（2）将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中球磨；（3）再在模具中进行冷压成型；（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，降温，为刹车片用粉末冶金材料。

Description

一种刹车片用粉末冶金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金材料领域，涉及一种粉末冶金材料及其制备方法，特别是涉及一种刹车片用粉末冶金材料及其制备方法。
背景技术
粉末冶金材料(powder metallurgy material)是指用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能，如材料的孔隙度可控，材料组织均匀、无宏观偏析（合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象），可一次成型等。飞机和发动机上的刹车片、离合器摩擦片、松孔过滤器、多孔发汗材料、含油轴承、磁铁芯、电触点、高比重合金、硬质合金和超硬耐磨零件等因含有大量非金属成分或含有连通孔隙，都不能用普通铸、锻工艺制造，只能以粉末为原料经冷压、烧结等粉末冶金工艺来制造。航空航天工业中使用的粉末冶金材料比较重要的有刹车片材料、松孔材料和高强度粉末合金三类。刹车片材料，刹车片是飞机机轮刹车装置的核心。专利授权公告号为CN102011043的发明专利公开了一种列车闸片用粉末冶金材料，其材料中包括铜、铁、锰、二氧化硅、二氧化钼、氧化铝、氮化硼、石墨、聚丙烯腈纤维等成分，但是其制备额冶金材料的抗压强度只有125MPa左右。
发明内容
要解决的技术问题：刹车片用粉末冶金材料需要具备非常高的硬度和抗压强度，较低的硬度和较低的抗压强度的粉末冶金材料制备得到的刹车片的质量不高，在用于制动时刹车片易发生形变等问题，常规的用于刹车片的粉末冶金材料的上述性能较差，因此需要一种具备较高硬度和抗压强度的刹车片用粉末冶金材料及其制备方法。
技术方案：针对以上的问题，本发明公开了一种刹车片用粉末冶金材料及其制备方法，所述的刹车片用粉末冶金材料包括下述重量的成分：
Si 1.5wt%-4.2wt%、
In 0.1wt%-0.3wt%、
Sr 0.3wt%-0.6wt%、
Pd 0.2wt%-0.5wt%、
Ni 3.5wt%-7.6wt%、
Ba 0.6wt%-1.1wt%、
Cu 3.3wt%-6.7wt%、
余量为Fe。
所述的一种刹车片用粉末冶金材料，包括下述重量的成分：
Si 1.8wt%-3.7wt%、
In 0.2wt%-0.3wt%、
Sr 0.4wt%-0.5wt%、
Pd 0.2wt%-0.4wt%、
Ni 4.2wt%-6.5wt%、
Ba 0.7wt%-1.0wt%、
Cu 4.5wt%-5.5wt%、
余量为Fe。
一种刹车片用粉末冶金材料的制备方法，制备方法步骤如下：
（1）按总量取Si为1.5wt%-4.2wt%、In为0.1wt%-0.3wt%、Sr为0.3wt%-0.6wt%、Pd为0.2wt%-0.5wt%、Ni为3.5wt%-7.6wt%、Ba为0.6wt%-1.1wt%、Cu为3.3wt%-6.7wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌；
（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨；
（3）将步骤（2）从球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型；
（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为40-70℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至930-975℃，进行烧结，烧结时间为1.5-3h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
所述的一种刹车片用粉末冶金材料的制备方法中用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为100-150rpm，机械搅拌时间为30min-50min。
所述的一种刹车片用粉末冶金材料的制备方法中球磨时球料比为30:1-60:1，球磨机转速为210-230rpm，球磨时间为1h-5h。
所述的一种刹车片用粉末冶金材料的制备方法中冷压成型时压制压力为650-710MPa，压制稳定后再保持30min-60min。
所述的一种刹车片用粉末冶金材料的制备方法步骤进一步如下：
（1）按总量取Si为1.8wt%-3.7wt%、In为0.2wt%-0.3wt%、Sr为0.4wt%-0.5wt%、Pd为0.2wt%-0.4wt%、Ni为4.2wt%-6.5wt%、Ba为0.7wt%-1.0wt%、Cu为4.5wt%-5.5wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为140rpm，机械搅拌时间为40min；
（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨，球料比为50:1，球磨机转速为230rpm，球磨时间为2h；
（3）将步骤（2）从球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型，压制压力为680MPa，压制稳定后再保持40min；
（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为45℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至955℃，进行烧结，烧结时间为2h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
