CN105295840A - 复合摩擦材料、刹车片及刹车片制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了复合摩擦材料、刹车片及刹车片制作方法，复合摩擦材料沿厚度方向分两层，一层采用粉末冶金摩擦材料；另一层采用有机摩擦材料，使用该种复合摩擦材料的刹车片，粉末冶金摩擦材料层起与对偶相摩擦的作用，而有机摩擦材料层主要起支撑作用，同时兼起缓冲振动、吸音的作用；可省去昂贵的优质原材料，降低材料成本。

Description

复合摩擦材料、刹车片及刹车片制作方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦材料及其刹车片制作方法，特别涉及一种可用于重型汽车和公交车盘式制动器的复合摩擦材料以及利用这种材料制作刹车片的方法。

背景技术

摩擦材料的性能要求：具有良好的摩擦系数和耐磨损性能，同时具有一定的耐热性和机械强度，能满足车辆或机械的传动与制动的性能要求。它们被广泛应用在汽车、火车、飞机、石油钻机等各类工程机械设备上。目前常用的摩擦材料主要有机摩擦材料和粉末冶金摩擦材料。

有机摩擦材料是一类三元复合材料，它是由高分子粘结剂(树脂与橡胶)、纤维增强剂和摩擦助剂构成，经高温高压成型，再进行机械加工而制成。20世纪70年代中期前，汽车上使用的有机摩擦材料主要是石棉摩擦材料。这种摩擦材料在使用过程中，发现热衰退性大，并且石棉是一种强致癌物质，为此，人们开始寻求能取代石棉的其它纤维材料来制造摩擦材料，即无石棉摩擦材料或非石棉摩擦材料。20世纪70年代，以钢纤维为主要代替材料的半金属材料在国外被首先采用。80年代－90年代初，半金属摩擦材料已占据了整个汽车用盘式刹车片领域。20世纪90年代后期以来，NAO(少金属)摩擦材料在欧洲的出现是一个发展的趋势，这种摩擦材料不含石棉，采用两种或两种以上纤维(以无机纤维为主，并有少量有机纤维)，只含少量钢纤维、铁粉。NAO(少金属)型摩擦材料有助于克服半金属型摩擦材料固有的高比重、易生锈、易产生制动噪音、伤对偶(盘、鼓)及导热系数过大等缺陷。目前，NAO(少金属)型摩擦材料已得到广泛应用，取代半金属型摩擦材料。2004年开始，随汽车工业飞速发展，人们对制动性能要求越来越高，开始研发陶瓷型摩擦材料。陶瓷型摩擦材料主要以无机纤维和几种有机纤维混杂组成，无石棉，无金属，其特点为：1.无石棉符合环保要求；2.无金属和多孔性材料的使用可降低制品密度，有利于减少损伤制动盘(鼓)和降低制动噪音；3.摩擦材料不生锈，不腐蚀；4.磨耗低，粉尘少(轮毂)。有机摩擦材料经过多年的发展，在性能上有了很大的提高，但是，受高分子粘结剂热性能的限制，这类摩擦材料的耐热性一直难以有较大突破，因而限制了它们在高温场合的应用。与粉末冶金摩擦材料相比，这类材料的成本低廉。

粉末冶金摩擦材料是一类由基体金属、润滑组元和摩擦组元三部分组成的金属和非金属复合材料，采用粉末冶金方法制成。这类材料的组织特点是：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。在20世纪50年代前，开发应用的粉末冶金摩擦材料主要是采用锡青铜作为基体的铜基粉末冶金摩擦材料。在20世纪50-60年代又开发了铁及其合金为基体的铁基粉末冶金摩擦材料。从70年代中期，各国的研究主要是对铜基和铁基粉末冶金摩擦材料的成分进行一些调整和改变。例如：采用纤维状粉末；或用制造材料时析出的弥散金属碳化物或金属间化合物强化金属基体；用一些组分代替另外一些组分，如用氮化硅作摩擦添加剂，在材料中加放滑石、硅石和氮化钛。1977年日本、瑞典又开发出铝基粉末冶金摩擦材料。与有机摩擦材料相比，粉末冶金摩擦材料的优点是耐温性好、摩擦磨损性能优异等；但是，其密度大、生产成本高以及与对偶的兼容性不理想，因而在汽车领域未能获得大规模应用。

