CN108506388B - 一种低噪音高金属军车用摩擦片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于车用摩擦片技术领域，具体涉及一种低噪音高金属军车用摩擦片及其制备方法，所述低噪音高金属军车用摩擦片的原料包括按重量百分比计算的如下组分：含碳纳米管的Ni3Al粉末5～20％，海绵铁粉5～15％，金属纤维7～30％，非金属纤维7～21％，人造石墨5～15％，树脂5～8％，橡胶2～5％，碳酸钙余量。按设计的各组分配比称量及混合，经过热压成型，固化处理，机加工，得到噪音高金属军车用摩擦片。本发明在保证高金属摩擦片的密度没有大幅度降低的前提下，大幅度降低其制动噪音发生率，使其在特殊军用车辆上使用时，同时本发明保护的高金属含量摩擦片具有优异的耐候性和耐腐蚀性，解决现用军车摩擦片使用的技术瓶颈。
Description
技术领域
本发明属于车用摩擦片技术领域，具体涉及一种低噪音高金属军车用摩擦片及其制备方法。
背景技术
军车具有车身自重大，载重大，使用于严寒酷暑各种气候条件，使用于沙地、沼泽、雨林等各种恶劣自然环境下，其对制动材料的要求远远高于普通车辆。要求用于制动的摩擦材料具有高的摩擦系数，从而在恶劣环境下快速高效刹车。以目前的摩擦片研发及制备技术，要获得高而稳定的摩擦系数，需要采用高强度的金属成分，如钢或铜的纤维和粉末，在保证结构强度和增摩效果的同时，也保证了材料在动能转化为热能的高温耗散过程中的热传导性。而金属含量过高的摩擦片具有很多缺点，如在潮湿环境里锈蚀，导致制动器抱死，不能正常工作；在盐碱性环境里锈蚀严重，不能使用；摩擦片过于致密，密度过大，容易在低温环境下产生制动啸叫，影响军用车辆使用安全性。
现有技术中，虽然已有的方法中有用石灰或锌粉防锈，但是其只对城市路况使用的家庭轿车刹车片有防锈改善效果，对于常处于野外作业或特殊工况的军用车辆作用微弱。同时对于摩擦片使用过程中的制动噪音的问题，现有技术中，如专利CN101158383A中公开了一种刹车片摩擦材料，其中提到为了降低制动时产生的噪音，选用质地疏松的吸引材料，如蛭石、轮胎粉等。但是上述材料的添加降低了摩擦片金属含量，摩擦片的性能降低，不能满足军用车辆的使用。
综上所述，亟需提供一种制动噪音发生率低、耐腐蚀性好、适应高低温使用工况、具备摩擦系数稳定性好和紧急制动迅速安全的特点的军车用摩擦片及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种制动噪音发生率低、耐腐蚀性好、适应高低温使用工况、具备摩擦系数稳定性好和紧急制动迅速安全的特点的军车用摩擦片及其制备方
上述目的是通过如下技术方案实现：一种低噪音高金属军车用摩擦片，其原料包括按重量百分比计算的如下组分：含碳纳米管的Ni3Al粉末5～20％，海绵铁粉5～15％，金属纤维7～30％，非金属纤维7～21％，人造石墨5～15％，树脂5～8％，橡胶2～5％,碳酸钙余量。
上文所述的树脂优选为酚醛树脂，本发明采用上述组分配比制备的刹车材料是一种树脂基复合材料，树脂为连续相，金属材料包括含碳纳米管Ni3Al粉末、海绵铁粉、金属纤维，都是主要增强相。其中海绵铁粉、钢纤维和铜纤维在潮湿环境和酸碱环境等特殊气候及地理条件下均会生锈腐蚀，严重的情况会发生制动失效。含碳纳米管Ni3Al粉末的加入，Ni3Al中的镍具有良好的防锈作用，铝不生锈，因此这种金属是本身不生锈且防锈的，同时碳纳米管具有优异的强度和韧性，可改变摩擦块整体的振动频率。且管状结构可以提供吸附消除噪音的渠道，再次由于Ni3Al本身具有自润滑特性，所以制备的摩擦材料摩擦系数基本保持在中等而稳定，磨损较小。
本发明在保证高金属摩擦片的密度没有大幅度降低的前提下，大幅度降低其制动噪音发生率，使其在特殊军用车辆上使用时，同时本发明保护的高金属含量摩擦片具有优异的耐候性和耐腐蚀性，解决现用军车摩擦片使用的技术瓶颈。
作为优选，进一步的技术方案是：所述含碳纳米管的Ni3Al粉末中，碳纳米管含量占二者混合物重量分数的4～8％。实验表明，在此范围内，可充分发挥碳纳米管与Ni3Al粉末的协同作用，优选为5％。
作为优选，进一步的技术方案是：所述含碳纳米管的Ni3Al粉末的制备方法为：催化温度下，甲醇蒸汽在氮气的运载下通入多孔Ni3Al合金中得到的混合物粉末。甲醇在Ni3Al合金孔隙里面及表面进行催化、分解，得到碳纳米管粉末与Ni3Al合金粉末的混合物，二者的比例可根据控制催化反应时间控制，如此，碳纳米管生长在Ni3Al粉末中间，二者混合均匀，有效改变摩擦块整体的振动频率，且碳纳米管的管状本征结构以及Ni3Al的多孔结果可以提供吸附消除噪音的渠道，而且这种复合粉末的密度远小于海绵铁粉、钢纤维、铜纤维等，且其目数较小，粒度较细，比表面积大，均匀分布在所有材料中间，有利于其充分发挥上述功能。
