CN108480645A - 一种汽车同步环材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽车同步环材料，包括钢基体和合金摩擦层，合金摩擦层的原料组成包括铝青铜基粉、质量百分比含量为7%～15%的摩擦组分，铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu 80%～85%、Al 10%～11%、Fe 3%～5%、Ni 2%～4%，制备时，先向铝青铜基粉中加入摩擦组分混合均匀得到混合料，再对混合料进行预压松装或压制成坯后置于真空烧结炉中烧结，然后加工成型以得到合金摩擦层，接着采用环氧树脂胶将钢基体与合金摩擦层粘接后再进行加热固化即可。本发明不仅稳定提高了合金摩擦层材料的耐磨性能、降低了比重，而且制备方法同时适用于单锥和双锥同步环。
Description
技术领域
本发明属于合金材料领域，具体涉及一种汽车同步环材料及其制备方法，适用于提高合金摩擦层的耐磨性、降低其比重、优化制备工艺。
背景技术
同步器是汽车变速箱的重要部件之一，它能够有效地降低汽车换挡过程中的震动、冲击和噪音，从而提高汽车操纵的稳定性和行驶的安全性。从目前同步器的发展趋势来看，改变同步器结构和同步器锥面的摩擦材料是提高同步器性能的最主要手段，为确保变速器良好的工作性能，要求同步环摩擦内衬材料具有高而稳定的摩擦系数、优异的加工性能、良好的耐磨性、高强度、耐高温、优异的抗冲击载荷能力、稳定的弹性模数。
目前，商用车同步环的合金摩擦层普遍以锡青铜、锰黄铜为基材，配以摩擦组分烧结形成铜合金，或采用喷钼、覆碳等材料，其制备方法包括带保护气氛的无压烧结、加压烧结或反应烧结，部分采用复合材料工艺，连接工艺主要采用烧结连接、焊接的方法将合金摩擦层材料与钢基体结合。这些设计存在以下缺陷：
1、在配方方面，传统的锡青铜、锰黄铜材质不仅耐磨性、动摩擦系数稳定性有限，影响同步环寿命和换档品质，而且铜合金层材质遍含由对环境有害的铅，同时其比重普遍较大，而覆碳材料的碳纤维成本昂贵；
2、在连接工艺方面，不仅烧结连接的结合强度不稳定，易出现合金层剥落导致恶化同步功能，而且烧结连接工艺需经高温加热，会改变钢基体的组织从而导致变形，因此并不适合制造带齿形结构的单锥同步环。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的合金摩擦层耐磨性不稳定、比重大的问题，提供一种具有稳定、优异的耐磨性且比重较小的汽车同步环材料及其制备方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种汽车同步环材料，包括钢基体和合金摩擦层，所述合金摩擦层的原料组成包括铝青铜基粉、摩擦组分，所述铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu80％～85％、Al 10％～11％、Fe 3％～5％、Ni 2％～4％，所述摩擦组分的质量百分比含量为7％～15％。
所述铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu 83％、Al 10％、Fe 4％、Ni 3％。
所述摩擦组分为氟化钙、硅酸锆、石墨、氧化铝、二硫化钼、石英、高速钢中的1～4种化合物。
所述材料还包括质量百分比含量为1.5％～8.0％的可调节烧结后致密度的其他组分、质量百分比含量在2％以下的工艺辅料。
所述可调节烧结后致密度的其他组分为氟化钙、硅酸锆、石墨、氧化铝、二硫化钼、石英、高速钢中的1～2种化合物，所述工艺辅料为硬脂酸锌和/或脱水锭子油。
一种上述汽车同步环材料的制备方法，所述同步环为单锥环或双锥环，所述制备方法依次包括以下步骤：
一、先向所述铝青铜基粉中加入摩擦组分混合均匀得到混合料，再将混合料压制成坯后置于真空烧结炉中烧结，然后加工成型以得到合金摩擦层；
二、采用环氧树脂胶将所述钢基体与步骤一得到的合金摩擦层粘接后再进行加热固化即得到同步环材料。
步骤一中，所述烧结温度为840±100℃，烧结时间为1±0.5h；
步骤二中，所述环氧树脂胶为双组分胶和/或单组分胶，所述加热固化的温度小于250℃。
一种上述汽车同步环材料的制备方法，所述同步环为双锥环，所述制备方法为：先向所述铝青铜基粉中加入摩擦组分混合均匀得到混合料，再将混合料均匀铺洒在钢基体的上、下表面后对其进行预压，然后将预压后的混合料层与钢基体共同置于真空烧结炉中烧结即得到同步环材料。