重型汽车和公交车的的盘式刹车片由两部分组成，即钢背板和摩擦材料，其摩擦材料部分的厚度较大，一般可达20～30mm，当达到使用寿命时，它被磨去的量占整个厚度的75～80％左右，余下的部分成为垃圾。如果整块摩擦材料采用相同材料，会造成大量优质原料的浪费，增加材料成本。另外，随着人们环保意识增强，对汽车尾气、噪声的要求越来越高。汽车尤其公交车的制动噪声已成为人们关注的焦点，为此，迫切开发具有降低制动噪声功能的摩擦材料。

发明内容

基于重型汽车和公交车的盘式刹车片存在的问题，结合有机摩擦材料和粉末冶金摩擦材料的优点，发明了一种新型复合摩擦材料。这种摩擦材料沿厚度方向分两层，一层采用粉末冶金摩擦材料；另一层采用有机摩擦材料，其中，粉末冶金摩擦材料层占整个厚度的75～80％。粉末冶金摩擦材料层起与对偶相摩擦的作用，而有机摩擦材料层主要起支撑作用，同时兼起缓冲振动、吸音的作用。由于承担与对偶相摩擦作用的主要是粉末冶金摩擦材料层，因而，新发明材料保持了粉末冶金摩擦材料优异的耐高温性能和摩擦磨损性能；同时，其所用粉末冶金摩擦材料原材料可节省20％以上，密度显著降低。有机摩擦材料层主要要求韧性好(韧性越好，减振、降噪的效果越好)，而对其它性能，如摩擦磨损性能等要求低，所以，可省去昂贵的优质原材料，降低材料成本；配方简化，设计目标容易实现。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的复合摩擦材料，包括复合的有机摩擦材料层和粉末冶金摩擦材料层。

粉末冶金摩擦材料层占整个厚度的75-80％。

有机摩擦材料层和粉末冶金材料层通过胶粘、热压方式连接。

粉末冶金摩擦材料层具有若干嵌入孔，有机摩擦材料层的一部分嵌入到嵌入孔内。

本发明还包括一种上述复合摩擦材料制成的刹车片，技术方案为：还包括钢背板，钢背板与有机摩擦材料层胶粘、热压方式连接。

还包括上述刹车片的制作方法，包括如下步骤：

1)制备粉末冶金摩擦材料层的步骤；

2)钢背板表面除油、除锈、涂胶后置于模具中，填加有机摩擦材料混合料；

3)将步骤1)的粉末冶金摩擦材料层涂胶，放置到步骤2)的混合料上，热压成型，制得刹车片毛坯。

还包括将刹车片毛坯热处理和机械加工的步骤。

步骤1)中，在制备的粉末冶金摩擦材料层上钻若干个嵌入孔。

制备粉末冶金摩擦材料层的步骤为：

配料混合：称取如下组分及质量百分比的原料：铁粉70-80％、煅烧石油焦炭粉5-10％、镍粉1-3％、铜粉0-10％、莫来石5-10％、二氧化硅0-4％、二硫化钼1-3％；在V型混料器中将配料混合6～8h；

压制：称取单片粉末冶金摩擦材料层重量的混合料加入模具中，冷压成型即得压坯，压力：400-600MPa；

钻孔：压坯上钻连接孔6-8个，孔均匀分布，孔径15-20mm，孔中心距大于30mm，孔中心离压坯边缘不小于15mm；

烧结：置于钟罩式加热烧结炉中，在氢气保护下进行加压烧结，烧结温度为920-1100℃，烧结压力为2-3.5MPa，保温时间2-3h。

制备有机摩擦材料混合料的组分和配比为：矿物纤维25-35％、硅灰石20-30％、酚醛树脂8-12％、重晶石粉15-20％、膨胀蛭石5-8％、丁腈橡胶粉3-7％、轮胎粉5-10％、硬脂酸锌1-3％。在犁耙式混料机中将配料混合40-60min；

步骤2)具体为：钢背板和粉末冶金摩擦材料层表面涂胶；压制：将涂胶的钢背板装到模具中，填加有机摩擦材料混合料，再将涂胶的粉末冶金摩擦材料层放置到混合料上，热压成型，即得到刹车片毛坯，压力：20～30MPa，温度：160±5℃，保温时间：根据有机摩擦材料部分的厚度计算保温时间(每毫米厚度的压制时间为1～1.5min)，在保温时间内放气1～2次。

