CN105778406A - 车用铜基粉末冶金复合摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了车用铜基粉末冶金复合摩擦材料及其制备方法。该制备方法先将基体粉末材料和成型剂混合均匀，倒入模具压制成多根细长杆状，将各细长杆状压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气或氢气的条件下温升，得到铜基粉末冶金摩擦材料；剪切、粉碎，过筛；以质量百分比计，将腰果油改性酚醛树脂10‐20％、铜基粉末冶金摩擦材料30‐60％、增强纤维10‐20％、磨料5‑15％、润滑材料10‐20％和填料5‐20％共混均匀；所得混合粉料热压成型，冷却至室温，出炉。本发明结合铜基粉末冶金摩擦材料耐高温、低磨耗的特点和树脂基复合摩擦材料韧性好、硬度低的特点，材料同时具有耐高温、低磨耗、韧性好、硬度低的特性。

Description

车用铜基粉末冶金复合摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合摩擦材料，特别是涉及以铜基粉末冶金为主的车用铜基粉末冶金复合摩擦材料及其制备方法。
背景技术
复合摩擦材料是将不同物化特性的材料与强度低、韧性好的高分子聚合物基体组成的。由于高分子材料通常不能承受高的应力和高的温度，为了提高高分子材料的屈服强度，提高其高温稳定性，都采用网状结构的热固性树脂，一般为各种改性高温酚醛树脂。同时，为了达到理想的制动效果和综合机械性能，还需加入各种纤维，润滑材料，磨料以及填料，而其中的高聚物基体材料几乎只是作为传递或分散载荷的媒介。因此，复合摩擦材料的强度主要取决于包括纤维在内的其它组份与基体界面的粘结强度。目前，在各类摩擦制动器中，复合摩擦材料使用的比例高达90％以上。但在飞机和高速铁路等高速重载的制动条件下，摩擦高温造成复合摩擦材料中的高分子聚合物分解氧化，丧失稳定的摩擦制动性能。因此常采用粉末冶金摩擦材料。
铜基粉末冶金摩擦材料它是以Cu粉末为基体，加入适当减磨剂和增磨剂，均匀混合后压制成型或加压烧结而成的。它是一种优良的制动摩擦材料，特别对于重载高速的制动场合，其优良的散热性和耐热性可以保证其完成较为苛刻的制动功能。绝大多数军用飞机和民用机都采用粉末冶金刹车片。但是由于铜基粉末冶金摩擦材料较强的刚度和硬度，易造成汽车制动盘或鼓的划伤以及摩擦噪声。因此铜基粉末冶金摩擦材料也很少在汽车制动器上使用。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术存在的问题，结合铜基粉末冶金摩擦材料耐高温、低磨耗的特点和树脂基复合摩擦材料韧性好、硬度低的特点，提供一种同时具有耐高温、低磨耗、韧性好、硬度低的树脂基铜基粉末冶金复合摩擦材料及其制备方法；该材料用于制备汽车刹车配件，具有良好刹车性能基础上，有效避免成汽车制动盘或鼓的划伤。
本发明目的通过如下技术方案实现：
车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
1)铜基粉末冶金摩擦材料的制备：将基体材料和成型剂混合均匀，倒入模具压制成多根细长杆，将各细长杆压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气或氢气的条件下温升900‐1100℃，保温2‐5h，冷却至室温，得到粉末冶金摩擦材料；
以质量百分比计，所述基体材料的原料配比组成为：铜粉基组分55‐70％，摩擦组分15‐20％，润滑组分10‐25％；以质量百分比计，所述铜基粉组分由75‐95％铜粉和5‐25％铁粉；摩擦组分为石英石、三氧化二铝和碳化硅中的一种或多种；润滑组分为石墨、MoS2、CaF2、WS2、BN、Pb和Bi中的两种以上；
2)剪切、粉碎和筛选：将步骤1)所得铜基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，过筛；
3)混料：以质量百分比计，将腰果油改性酚醛树脂10‐20％、铜基粉末冶金摩擦材料30‐60％、增强纤维10‐20％、磨料5-15％、润滑材料10‐20％和填料5‐20％共混均匀；
4)树脂基复合摩擦材料的制备：将步骤3)所得混合粉料放入模具内，热压成型，卸压出模；
5)后处理：在150℃‐180℃保温8‐36h，冷却至室温，出炉；
6)机械加工成车用铜基粉末冶金复合摩擦材料。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述倒入模具压制成多根细长杆是将基体粉末材料和成型剂倒入模具以200‐500MPa压力，压制成直径为2‐4mm，长度为200‐300mm的细长杆状。
优选地，所述成型剂为煤油；所述成型剂用量为粉末冶金材料原料质量的0.1‐0.5％。
优选地，所述热压成型是在150℃，5‐20MPa压力条件下进行，保压5‐15分钟。
优选地，所述增强纤维为、钢纤维、铜纤维、蛭石纤维、硅灰石纤维、海泡石纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、碳纤维和聚丙烯腈纤维中的一种或多种。
优选地，所述磨料为氧化铝、氧化硅、硫酸锆、氟化钙、碳化硅、氧化铁和铸石粉的一种或多种。
