CN106086718B - 一种离合器铁基复合摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离合器铁基复合摩擦材料及其制备方法，按质量百分比，原料包括以下组分：灰铸铁粉或球墨铸铁粉60～85％，耐磨粉料10～20％，石墨粉5～10％，炭纤维0～10％。制备方法包括：将原料混匀、球磨、烘干，得到粉料；将粉料模压、烧结、热处理，最后进行机械加工，即得离合器铁基复合摩擦材料。本发明克服了现有铁基摩擦材料组分和工艺过程复杂、成本高及部分组分污染环境等问题，制得的铁基复合摩擦材料具有摩擦系数高且稳定性好、磨损低、使用寿命长等优点。

Description

一种离合器铁基复合摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属基摩擦材料领域，特别涉及一种离合器铁基复合摩擦材料及其制备方法。
背景技术
金属基摩擦材料具有强度高、摩擦系数高且稳定、耐磨损、导热性好等特点，因而被广泛用于制造汽车、摩托车、列车、飞机、石油钻井、风力发电等的离合器摩擦片。常用的离合器摩擦片以铜为基体，并以均匀分布的硬质合金粒子及润滑粒子调控摩擦系数和磨损率。然而，采用铜为基体的粉末冶金摩擦材料，不仅原材料价格昂贵，而且组分和工艺过程复杂，导致摩擦片的成本较高。
基于低成本化考虑，有技术采用铁基粉末冶金材料制造离合器摩擦片。文献“专利号是ZL 200810069998.5和ZL200910002442.9的中国发明专利”公开了一种摩托车离合器铁基摩擦片及制备工艺。该专利在铁基体中添加锰、碳、铜、钼、铬、镍、铅、二氧化硅、硫化钙、石棉等，应用粉末冶金方法制备摩托车铁基摩擦片。文献“专利号为ZL200710106016.0的中国发明专利”公开了一种铁基粉末冶金摩擦材料，主要特征是将铜、钼、镍、铅、石墨、二硫化钼、铸石、碳化硅、莫来石等添加在铁基体中。文献“专利号为ZL 201510885064.9的中国发明专利”公开了一种铁基粉末冶金摩擦材料及其制造工艺，该专利将铁、铜、锰、石墨、氧化锆、氧化硅、碳化硅及聚烯烃基聚合物粉料混合，经模压及烧结后制成铁基摩擦材料。文献“专利号是ZL 201410594038.6的中国发明专利”将铁、锡、碳化硅、二硫化钼、钴、氧化铝、钾长石、铜等粉料混匀，经压制、烧结及冷却后制成铁基粉末冶金摩擦材料。文献“中国发明专利ZL 201410704348.9”将铁、铜、锰、石墨、碳化硅、二硫化钼、二氧化硅、三氧化二铝和沉淀硫酸钡等粉体混匀、压制及烧结后制成铁基摩擦材料。
然而，这些报道的铁基摩擦材料组分仍较复杂，对控制工艺过程及稳定产品的摩擦系数不利，并且包含了一些铜、镍、钼、锆、钴等价格昂贵的原料以及铅、铬、石棉等对环境不利的组分。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种离合器铁基复合摩擦材料及其制备方法，该摩擦材料的组分减少、成本明显降低，避免了重金属和石棉对环境的危害；同时，由于摩擦材料的组分得到控制，其摩擦系数高且稳定性好、磨损低，特别适合用于各类离合器摩擦片的制造；此外，损坏的摩擦片可以回收利用及修复。克服了现有铁基摩擦材料成分复杂、价格昂贵，以及部分组分对环境不友好的问题。
本发明的一种离合器铁基复合摩擦材料，所述铁基复合摩擦材料按质量百分比，原料包括以下组分：灰铸铁粉或球墨铸铁粉60～85％，耐磨粉料10～20％，石墨粉5～10％，炭纤维0～10％。
所述灰铸铁粉或球墨铸铁粉为HT250、QT450、QT500中的一种或几种。
灰铸铁和球墨铸铁的成分见表1。
表1灰铸铁和球磨铸铁的化学成分
所述耐磨粉料为硅粉、碳化硅粉中的一种或两种。
粉料目数均为300目，炭纤维长度为1～2mm。
