CN107338388A - 一种低成本粉末冶金摩擦材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本粉末冶金摩擦材料的制备方法，具体涉及摩擦块摩擦材料的固体润滑。本发明将各组成成分按重量百分比铜粉25‑55%、铁粉20‑45%、铬铁粉5‑15%、二氧化硅1‑5%、氧化铝0.6‑2%、铬粉0‑5%、石墨10‑20%、硫化亚铁2‑12%、聚乙二醇0.5‑6%进行配料并混合均匀，再将混合粉末带着摩擦块背板进行压制得到素坯，通过高温烧结工艺，温度控制在950‑1050℃，升温速率控制在3‑10℃/min，保温时间控制在0.25‑1.5h，并施加氮氢混合气氛进行保护，氮气与氢气的流量比控制在5:1~1:1之间，得到所需的摩擦材料。本发明能够在保证润滑性、耐磨性的前提条件下有效降低摩擦材料的生产成本。

Description

一种低成本粉末冶金摩擦材料的制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金摩擦材料领域，具体涉及在高速重载车辆制动器闸片/瓦中使用的通过粉末冶金工艺得到的摩擦块摩擦材料的固体润滑剂。

背景技术

铜/铁基粉末冶金摩擦材料由于具有导热、耐热性好，强度高，工艺简单等优点，已被广泛应用在飞机、坦克、汽车、高铁、船舶、风电机组和机床等的制动器或工业离合器中。铜/铁基摩擦材料通常由三类组分构成：1）形成材料基体并促成一定物理-力学性能的基体组元；2）补偿固体润滑剂的影响以及在不损害摩擦表面前提下增加滑动阻力的摩擦剂；3）促使摩擦过程平稳并减小材料磨损的固体润滑剂。

二硫化钼是铜/铁基摩擦材料中广泛使用的固体润滑剂，其用量一般在2%~12%（质量分数），它的加入能够有效地阻止粘着、稳定摩擦、减小磨损、提高部件寿命等。由于研究人员发现摩擦材料中采用单一石墨润滑组元难以达到理想的摩擦磨损特性，因此石墨搭配二硫化钼的双固体润滑剂摩擦材料设计思路已成为目前的主流方案。然而，将二硫化钼用作固体润滑剂存在两方面缺陷：一是二硫化钼粉末价格高昂（大约17万元/吨），大幅度提高了产品的生产制造成本；二是高温条件下二硫化钼在铜/铁基体中不能稳定存在。已有研究表明，二硫化钼会与铁组分在烧结过程中发生反应并失去其层片状结构，反应会生成硫化亚铁，单质钼等新相。因此，在这类添加二硫化钼作固体润滑剂的铜/铁基摩擦材料中起润滑作用的可能并非二硫化钼本身。由于二硫化钼的价格较高，直接影响了生产成本。

作为反应产物，虽然硫化亚铁相较于二硫化钼在铜、铁基体中具有更好的热力学稳定性。另外，当达到一定的烧结温度，硫化亚铁能与铁产生低熔点共晶，形成液相，促进烧结致密化，但目前人们发现使用硫化亚铁所得摩擦材料的润滑性不及使用二硫化钼所得的摩擦材料，两种材料的摩擦性能受温度及固体润滑剂含量的影响规律不同，因此需要进一步研发工艺技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本摩擦材料，解决现有摩擦材料中广泛使用的固体润滑剂二硫化钼易与铜或铁基体反应，且价格高昂的问题，提出采用硫化亚铁加入到摩擦材料中，在保证润滑性、耐磨性的前提条件下有效降低了摩擦材料的生产成本。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

将各组成成分按重量百分比铜粉25-55%、铁粉20-45%、铬铁粉5-15%、二氧化硅1-5%、氧化铝0.6-2%、铬粉0-5%、石墨10-20%、硫化亚铁2-12%、聚乙二醇0.5-6%进行配料并混合均匀，再将混合粉末带着摩擦块背板进行压制得到素坯；将该素坯通过高温烧结工艺得到所需的摩擦材料。

所述混合均匀是将上述组成成分（除石墨外）首先经过高速搅拌机初步混合，再加入石墨于V型混料机中混合均匀。

所述压制是将所得混合粉末带着摩擦块背板在100-600MPa压力下压制得到素坯。

所述烧结是将烧结炉的温度控制在950-1050℃，升温速率控制在3-10℃/min，保温时间控制在0.25-1.5h，并施加氮氢混合气氛进行保护，气体流量比（氮气：氢气）控制在5:1~1:1之间。

本发明的优点：

1.本发明选用价格相对低廉的硫化亚铁作为固体润滑剂，硫化亚铁属六方晶系层状结构，易沿密排面滑移，塑性流变能力强，具有良好的润滑特性，使制得的摩擦材料在保证润滑性、耐磨性的前提下有效降低了摩擦材料的生产成本。

2.本发明加入硫化亚铁，高温下硫化亚铁在铜或铁基体中能稳定存在；而且搭配适当的烧结制度，硫化亚铁能与铁产生低熔点共晶，能产生液相烧结，促进材料烧结致密化，提高摩擦材料的力学性能并降低烧结温度。