优选地，所述润滑材料为石墨、二硫化钼、二硫化钨、硫化亚铜、硫化锑、氧化镁、铅、铋、锑、焦碳和滑石粉的一种或多种。
优选地，所述填料为高岭土、长石粉、硫酸钡、碳酸钙、轮胎粉和硅灰石粉的一种或多种。
优选地，所述机械加工成车用铜基粉末冶金复合摩擦材料后还包括喷漆；所述步骤1)和5)的冷却至室温为随炉冷却至室温，所述过筛为采用5‐10目的筛网筛选。
一种车用铜基粉末冶金复合摩擦材料，由上述制备方法制得。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明采用了高分子聚合物作为材料的基体，所得车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的表面硬度较低，弹性模量适中。
(2)本发明车用铜基粉末冶金复合摩擦材料保留了粉末冶金摩擦材料稳定的摩擦系数和良好的抗磨损特性。
(3)本发明车用铜基粉末冶金复合摩擦材料结合铜基粉末冶金摩擦材料耐高温、低磨耗的特点和树脂基复合摩擦材料韧性好、硬度低的特点，同时具有耐高温、低磨耗、韧性好、硬度低的特性；该材料用于制备汽车刹车配件，具有良好刹车性能。特别适用于大中型车辆以及城市轨道交通车辆，具有非常广泛的应用前景。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明，发明人对本发明已经经过多年的研究和试验，有许多成功的实施例，下面列举部分具体实施例，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
短细铜基粉末冶金摩擦材料的制备：材料基本配方：以质量百分比计，基体材料配方为铜50％，铁8％，石英石粉10％，三氧化二铝15％，二硫化鉬2％；石墨粉10％；氮化硼5％。成型剂为煤油，成型剂的加入量为基体材料的总重0.2％。将以上的材料均匀混合，倒入模具以400MPa压力，压制成直径φ2mm×长200mm细长杆状，将各细长杆状压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气的条件下温升1100℃，保温4h，随炉冷却至室温。
在干燥的条件下，放置24小时以上；然后进行剪切、粉碎，采用8目的筛网，进行筛选，得铜基粉末冶金摩擦材料。
复合摩擦材料的制备：材料基本配方(以质量百分数计)：腰果油改性酚醛树(圣泉PF6200A)20％；铜基粉末冶金摩擦材料30％；海泡石纤维(长度约4‐8mm)8％；蛭石纤维(长度约2‐3mm)5％；石英石粉10％；片状石墨10％；硫酸钡17％。
将以上各材料在混料机中混合均匀。
然后，将混合均匀粉料倒入模腔内，在155℃；压力12MPa条件下；热压保温时间8分钟。
后处理。根据后处理温度，一般在155‐165℃；保温时间：32h；机械加工成树脂基铜基粉末冶金摩擦材料，喷漆。
本实施例所得材料的检测结果见表1。
实施例2
短细铜基粉末冶金摩擦材料的制备：材料基本配方(以质量百分数计)：铜60％，铁5％，石英石粉5％，三氧化二铝10％，二硫化鉬3％；氟化钙7％，石墨粉10％；成型剂为煤油，以所述混合物的总重为基准，所述成型剂的含量为0.5％总重量。将以上的材料均匀混合，倒入模具以400MPa压力，压制成直径φ2mm×长200mm细长杆状，将各细长杆状压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气的条件下温升900℃，保温5h，随炉冷却至室温。
在干燥的条件下，放置24小时以上；然后进行剪切、粉碎，采用8目的筛网，进行筛选。
复合摩擦材料的制备：材料基本配方(以质量百分数计)腰果油改性酚醛树脂(圣泉PF6200A)15％；铜基粉末冶金摩擦材料45％；硅灰石纤维10％；氧化铝10％；片状石墨5％；10％硫酸钡；碳酸钙5％。
将以上各材料在混料机中混合均匀。
然后，将混合均匀粉料倒入模腔内，在150℃；压力8MPa条件下；热压保温时间15分钟。
后处理。根据后处理温度，一般在160℃以上；保温时间：36h；机械加工，喷漆。
本实施例所得材料的检测结果见表1。
实施例3
短细铜基粉末冶金摩擦材料的制备：材料基本配方(以质量百分数计)：铜65％，铁3％，石英石粉12％，三氧化二铝5％，石墨粉10％，氟化钙5％；
成型剂为煤油，以所述混合物的总重为基准，所述成型剂的含量为0.4％总重量。将以上的材料均匀混合，倒入模具以400MPa压力，压制成直径φ3mm×长300mm细长杆状，将各细长杆状压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气的条件下温升1100℃，保温2h，随炉冷却至室温。
在干燥的条件下，放置24小时以上；然后进行剪切、粉碎，采用8目的筛网，进行筛选。
复合摩擦材料的制备：材料基本配方(以质量百分数计)：腰果油改性酚醛树脂(圣泉PF6200A)(济南圣泉PF62系列)10％；铜基粉末冶金摩擦材料60％；海泡石纤维(长度约4‐8mm)5％；碳化硅5％；片状石墨5％，碳酸钙10％；硫酸钡5％。
将以上各材料在混料机中混合均匀。
然后，将混合均匀粉料倒入模腔内，在150℃；压力20MPa条件下；热压保温时间15分钟。
后处理。根据后处理温度，一般在160℃以上；保温时间：24h；机械加工，喷漆。