热处理，温度：140±5℃，时间：1h；温度：180±5℃，时间：2h。

机械加工，将热处理后的刹车片进行平面、沟槽加工。

本发明中，承担与对偶摩擦作用的材料是主要是粉末冶金摩擦材料层，所以，发明的复合摩擦材料保持了粉末冶金摩擦材料优异的耐温性和摩擦磨损性能。

本发明中，用有机摩擦材料取代了部分粉末冶金摩擦材料，所以，与单一粉末冶金摩擦材料相比较，新发明复合摩擦材料的密度降低。

本发明中，有机摩擦材料层因采用了硬度低、空隙率大和弹性好的原材料，所以，其韧性良好，对制动时引起的振动可以起一种缓冲的作用，吸收制动噪声。

本发明中，有机摩擦材料层对摩擦磨损性能、热性能的要求低，可节省昂贵的优质原材料；另外，用价廉的有机摩擦材料取代了部分粉末冶金摩擦材料，所以，产品原材料成本下降。

本发明中，有机摩擦材料层和粉末冶金摩擦材料层之间，通过胶黏剂将二者粘结在一起；另外，在粉末冶金摩擦材料层中钻有连接孔，在成型过程中，充填到这些孔中的有机摩擦材料起钉扎作用，强化了两层材料的连接。

本发明中，粉末冶金摩擦材料层的加工过程中，采用先钻孔，再烧结的工艺流程，钻孔的落料可回收再用。

本发明中，粉末冶金摩擦材料层的侧面被一薄层有机摩擦材料覆盖，减少了粉末冶金摩擦材料的锈蚀。

附图说明

图1为本发明的复合摩擦材料制成的刹车片爆炸结构图。

图中：1.钢背板；2.粉末冶金摩擦材料层；3.有机摩擦材料层；4.嵌入孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例的复合摩擦材料，包括复合的有机摩擦材料层3和粉末冶金摩擦材料层2。

粉末冶金摩擦材料层2占整个厚度的75-80％。

有机摩擦材料层3和粉末冶金材料层通过胶粘、热压方式连接。

粉末冶金摩擦材料层2具有若干嵌入孔4，有机摩擦材料层3的一部分嵌入到嵌入孔4内。

实施例2

本实施例的使用上述复合摩擦材料制成的刹车片，还包括钢背板1，钢背板1与有机摩擦材料层3通过胶粘、热压方式连接。

实施例3

本实施例为上述刹车片的制作方法，包括如下步骤：

1)制备粉末冶金摩擦材料层2的步骤；

2)钢背板1表面除油、除锈、涂胶后置于模具中，填加有机摩擦材料混合料；

3)将步骤1)的粉末冶金摩擦材料层2涂胶，放置到步骤2)的混合料上，热压成型，制得刹车片毛坯。

还包括将刹车片毛坯热处理和机械加工的步骤。

步骤1)中，在制备的粉末冶金摩擦材料层2上钻若干个嵌入孔4。

制备粉末冶金摩擦材料层2的步骤为：

配料混合：称取如下组分及质量百分比的原料：铁粉70％、煅烧石油焦炭粉5％、镍粉2％、铜粉10％、莫来石8％、二硫化钼3％、二氧化硅2％；在V型混料器中将配料混合6h；铁粉：细度100目，纯度≥97％，铜粉：细度200目，纯度≥97％，镍粉：细度200目，莫来石：细度325目，石墨粉：鳞片状，50目，固体碳>90％，二硫化钼：细度200目，二氧化硅，细度200目，煅烧石油焦炭粉：细度100目，固体碳含量≥98.5；在V型混料器中将配料混合6h。

压制：称取单片粉末冶金摩擦材料层2重量的混合料加入模具中，冷压成型即得压坯，压力：500±5MPa；

钻孔：压坯上钻连接孔6-8个(实际钻孔个数依据压坯的横截面积决定)，孔均匀分布，孔径15mm，孔中心距大于30mm，孔中心离压坯边缘不小于15mm；

烧结：置于钟罩式加热烧结炉中，在氢气保护下进行加压烧结，烧结温度为1000±10℃，烧结压力为3±0.5MPa，保温时间3h。

制备有机摩擦材料混合料的组分和配比为：酚醛树脂10％、矿物纤维30％、硅灰石25％、重晶石粉15％、膨胀蛭石8％、丁腈橡胶粉4％、轮胎粉7％、硬脂酸锌1％。在犁耙式混料机中将配料混合50min；

酚醛树脂：软化点104～106℃，游离酚含量≦1.8％，细度200目；硅灰石：白色针状，长径比：>15；矿物纤维：长度1.0～3.5mm，宽度3.0～8.0μm；膨胀蛭石：细度100目，重晶石粉：细度：44～74μm，丁腈橡胶粉：细度60目，丙烯腈含量33％、轮胎粉：细度60目，硬脂酸锌：细度325目。在犁耙式混料机中将配料混合50min。