附图说明

图1为实施例1中使用硫化亚铁（实线）与二硫化钼（虚线）在不同制动初速度下的平均摩擦因数对比。

图2为实施例1中使用硫化亚铁（实线）与二硫化钼（虚线）在不同制动初速度下的磨损率对比。

图3为实施例2中使用硫化亚铁（实线）与二硫化钼（虚线）在不同制动初速度下的平均摩擦因数对比。

图4为实施例2中使用硫化亚铁（实线）与二硫化钼（虚线）在不同制动初速度下的磨损率对比。

图5为实施例3中使用硫化亚铁（实线）与二硫化钼（虚线）在不同制动初速度下的平均摩擦因数对比。

图6为实施例3中使用硫化亚铁（实线）与二硫化钼（虚线）在不同制动初速度下的磨损率对比。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明

实施例1：

一种低成本摩擦材料，包括以下重量比的组分：铜粉45%，铁粉28%，铬铁粉10%，二氧化硅2%，氧化铝1%，石墨10%，硫化亚铁3%，聚乙二醇1%。

将上述粉料（除石墨外）首先经过高速搅拌机初步混合，再加入石墨于V型混料机中混合均匀，将所得混合粉末带着摩擦块背板在300MPa压力下压制得到素坯；将素坯在1000℃、升温速率5℃/min，氮氢混合气氛（气体流量比：氮气：氢气=3:1）保护下通过烧结工艺烧结1h，随炉冷却至室温，即得到所需的摩擦材料样件。

再按照上述实施方法，在1030℃下制备只添加等效重量比的二硫化钼的样件，并将其按TJ/CL 307-2014与所得样件进行对比检验，结果见图1和图2。可以看出，采用硫化亚铁作为固体润滑剂与采用二硫化钼作为固体润滑剂的摩擦材料在时速50-300km/h范围内具有相似的摩擦系数以及磨损率。并且摩擦系数在不同速度下保持稳定，具有良好的抗衰退性。此外，采用硫化亚铁作为固体润滑剂可降低原材料成本约5%。

实施例2：

一种低成本摩擦材料，包括以下重量比的组分：铜粉28%，铁粉40%，铬铁粉12%，二氧化硅1.5%，氧化铝1%，铬粉0.5%，石墨10%，硫化亚铁5%，聚乙二醇2%。

将上述粉料（除石墨外）首先经过高速搅拌机初步混合，再加入石墨于V型混料机中混合均匀，将所得混合粉末带着摩擦块背板在300MPa压力下压制得到素坯；将素坯在960℃、升温速率3℃/min，氮氢混合气氛（气体流量比：氮气：氢气=5:1）保护下通过烧结工艺烧结1.5h，随炉冷却至室温，即得到所需的摩擦材料。

再按照上述实施方法，在995℃下制备只添加等效重量比的二硫化钼的样件，并将其按TJ/CL 307-2014与所得样件进行对比检验，结果见图3和图4。可以看出，采用硫化亚铁作为固体润滑剂与采用二硫化钼作为固体润滑剂的摩擦材料在时速50-300km/h范围内具有相似的摩擦系数以及磨损率。并且摩擦系数在不同速度下保持稳定，具有良好的抗衰退性。此外，采用硫化亚铁作为固体润滑剂可降低原材料成本约8%。

实施例3：

一种低成本摩擦材料，包括以下重量比的组分：铜粉35%，铁粉35%，铬铁粉10%，二氧化硅3%，氧化铝2%，石墨7%，硫化亚铁7%，聚乙二醇1%。

将上述粉料（除石墨外）首先经过高速搅拌机初步混合，再加入石墨于V型混料机中混合均匀，将所得混合粉末带着摩擦块背板在300MPa压力下压制得到素坯；将素坯在1025℃、升温速率8℃/min，氮氢混合气氛（气体流量比：氮气：氢气=1:1）保护下通过烧结工艺烧结0.5h，随炉冷却至室温，即得到所需的摩擦材料。

再按照上述实施方法，在1050℃下制备只添加等效重量比的二硫化钼的样件，并将其按TJ/CL 307-2014与所得样件进行对比检验，结果见图5和图6。可以看出，采用硫化亚铁作为固体润滑剂与采用二硫化钼作为固体润滑剂的摩擦材料在时速50-300km/h范围内具有相似的摩擦系数以及磨损率。并且摩擦系数在不同速度下保持稳定，具有良好的抗衰退性。此外，采用硫化亚铁作为固体润滑剂可降低原材料成本约11%。

Claims (4)

1.一种低成本粉末冶金摩擦材料的制备方法， 其特征在于，将各组成成分按重量百分比铜粉25-55%、铁粉20-45%、铬铁粉5-15%、二氧化硅1-5%、氧化铝0.6-2%、铬粉0-5%、石墨10-20%、硫化亚铁2-12%、聚乙二醇0.5-6%进行配料并混合均匀，再将混合粉末带着摩擦块背板进行压制得到素坯；将该素坯通过高温烧结工艺得到所需的摩擦材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于，所述混合均匀是将权利要求1中的组成成分，除石墨外，首先经过高速搅拌机初步混合，再加入石墨于V型混料机中混合均匀。

3.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于，所述压制是将所得混合粉末带着摩擦块背板在100-600MPa压力下压制得到素坯。

4.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于，所述高温烧结工艺是将烧结炉的温度控制在950-1050℃，升温速率控制在3-10℃/min，保温时间控制在0.25-1.5h，并施加氮氢混合气氛进行保护，氮气与氢气的流量比控制在5:1~1:1之间。