本发明的一种离合器铁基复合摩擦材料的制备方法，包括：
(1)按如下质量百分比进行配料：灰铸铁粉或球墨铸铁粉60～85％，耐磨粉料10～20％，石墨粉5～10％，炭纤维0～10％；
(2)将原料混匀、球磨、烘干，得到粉料；将粉料模压、烧结、热处理，最后进行机械加工，即得离合器铁基复合摩擦材料。
所述步骤(2)中的混匀具体为在转速1000～1500转/分钟的混料机中混匀1～1.5小时。
所述步骤(2)中的球磨具体为在转速300～500转/分钟的球磨机中球磨1～2小时。
所述步骤(2)中的模压压力为30～50MPa，模压时间为1～2小时；模压时粉料被加热至200～400℃。
所述步骤(2)中的烧结具体为升温前抽真空并充氮气至3～5MPa，烧结温度为1150～1350℃，烧结3～5小时后降温。
所述步骤(2)中的热处理具体为炉温降至800～850℃时保温2小时，卸压，取出材料后在90～100℃的淬火油中淬火5～10分钟，300～400℃下回火4～6小时。
有益效果
本发明摩擦材料的组分减少、成本明显降低，避免了重金属和石棉对环境的危害；同时，由于摩擦材料的组分得到控制，其摩擦系数高且稳定性好、磨损低，特别适合用于各类离合器摩擦片的制造；此外，损坏的摩擦片可以回收利用及修复。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)配料：按如下质量百分数配料：灰铸铁HT250粉60％、硅粉20％、石墨粉10％，炭纤维10％。粉料均为300目，炭纤维长度1～2mm。
(2)混料：将步骤(1)配好的粉料投入1000转/分钟的混料机中混匀1.5小时，随之用球磨机在500转/分钟下球磨1小时，烘干备用。
(3)模压：将步骤(2)混匀的粉料装入钢质模具，应用压力机在50MPa下压制1小时形成坯料，模压时粉料温度为200℃。
(4)烧结：将步骤(3)压制的坯料置于石墨模具，在烧结炉中烧结5小时后降温。烧结炉升温前抽真空并充氮气至3MPa，烧结温度为1150℃。
(5)热处理：当步骤(4)炉温降至800℃时保温2小时，卸压，取出材料后迅速在90℃的淬火油中淬火10分钟，400℃下回火4小时。
(6)机械加工：按设计要求将步骤(5)处理的铁基复合摩擦材料加工成摩擦片。
实施例2
(1)配料：按如下质量百分数配料：灰铸铁HT250粉85％、硅粉10％、石墨粉5％，炭纤维0％。粉料均为300目，炭纤维长度1～2mm。
(2)混料：将步骤(1)配好的粉料投入1500转/分钟的混料机中混匀1小时，随之用球磨机在300转/分钟下球磨1小时，烘干备用。
(3)模压：将步骤(2)混匀的粉料装入钢质模具，应用压力机在30MPa下压制2小时形成坯料，模压时粉料温度为200℃。
(4)烧结：将步骤(3)压制的坯料置于石墨模具，在烧结炉中烧结3小时后降温。烧结炉升温前抽真空并充氮气至5MPa，烧结温度为1350℃。
(5)热处理：当步骤(4)炉温降至850℃时保温2小时，卸压，取出材料后迅速在100℃的淬火油中淬火5分钟，350℃下回火6小时。
(6)机械加工：按设计要求将步骤(5)处理的铁基复合摩擦材料加工成摩擦片。
实施例3
(1)配料：按如下质量百分数配料：灰铸铁HT250粉70％、碳化硅粉料15％、石墨粉10％、炭纤维5％。粉料均为300目，炭纤维长度1～2mm。
(2)混料：将步骤(1)配好的粉料投入1250转/分钟的混料机中混匀1小时，然后用球磨机在400转/分钟下球磨1.5小时，烘干备用。
(3)模压：将步骤(2)混匀的粉料装入钢质模具，应用压力机在40MPa下压制1.5小时形成坯料，模压时粉料温度为300℃。
(4)烧结：将步骤(3)压制的坯料置于石墨模具，在烧结炉中烧结4小时后降温。烧结炉升温前抽真空并充氮气至4MPa，烧结温度为1250℃。
