CN107267800A - 一种Fe相均匀分布的铜基摩擦材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种Fe相均匀分布的铜基摩擦材料的制备方法，属于粉末冶金铜基摩擦材料制备技术领域。以70‑80％铜铁合金粉末为铜基摩擦材料基体原料，添加锡粉(5‑10％)，镍粉(1‑5％)，鳞片状石墨粉(5‑10％)，二氧化硅粉(1‑10％)，二硫化钼(1‑5％)，莫来石(5‑15％)，将所述粉末按比例混合均匀后经过冷压成形、热压烧结后，烧结温度在850‑950℃，保温时间在2‑3h，得到Fe相均匀分布在基体与添加组元相界面的铜基摩擦材料。所述铜铁合金粉末采用氩气雾化方式制得，铁元素质量分数为2％～4％。与传统刹车片相比，铜铁合金粉末替代纯铜粉作为基体原料，铁相能够均匀分布在相界面，提高界面强度，同时改善铜与石墨之间的润湿性，制得的铜基粉末冶金闸片材料孔隙率小，基体强度高，具有更加优异的摩擦磨损性能。

Description

一种Fe相均匀分布的铜基摩擦材料的制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金铜基摩擦材料制备技术领域，特别提供了一种以雾化铜铁合金粉末为原料制备Fe相呈网状均匀分布铜基摩擦材料的技术。
背景技术
铜基摩擦材料是以铜作为基体，添加基体强化组元(Ni、Mo、Ti、Sn、Zn、P等)，摩擦组元(Fe、SiO2、A12O3、SiC、石棉、金属、ZrO2等非金属氧化物、碳化物、氮化物)和润滑组元(石墨、MoS2、CaF2、WS2、B4C、BN、Pb、Bi等)烧结而成的复合材料，具有耐磨性好、导热性高、抗粘着性强等优异特性，是高速列车制动闸片用的主要材料。铁在铜基摩擦材料中充当摩擦组元，其硬度比基体铜大，在摩擦过程中当较软的基体磨损后，Fe颗粒便突出于摩擦表面，直接与对偶表面相接触，承受摩擦阻力，从而提高材料的摩擦系数，起到增磨作用，因此Fe相的存在形式、分布特征对铜基摩擦材料的性能有重要影响。目前，铁以铁粉的形式添加到铜基摩擦材料中，烧结后的材料中铁的颗粒较粗大，分布不均匀，并且主要分布在铜基体中，与铜基体结合处由于原子扩散会产生孔隙，对于提高材料的摩擦性能有限，不能够充分发挥出铁相的优良特性。
本发明以氩气雾化铜铁合金粉末作为粉末冶金摩擦材料的基体成分，由于铁在铜基体中的溶解度很低，雾化铜铁合金粉末中铁以过饱和固溶体的形式存在于铜基体中，在特定温度下烧结过程中，铁从铜基体中析出，并沿颗粒边界分布，形成三维网状结构，铁相的宽度为0.1-0.3μm。与外加的铁粉颗粒相比，重新析出的铁相分布更均匀，并且主要分布在铜基体与石墨、二氧化硅等颗粒的界面处，对二氧化硅形成包裹，并与石墨发生发应形成铁的碳化物，从而改善了铜基体和外加颗粒之间颗粒之间的润湿性，提高了两者之间的界面结合强度。同时，硬质铁碳相牢固地镶嵌在铜基体中，在摩擦表面形成均匀的微凸体网络，起到高硬度、耐磨的作用，能够有效降低材料的磨损量。此外，三维网状分布的铁相能够对三体磨粒磨损过程中形成的氧化膜起到保护作用，有助于氧化膜的形成，并能减少氧化膜在摩擦磨损过程中的剥落，使材料摩擦系数趋于稳定，从而有效地提高铜基粉末冶金闸片的摩擦磨损性能。
发明内容
本发明的目的是以氩气雾化铜铁合金粉末作为基体原料，采用粉末冶金工艺制备铜基摩擦材料，利用铜铁合金粉末在烧结过程中形成的三维网状骨架来提高复合材料的摩擦磨损性能。
一种Fe相均匀分布的铜基摩擦材料的制备方法，其特征在于：
步骤一、以铜铁合金粉末为铜基摩擦材料基体原料，添加基体强化组元、摩擦组元和润滑组元：基体强化组元为Ni、Sn；摩擦组元为SiO2、莫来石；润滑组元为石墨、MoS2、Bi；质量百分比为锡粉5-10％，镍粉1-5％，鳞片状石墨粉5-10％，二氧化硅粉1-10％，二硫化钼1-5％，莫来石5-15％；
步骤二、将上述原料粉末与粘结润滑剂在双锥混料机上进行混合，粘结润滑剂及相应百分数为EBS蜡(25-55％)，聚酰胺蜡(20-40％)，月桂酸(5-15％)，异辛酸(0.1-1％)，硬脂酸(5-20％)，混合时间为8～10h；步骤三、将混合好的粉末进行冷压成形，压制压力为400～500MPa，保压时间为1-3min；
步骤四、烧结，氩气保护，压力为2～4MPa。
进一步的，步骤一所述铜铁合金粉末采用氩气雾化方式制得，铁元素质量分数为2％～4％，在摩擦材料中铜铁合金粉末所占的质量分数为70-80％。
进一步的，步骤四要求的烧结温度需在850-950℃，保温时间应在2-3h。
本发明创新地采用了一种Fe相均匀分布的铜基摩擦材料的制备方法，在特定的温度下进行相应的加热和保温之后，铁相能够均匀分布在相界面，在摩擦组元周围形成一层保护膜，并与石墨反应生成铁的碳化物，从而改善了铜基体和石墨，摩擦组元颗粒之间的润湿性，提高了两者之间的界面结合强度，并且生成的三维网状硬质相对氧化膜和第三体有钉扎作用，使得铜基闸片材料表现出更加优异的摩擦磨损性能。
附图说明
图1为本发明的骨架相电镜照片。
具体实施方式
实施例1：
1.准备原材料：质量配比为70％的铜铁合金粉，7％锡粉，3％镍粉，7％石墨粉(鳞片状)，5％二氧化硅粉，1％二硫化钼，7％莫来石；
2.将上述粉末倒入改进后的双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，高压气体压力在0.1MPa左右，喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，与翻动的物料充分接触，混料8小时；
3.将混合均匀的粉末冷压成形，压力为400MPa；
4.将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至850℃，在氢氮混合气体中烧结，保温180分钟，热压压力为2MPa，保持恒定；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。
实施例2：
1.准备原材料：质量配比为73％的铜铁合金粉，7％锡粉，3％镍粉，7％石墨粉(鳞片状)，2％二氧化硅粉，1％二硫化钼，7％莫来石；
2.将上述粉末倒入改进后的双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，高压气体压力在0.1MPa左右，喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，与翻动的物料充分接触，混料8小时；
3.将混合均匀的粉末冷压成形，压力为400MPa；
4.将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至880℃，在氢氮混合气体中烧结，保温160分钟，热压压力为2.3MPa，保持恒定；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。
实施例3：
1.准备原材料：质量配比为77％的铜铁合金粉，5％锡粉，2％镍粉，5％石墨粉(鳞片状)，3％二氧化硅粉，1％二硫化钼，7％莫来石；
2.将上述粉末倒入改进后的双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，高压气体压力在0.1MPa左右，喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，与翻动的物料充分接触，混料8小时；
3.将混合均匀的粉末冷压成形，压力为400MPa；
4.将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至920℃，在氢氮混合气体中烧结，保温140分钟，热压压力为2.7MPa，保持恒定；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。
实施例4：
1.准备原材料：质量配比为80％的铜铁合金粉，5％锡粉，2％镍粉，5％石墨粉(鳞片状)，1％二硫化钼，3％二氧化硅粉，5％莫来石；
2.将上述粉末倒入改进后的双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，高压气体压力在0.1MPa左右，喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，与翻动的物料充分接触，混料8小时；
3.将混合均匀的粉末冷压成形，压力为400MPa；
4.将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至950℃，在氢氮混合气体中烧结，保温120分钟，热压压力为3MPa，保持恒定；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。