所述烧结温度为840±100℃，烧结时间为1±0.5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种汽车同步环材料中合金摩擦层的原料组成包括铝青铜基粉、摩擦组分，铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu 80％～85％、Al 10％～11％、Fe3％～5％、Ni 2％～4％，该设计采用铝青铜基粉替代传统的锡青铜、锰黄铜等基材，不仅显著改善了合金摩擦层材料的耐磨性能，延长了同步环的使用寿命，而且其具有更低的比重，使得同步环的重量较轻。因此，本发明不仅提高了合金摩擦层材料的耐磨性能，而且能够降低同步环的重量。
2、本发明一种汽车同步环材料的制备方法针对烧结连接工艺容易导致变形的问题，提出了一种先将各原料混合后进行真空烧结制备合金摩擦层、再用环氧树脂胶将钢基体与合金摩擦层粘接后加热固化制备同步环材料的方法，即采用真空烧结-胶结-固化工艺，既适用于双锥环，也适用于单锥环。因此，本发明方法同时适用于单锥和双锥同步环。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
一种汽车同步环材料，包括钢基体和合金摩擦层，所述合金摩擦层的原料组成包括铝青铜基粉、摩擦组分，所述铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu80％～85％、Al 10％～11％、Fe 3％～5％、Ni 2％～4％，所述摩擦组分的质量百分比含量为7％～15％。
所述铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu 83％、Al 10％、Fe 4％、Ni 3％。
所述摩擦组分为氟化钙、硅酸锆、石墨、氧化铝、二硫化钼、石英、高速钢中的1～4种化合物。
所述材料还包括质量百分比含量为1.5％～8.0％的可调节烧结后致密度的其他组分、质量百分比含量在2％以下的工艺辅料。
所述可调节烧结后致密度的其他组分为氟化钙、硅酸锆、石墨、氧化铝、二硫化钼、石英、高速钢中的1～2种化合物，所述工艺辅料为硬脂酸锌和/或脱水锭子油。
一种上述汽车同步环材料的制备方法，所述同步环为单锥环或双锥环，所述制备方法依次包括以下步骤：
一、先向所述铝青铜基粉中加入摩擦组分混合均匀得到混合料，再将混合料压制成坯后置于真空烧结炉中烧结，然后加工成型以得到合金摩擦层；
二、采用环氧树脂胶将所述钢基体与步骤一得到的合金摩擦层粘接后再进行加热固化即得到同步环材料。
步骤一中，所述烧结温度为840±100℃，烧结时间为1±0.5h；
步骤二中，所述环氧树脂胶为双组分胶和/或单组分胶，所述加热固化的温度小于250℃。
一种上述汽车同步环材料的制备方法，所述同步环为双锥环，所述制备方法为：先向所述铝青铜基粉中加入摩擦组分混合均匀得到混合料，再将混合料均匀铺洒在钢基体的上、下表面后对其进行预压，然后将预压后的混合料层与钢基体共同置于真空烧结炉中烧结即得到同步环材料。
所述烧结温度为840±100℃，烧结时间为1±0.5h。
本发明材料的原理说明如下：
虽然铝青铜较传统的锡青铜、锰黄铜同步环材料强度更高，耐磨性、耐腐蚀性更好，但由于在高温下容易生成Al2O3薄膜，普通方法难以烧结。本发明通过设计和调整铝青铜配方、并采用真空烧结，实现了铝青铜的稳定烧结。同时，合理的选择摩擦组分种类及比例实现摩擦系数、致密度的调节，在达到同步环材料耐磨性要求同时，兼顾对摩擦系数的要求。
实施例1：
一种汽车同步环材料，包括钢基体和合金摩擦层，所述合金摩擦层的原料组成及其质量百分比含量为：摩擦组分10％、可调节烧结后致密度的其他组分3％、工艺辅料1％，其余为铝青铜基粉，所述铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu 83％、Al10％、Fe 4％、Ni 3％，所述摩擦组分为硅酸锆和高速钢的混合物，所述可调节烧结后致密度的其他组分为石墨，所述工艺辅料为硬脂酸锌。
上述汽车同步环材料的制备方法，所述同步环为单锥环，所述制备方法依次包括以下步骤：
一、先向所述铝青铜基粉中加入摩擦组分、可调节烧结后致密度的其他组分、工艺辅料混合均匀得到混合料，再将混合料压制成坯后置于真空烧结炉中烧结，然后加工成薄层状结构以得到合金摩擦层，其中，所述烧结温度为880℃，烧结时间为1h；
二、采用环氧树脂胶将所述钢基体与步骤一得到的合金摩擦层粘接后再进行加热固化即得到同步环材料，其中，所述环氧树脂胶为双组分胶，所述加热固化的温度为220℃。
实施例2：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述合金摩擦层的原料组成及其质量百分比含量为：摩擦组分7％、可调节烧结后致密度的其他组分8％、工艺辅料1.5％，其余为铝青铜基粉，所述铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu 80％、Al 11％、Fe 3％、Ni 4％，所述摩擦组分为高速钢，所述可调节烧结后致密度的其他组分为石墨和氧化铝的混合物，所述工艺辅料为硬脂酸锌和脱水锭子油。