步骤2)具体为：钢背板1和粉末冶金摩擦材料层2表面涂胶；压制：将涂胶的钢背板1装到模具中，填加有机摩擦材料混合料，成型后，有机摩擦材料部分的厚度与预制品厚度之和为实际产品厚度；再将涂胶的粉末冶金摩擦材料层2放置到混合料上，热压成型，即得到刹车片毛坯，压力：25±2MPa，温度：160±5℃，保温时间：根据有机摩擦材料部分的厚度计算保温时间(每毫米厚度的压制时间为1～1.5min)，在保温时间内放气1～2次。

钢背板1表面处理，将钢背板1放入盛有10％盐酸溶液的洗槽内，浸泡6min；然后，取出，用水冲洗；接着放入干燥箱中干燥，干燥工艺：温度100±5℃，时间30min。

钢背板1表面涂胶，在钢背板1表面上均匀涂上J04粘结剂，涂层厚度：0.05-0.1mm。

粉末冶金摩擦材料层2涂胶，在粉末冶金摩擦材料层2底面(与有机摩擦材料部分相接触的面)、侧面均匀涂上J04粘结剂，涂层厚度：0.05-0.1mm。

热处理，温度：140±5℃，时间：1h；温度：180±5℃，时间：2h。

机械加工，将热处理后的刹车片进行平面、沟槽加工。

实施例4

粉末冶金摩擦材料的组分及质量百分比：铁粉76％、煅烧石油焦炭粉8％、镍粉3％、莫来石8％、二氧化硅3％、二硫化钼2％

有机摩擦材料的组分及质量百分比：酚醛树脂10％、矿物纤维25％、硅灰石30％、重晶石粉15％、膨胀蛭石6％、丁腈橡胶粉4％、轮胎粉9％、硬脂酸锌1％。

制备方法同实施例3。

Claims (10)

1.一种复合摩擦材料，其特征在于：包括复合的有机摩擦材料层和粉末冶金摩擦材料层。

2.根据权利要求1所述的复合摩擦材料，其特征在于：粉末冶金摩擦材料层占整个厚度的75-80％。

3.根据权利要求1或2所述的复合摩擦材料，其特征在于：有机摩擦材料层和粉末冶金材料层通过胶粘、热压方式连接。

4.根据权利要求3的复合摩擦材料制，其特征在于：粉末冶金摩擦材料层具有若干嵌入孔，有机摩擦材料层的一部分嵌入到嵌入孔内。

5.使用权利要求1的复合摩擦材料制成的刹车片，其特征在于：还包括钢背板，钢背板与有机摩擦材料层胶粘、热压方式连接。

6.使用权利要求1的复合摩擦材料制作刹车片的方法，其特征在于，包括：

1)制备粉末冶金摩擦材料层的步骤；

2)钢背板表面除油、除锈、涂胶后置于模具中，填加有机摩擦材料混合料；

3)将步骤1)的粉末冶金摩擦材料层涂胶，放置到步骤2)的混合料上，热压成型，制得刹车片毛坯。

7.根据权利要求6的使用复合摩擦材料制作刹车片的方法，其特征在于：还包括将刹车片毛坯热处理和机械加工的步骤。

8.根据权利要求6或7的使用复合摩擦材料制作刹车片的方法，其特征在于：步骤1)中，在制备的粉末冶金摩擦材料层上钻若干个嵌入孔。

9.根据权利要求8的使用复合摩擦材料制作刹车片的方法，其特征在于，制备粉末冶金摩擦材料层的步骤为：

配料混合：称取如下组分及质量百分比的原料：铁粉70-80％、煅烧石油焦炭粉5-10％、镍粉1-3％、铜粉0-10％、莫来石5-10％、二氧化硅0-4％、二硫化钼1-3％；

压制：称取单片粉末冶金摩擦材料层重量的混合料加入模具中，冷压成型即得压坯，压力：400-600MPa；

钻孔：压坯上钻连接孔6-8个，孔均匀分布，孔径15-20mm，孔中心距大于30mm，孔中心离压坯边缘不小于15mm；

烧结：置于钟罩式加热烧结炉中，在氢气保护下进行加压烧结，烧结温度为920-1100℃，烧结压力为2-3.5MPa，保温时间2-3h。

10.根据权利要求8或9的使用复合摩擦材料制作刹车片的方法，其特征在于，制备有机摩擦材料混合料的组分和配比为：矿物纤维25-35％、硅灰石20-30％、酚醛树脂8-12％、重晶石粉15-20％、膨胀蛭石5-8％、丁腈橡胶粉3-7％、轮胎粉5-10％、硬脂酸锌1-3％。