有益效果：本发明的粉末冶金材料当Si为1.8wt%-3.7wt%、In为0.2wt%-0.3wt%、Sr为0.4wt%-0.5wt%、Pd为0.2wt%-0.4wt%、Ni为4.2wt%-6.5wt%、Ba为0.7wt%-1.0wt%、Cu为4.5wt%-5.5wt%、余量为Fe时，制备得到的粉末冶金材料具备非常高的硬度和抗压强度。 本发明的粉末冶金材料其较高的硬度和较高的抗压强度适合用于刹车片的生产中，提高刹车片的相应强度。
具体实施方式
实施例1
（1）按总量取Si为3.7wt%、In为0.2wt%、Sr为0.5wt%、Pd为0.2wt%、Ni为6.5wt%、Ba为0.7wt%、Cu为5.5wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为140rpm，机械搅拌时间为40min；（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨，球料比为50:1，球磨机转速为230rpm，球磨时间为2h；（3）将步骤（2）从球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型，压制压力为680MPa，压制稳定后再保持40min；（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为45℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至955℃，进行烧结，烧结时间为2h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
实施例2
（1）按总量取Si为1.8wt%、In为0.3wt%、Sr为0.4wt%、Pd为0.4wt%、Ni为4.2wt%、Ba为1.0wt%、Cu为4.5wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为140rpm，机械搅拌时间为40min；（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨，球料比为50:1，球磨机转速为230rpm，球磨时间为2h；（3）将步骤（2）从球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型，压制压力为680MPa，压制稳定后再保持40min；（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为45℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至955℃，进行烧结，烧结时间为2h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
实施例3
（1）按总量取Si为3.1wt%、In为0.3wt%、Sr为0.4wt%、Pd为0.3wt%、Ni为5.5wt%、Ba为0.8wt%、Cu为5.1wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为140rpm，机械搅拌时间为40min；（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨，球料比为50:1，球磨机转速为230rpm，球磨时间为2h；（3）将步骤（2）从球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型，压制压力为680MPa，压制稳定后再保持40min；（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为45℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至955℃，进行烧结，烧结时间为2h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
实施例4
（1）按总量取Si为4.2wt%、In为0.3wt%、Sr为0.6wt%、Pd为0.2wt%、Ni为3.5wt%、Ba为1.1wt%、Cu为3.3wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为150rpm，机械搅拌时间为50min；（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨，球料比为60:1，球磨机转速为230rpm，球磨时间为5h；（3）将步骤（2）从球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型，压制压力为650MPa，压制稳定后再保持60min；（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为70℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至975℃，进行烧结，烧结时间为3h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
实施例5
（1）按总量取Si为1.5wt%、In为0.1wt%、Sr为0.3wt%、Pd为0.5wt%、Ni为7.6wt%、Ba为0.6wt%、Cu为6.7wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为100rpm，机械搅拌时间为30min；（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨，球料比为30:1，球磨机转速为210rpm，球磨时间为1h；（3）将步骤（2）从球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型，压制压力为710MPa，压制稳定后再保持30min；（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为40℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至930℃，进行烧结，烧结时间为1.5h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