Claims (3)

1.一种Fe相均匀分布的铜基摩擦材料的制备方法，其特征在于：
步骤一、以铜铁合金粉末为铜基摩擦材料基体原料，添加基体强化组元、摩擦组元和润滑组元：基体强化组元为Ni、Sn；摩擦组元为SiO2、莫来石；润滑组元为石墨、MoS2、Bi；质量百分比为锡粉5-10％，镍粉1-5％，鳞片状石墨粉5-10％，二氧化硅粉1-10％，二硫化钼1-5％，莫来石5-15％；
步骤二、将上述原料粉末与粘结润滑剂在双锥混料机上进行混合，粘结润滑剂及相应百分数为EBS蜡(25-55％)，聚酰胺蜡(20-40％)，月桂酸(5-15％)，异辛酸(0.1-1％)，硬脂酸(5-20％)，混合时间为8～10h；
步骤三、将混合好的粉末进行冷压成形，压制压力为400～500MPa，保压时间为1-3min；
步骤四、烧结，氩气保护，压力为2～4MPa。
2.根据权利要求1所述的一种制备Fe相均匀分布的铜基摩擦材料的方法，其特征在于，步骤一铜铁合金粉末采用氩气雾化方式制得，铁元素质量分数为2％～4％，在摩擦材料中铜铁合金粉末所占的质量分数为70-80％。
3.根据权利要求1所述的一种Fe相均匀分布的铜基摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤四要求的烧结温度为850-950℃，保温时间为2-3h。
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