所述同步环为双锥环；
步骤一中，所述烧结温度为900℃，烧结时间为0.5h；
步骤二中，所述环氧树脂胶为单组分胶，所述加热固化的温度为200℃。
实施例3：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述合金摩擦层的原料组成及其质量百分比含量为：摩擦组分15％、可调节烧结后致密度的其他组分1.5％、工艺辅料1％，其余为铝青铜基粉，所述铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu 85％、Al 10.2％、Fe 5％、Ni 3％，所述摩擦组分为氟化钙、二硫化钼、高速钢的混合物，所述工艺辅料为硬脂酸锌和脱水锭子油。
上述汽车同步环材料的制备方法，所述同步环为双锥环，所述制备方法为：先向所述铝青铜基粉中加入摩擦组分混合均匀得到混合料，再将混合料均匀铺洒在钢基体的上、下表面后对其进行预压，然后将预压后的混合料层与钢基体共同置于真空烧结炉中烧结即得到同步环材料，其中，所述烧结温度为850℃，烧结时间为1.5h。
为检测本发明材料的各项性能，以实施例1所述材料为本发明材料，进行销-盘摩擦试验、湿式摩擦试验以及其它性能的检测。结果如下：
1、销-盘摩擦试验
试验条件：销盘试验，被测材料为销试样；
载荷：1MPa；
速度：10m/s；
润滑：试验前表面涂油，试验过程中不加油。
表1销-盘摩擦试验结果
以上结果表明，本发明材料的耐磨性显著优CSM铜合金。
2、湿式摩擦试验
试验条件：参照JBT 7268-2007湿式烧结金属摩擦材料摩擦性能试验方法。
表2湿式摩擦试验结果
3、硬度检测
本发明所述材料的硬度经检测大于170HV。
4、结合强度检测
按照“GB12948-91滑动轴承双金属结合强度破坏性试验方法”检测，本发明所述铝青铜合金层与钢基体胶结的结合强度大于20MPa。
Claims (9)
1.一种汽车同步环材料，其特征在于：
所述材料包括钢基体和合金摩擦层，所述合金摩擦层的原料组成包括铝青铜基粉、摩擦组分，所述铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu 80%～85%、Al 10%～11%、Fe 3%～5%、Ni 2%～4%，所述摩擦组分的质量百分比含量为7%～15%。
2.根据权利要求1所述的一种汽车同步环材料，其特征在于：
所述铝青铜基粉的原料组成及其质量百分比含量为：Cu 83%、Al 10%、Fe 4%、Ni 3%。
3.根据权利要求1所述的一种汽车同步环材料，其特征在于：所述摩擦组分为氟化钙、硅酸锆、石墨、氧化铝、二硫化钼、石英、高速钢中的1～4种化合物。
4.根据权利要求1﹣3中任一项所述的一种汽车同步环材料，其特征在于：所述材料还包括质量百分比含量为1.5%～8.0%的可调节烧结后致密度的其他组分、质量百分比含量在2%以下的工艺辅料。
5.根据权利要求4所述的一种汽车同步环材料，其特征在于：所述可调节烧结后致密度的其他组分为氟化钙、硅酸锆、石墨、氧化铝、二硫化钼、石英、高速钢中的1～2种化合物，所述工艺辅料为硬脂酸锌和/或脱水锭子油。
6.一种权利要求1所述的汽车同步环材料的制备方法，其特征在于：
所述同步环为单锥环或双锥环，所述制备方法依次包括以下步骤：
一、先向所述铝青铜基粉中加入摩擦组分混合均匀得到混合料，再将混合料压制成坯后置于真空烧结炉中烧结，然后加工成型以得到合金摩擦层；
二、采用环氧树脂胶将所述钢基体与步骤一得到的合金摩擦层粘接后再进行加热固化即得到同步环材料。
7.根据权利要求6所述的一种汽车同步环材料的制备方法，其特征在于：
步骤一中，所述烧结温度为840±100℃，烧结时间为1±0.5h；
步骤二中，所述环氧树脂胶为双组分胶和/或单组分胶，所述加热固化的温度小于250℃。
8.一种权利要求1所述的汽车同步环材料的制备方法，其特征在于：
所述同步环为双锥环，所述制备方法为：先向所述铝青铜基粉中加入摩擦组分混合均匀得到混合料，再将混合料均匀铺洒在钢基体的上、下表面后对其进行预压，然后将预压后的混合料层与钢基体共同置于真空烧结炉中烧结即得到同步环材料。
9.根据权利要求8所述的一种汽车同步环材料的制备方法，其特征在于：
所述烧结温度为840±100℃，烧结时间为1±0.5h。
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