本实施例所得材料的检测结果见后表1。
表1摩擦材料的摩擦磨损测试结果(根据国家标准(GB5763‐1998))
以上试验数据采用D‐MS型定速摩擦材料试验机，根据国家标准GB5763‐2008进行测量，试验用普通摩擦材料由东莞市奥利德耐磨材料有限公司提供。
通过以上的试验测试结果表明：实施例1，2，3材料的摩擦系数都比普通车用复合摩擦材料略有下降，100℃至350℃热衰退系数分别为8.7％，6.0％，2.8％而普通复合摩擦材料的热衰退系数为14.5％，表明树脂基粉末冶金摩擦材料高温稳定性明显提升。在磨损量方面，树脂基铜基粉末冶金复合摩擦材料，在150℃以下较低温度条件下，其磨损量与普通的复合摩擦材料基本处于同一水平。但在350℃时，树脂基铜基粉末冶金复合摩擦材料磨损量比普通摩擦材料的磨损量减少了40-50％，降低了高温时的磨损量，提高了车用制动片的使用寿命。主要原因:
1、树脂基铜基粉末冶金摩擦材料部分继承了铜基粉末冶金摩擦材料优良的散热性和耐热性，具有较好的高温耐磨特性。
2、树脂基铜基粉末冶金摩擦材料同时也部分继承了树脂基高分子材料表面柔性好，硬度较低的特点。
3、通过调整树脂基铜基粉末冶金摩擦材料的组分可以较容易的控制材料的耐磨特性。
本发明车用铜基粉末冶金复合摩擦材料结合铜基粉末冶金摩擦材料耐高温、低磨耗的特点和树脂基复合摩擦材料韧性好、硬度低的特点，同时具有耐高温、低磨耗、韧性好、硬度低的特性；该材料用于制备汽车刹车配件，具有良好刹车性能。特别适用于大中型车辆以及城市轨道交通车辆，具有非常广泛的应用前景。

Claims (10)

1.车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)铜基粉末冶金摩擦材料的制备：将基体材料和成型剂混合均匀，倒入模具压制成多根细长杆，将各细长杆压坯，分隔开，装入烧结炉中，在通入氮气或氢气的条件下温升900‐1100℃，保温2‐5h，冷却至室温，得到粉末冶金摩擦材料；
以质量百分比计，所述基体材料的原料配比组成为：铜粉基组分55‐70％，摩擦组分15‐20％，润滑组分10‐25％；以质量百分比计，所述铜基粉组分由75‐95％铜粉和5‐25％铁粉；摩擦组分为石英石、三氧化二铝和碳化硅中的一种或多种；润滑组分为石墨、MoS2、CaF2、WS2、BN、Pb和Bi中的两种以上；
2)剪切、粉碎和筛选：将步骤1)所得铜基粉末冶金摩擦材料剪切、粉碎，过筛；
3)混料：以质量百分比计，将腰果油改性酚醛树脂10‐20％、铜基粉末冶金摩擦材料30‐60％、增强纤维10‐20％、磨料5-15％、润滑材料10‐20％和填料5‐20％共混均匀；
4)树脂基复合摩擦材料的制备：将步骤3)所得混合粉料放入模具内，热压成型，卸压出模；
5)后处理：在150℃‐180℃保温8‐36h，冷却至室温，出炉；
6)机械加工成车用铜基粉末冶金复合摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述倒入模具压制成多根细长杆是将基体粉末材料和成型剂倒入模具以200‐500MPa压力，压制成直径为2‐4mm，长度为200‐300mm的细长杆状。
3.根据权利要求1所述的车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述成型剂为煤油；所述成型剂用量为粉末冶金材料原料质量的0.1‐0.5％。
4.根据权利要求1所述的车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述热压成型是在150℃，5‐20MPa压力条件下进行，保压5‐15分钟。
5.根据权利要求1所述的车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述增强纤维为，蛭石纤维、硅灰石纤维、海泡石纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、碳纤维和聚丙烯腈纤维中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述磨料为氧化铝、氧化硅、硫酸锆、氟化钙、碳化硅、氧化铁和铸石粉的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述润滑材料为石墨、二硫化钼、二硫化钨、硫化亚铜、硫化锑、氧化镁、铅、铋、锑、焦碳和滑石粉的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述填料为高岭土、长石粉、硫酸钡、碳酸钙、轮胎粉和硅灰石粉的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的车用铜基粉末冶金复合摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述机械加工成车用铜基粉末冶金复合摩擦材料后还包括喷漆；所述步骤1)和5)的冷却至室温为随炉冷却至室温，所述过筛为采用5‐10目的筛网筛选。
10.一种车用铜基粉末冶金复合摩擦材料，其特征在于，其由权利要求1‐9任一项所述制备方法制得。
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