(5)热处理：当步骤(4)炉温降至800℃时保温2小时，卸压，取出材料后迅速在95℃的淬火油中淬火8分钟，300℃下回火6小时。
(6)机械加工：按设计要求将步骤(5)处理的铁基复合摩擦材料加工成摩擦片。
实施例4
(1)配料：按如下质量百分数配料：球墨铸铁QT450粉65％、碳化硅粉料20％、石墨粉10％，炭纤维5％，粉料均为300目，炭纤维长度1～2mm。
(2)混料：将步骤(1)配好的粉料投入1500转/分钟的混料机中混匀1小时，然后用球磨机在300转/分钟下球磨2小时，烘干备用。
(3)模压：将步骤(2)混匀的粉料装入钢质模具，应用压力机在45MPa下压制1.5小时形成坯料，模压时粉料温度为350℃。
(4)烧结：将步骤(3)压制的坯料置于石墨模具，在烧结炉中烧结4小时后降温。高温炉升温前抽真空并充氮气至3.5MPa，烧结温度为1300℃。
(5)热处理：当步骤(4)炉温降至850℃时保温2小时，卸压，取出材料后迅速在90℃的淬火油中淬火7分钟，350℃下回火6小时。
(6)机械加工：按设计要求将步骤(5)处理的铁基复合摩擦材料加工成摩擦片。
实施例5
(1)配料：按如下质量百分数配料：球墨铸铁QT500粉75％、硅粉13％、石墨粉5％、炭纤维7％，粉料均为300目，炭纤维长度1～2mm。
(2)混料：将步骤(1)配好的粉料投入1000转/分钟的混料机中混匀1.5小时，随之用球磨机在500转/分钟下球磨1小时，烘干备用。
(3)模压：将步骤(2)混匀的粉料装入钢质模具，应用压力机在35MPa下压制2小时形成坯料，模压时粉料温度为400℃。
(4)烧结：将步骤(3)压制的坯料置于石墨模具，在烧结炉中烧结4小时后降温。烧结炉升温前抽真空并充氮气至4.5MPa，烧结温度为1200℃。
(5)热处理：当步骤(4)炉温降至825℃时保温2小时，卸压，取出材料后迅速在96℃的淬火油中淬火5分钟，350℃下回火6小时。
(6)机械加工：按设计要求将步骤(5)处理的铁基复合摩擦材料加工成摩擦片。
表2列出本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5制备铁基复合摩擦材料的硬度及其摩擦系数和磨损率。本发明材料的摩擦系数高且稳定好、磨损率低，特别适合应用于制造离合器摩擦片。
表2材料硬度和摩擦性能比较
注：100℃、150℃、200℃、250℃和300℃指试验机圆盘摩擦面温度。
按GB/T5764-2011测试材料的摩擦性能。测试设备：定速式摩擦试验机。试样的摩擦面尺寸：25mm×25mm。测试条件：圆盘转速500转/分钟，压力为0.49MPa，测试时间1小时。

Claims (1)

1.一种离合器铁基复合摩擦材料的制备方法，包括：
(1)配料：按如下质量百分数配料：灰铸铁HT250粉60％、硅粉20％、石墨粉10％，炭纤维10％；粉料均为300目，炭纤维长度1～2mm；
(2)混料：将步骤(1)配好的粉料投入1000转/分钟的混料机中混匀1.5小时，随之用球磨机在500转/分钟下球磨1小时，烘干备用；
(3)模压：将步骤(2)混匀的粉料装入钢质模具，应用压力机在50MPa下压制1小时形成坯料，模压时粉料温度为200℃；
(4)烧结：将步骤(3)压制的坯料置于石墨模具，在烧结炉中烧结5小时后降温；烧结炉升温前抽真空并充氮气至3MPa，烧结温度为1150℃；
(5)热处理：当步骤(4)炉温降至800℃时保温2小时，卸压，取出材料后迅速在90℃的淬火油中淬火10分钟，400℃下回火4小时；
(6)机械加工：按设计要求将步骤(5)处理的铁基复合摩擦材料加工成摩擦片。
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