对比例
（1）按总量取Si为1.5wt%、Pd为0.5wt%、Ni为7.6wt%、Ba为0.6wt%、Cu为6.7wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为100rpm，机械搅拌时间为30min；（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨，球料比为30:1，球磨机转速为210rpm，球磨时间为1h；（3）将步骤（2）从球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型，压制压力为710MPa，压制稳定后再保持30min；（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为40℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至930℃，进行烧结，烧结时间为1.5h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
测定了上述制备的刹车片用过粉末冶金的硬度和抗压强度，测定结果如下：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例
硬度 65 64 71 56 58 51
抗压强度（MPa） 154 151 167 140 138 129
对比例中缺少了In和Sr后，其制备的粉末冶金材料的硬度和抗压强度显著的低于实施例1至5的粉末冶金材料。

Claims (6)

1.一种刹车片用粉末冶金材料，其特征在于，所述的刹车片用粉末冶金材料包括下述重量的成分：
Si 1.5wt%-4.2wt%、
In 0.1wt%-0.3wt%、
Sr 0.3wt%-0.6wt%、
Pd 0.2wt%-0.5wt%、
Ni 3.5wt%-7.6wt%、
Ba 0.6wt%-1.1wt%、
Cu 3.3wt%-6.7wt%、
余量为Fe；
所述的一种刹车片用粉末冶金材料的制备方法，所述的刹车片用粉末冶金材料的制备方法步骤如下：
（1）按总量取Si为1.5wt%-4.2wt%、In为0.1wt%-0.3wt%、Sr为0.3wt%-0.6wt%、Pd为0.2wt%-0.5wt%、Ni为3.5wt%-7.6wt%、Ba为0.6wt%-1.1wt%、Cu为3.3wt%-6.7wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌；
（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨；
（3）从步骤（2）的球磨机的球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型；
（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为40-70℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至930-975℃，进行烧结，烧结时间为1.5-3h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
2.根据权利要求1所述的一种刹车片用粉末冶金材料，其特征在于，所述的刹车片用粉末冶金材料包括下述重量的成分：
Si 1.8wt%-3.7wt%、
In 0.2wt%-0.3wt%、
Sr 0.4wt%-0.5wt%、
Pd 0.2wt%-0.4wt%、
Ni 4.2wt%-6.5wt%、
Ba 0.7wt%-1.0wt%、
Cu 4.5wt%-5.5wt%、
余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种刹车片用粉末冶金材料，其特征在于，所述的刹车片用粉末冶金材料的制备方法中用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为100-150rpm，机械搅拌时间为30min-50min。
4.根据权利要求1所述的一种刹车片用粉末冶金材料，其特征在于，所述的刹车片用粉末冶金材料的制备方法中球磨时球料比为30:1-60:1，球磨机转速为210-230rpm，球磨时间为1h-5h。
5.根据权利要求1所述的一种刹车片用粉末冶金材料，其特征在于，所述的刹车片用粉末冶金材料的制备方法中冷压成型时压制压力为650-710MPa，压制稳定后再保持30min-60min。
6.根据权利要求1所述的一种刹车片用粉末冶金材料，所述的刹车片用粉末冶金材料的制备方法步骤如下：
（1）按总量取Si为1.8wt%-3.7wt%、In为0.2wt%-0.3wt%、Sr为0.4wt%-0.5wt%、Pd为0.2wt%-0.4wt%、Ni为4.2wt%-6.5wt%、Ba为0.7wt%-1.0wt%、Cu为4.5wt%-5.5wt%、余量为Fe，将上述的粉末金属原料用搅拌机进行机械搅拌，机械搅拌转速为140rpm，机械搅拌时间为40min；
（2）上述的粉末金属原料搅拌均匀后，将粉末金属原料放入球磨机的磨罐中，对粉末金属原料球磨，球料比为50:1，球磨机转速为230rpm，球磨时间为2h；
（3）从步骤（2）的球磨机的球磨罐中取出金属材料，再在模具中进行冷压成型，压制压力为680MPa，压制稳定后再保持40min；
（4）将冷压后的上述粉末金属坯进行高温烧结，升温速率为45℃/min，升温至720℃时保温35min，再按照上述的升温速率提高温度至955℃，进行烧结，烧结时间为2h，烧结后降温，为刹车片用粉末冶金材料。
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