具体的制备过程为，在管式炉中，450℃～650℃的催化温度下，以1L/min的速度将甲醇蒸汽加入以2～8L/min速率运行的载体气体N2气中，穿过多孔Ni3Al合金催化剂的孔隙，甲醇在催化剂孔隙里面及表面进行催化、分解，得到含碳纳米管的Ni3Al粉末。
作为优选，进一步的技术方案是：所述多孔Ni3Al合金的孔隙率为40％～90％，孔径为80～100um。
作为优选，进一步的技术方案是：所述金属纤维包括钢纤维和铜纤维，所述低噪音高金属军车用摩擦片的原料中钢纤维和铜纤维的质量百分含量分别为5～20％和2～10％。
作为优选，进一步的技术方案是：所述非金属纤维包括矿物纤维和纤维素纤维，所述低噪音高金属军车用摩擦片的原料中矿物纤维和纤维素纤维的质量百分含量分别为5～15％和2～6％。实验验证，此比例本发明效果较佳。
作为优选，进一步的技术方案是：所述低噪音高金属军车用摩擦片的原料包括按重量百分比计算的如下组分：含碳纳米管的Ni3Al粉末15％，海绵铁粉15％，钢纤维10％，铜纤维8％，矿物纤维10％，人造石墨10％，纤维素纤维4％，树脂7％，橡胶3％,碳酸钙18％。经试验验证，此配方下本发明性能佳，具体见实施例说明。
本发明还提供一种上述任一所述的低噪音高金属军车用摩擦片的制备方法，包括如下步骤：
(1)含碳纳米管的Ni3Al粉末的制备；
(2)混料：先将非金属纤维及人造石墨进行预混合，保证其处于均匀分散状态，然后依次加入金属纤维、树脂、橡胶、碳酸钙，高速搅拌预定时间，最后加入含碳纳米管的Ni3Al粉末和海绵铁粉，再次高速搅拌预定时间；
(3)热压；
(4)热固化：将经步骤(3)处理后的摩擦片在预定时间内从室温升温到热固化温度，保温预定时间，然后随加热容器冷却至室温；
(5)后处理：至少包括表面机械加工、喷涂和检验的处理工序。
本发明生产工艺简单、环保。
作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤(3)中压制参数为：压制压力400～600kgf/cm2，热压温度150～160℃，排气5～8次，保压时间为55～65s/mm。
作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤(4)中：将热压处理后的摩擦片在4小时从室温升温到200℃，保温4～8小时。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1和图2分别为本发明实施例4所制备的低噪音高金属军车用摩擦片摩擦测试试验前和摩擦测试试验后的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下，其中，实施例1～7中低噪音高金属军车用摩擦片的原料组成见表1：
表1实施例1～7中低噪音高金属军车用摩擦片的原料组成
本发明实施例1～7提供的低噪音高金属汽车摩擦片制备工艺为：
(1)含碳纳米管的Ni3Al粉末的制备：在管式炉中，450℃～650℃的催化温度下，以1L/min的速度将甲醇蒸汽加入以2～8L/min速率运行的载体气体N2气中，穿过多孔Ni3Al合金催化剂的孔隙，甲醇在催化剂孔隙里面及表面进行催化、分解，得到黑色末与催化剂粉末的混合物。调整催化时间，实施例1～5制得的混合物中，碳纳米管含量占混合物的重量为5％，实施例6和实施例7制得的混合物中，碳纳米管含量占混合物的重量分别为4％和8％。
(2)混料：称量各物料，分段混料：将称量好的各物料投入高速混料机中的次序为：先将非金属纤维及人造石墨进行预混合3分钟，保证其处于均匀分散状态，然后依次加入钢纤维、铜纤维、树脂、橡胶、碳酸钙，进行高速搅拌2分钟，最后加入含碳纳米管Ni3Al粉末和海绵铁粉，高速搅拌2分钟；
(3)热压：压制压力500kgf/cm2，热压温度155℃，排气6次，每次6S，保压时间120S；
(4)热成型：将成型后的摩擦片在4小时从室温升温到200℃，保温6小时，然后随炉冷却至室温；
(5)后处理：将热处理后的摩擦片按技术要求进行表面机械加工，包括平磨、开槽、倒角，然后进行喷涂、印标、检验、包装。
按照摩擦片测试国际标准SAE J2522效能试验标准和SAE J2521噪音试验标准进行测试，结果见表2.
表2实施例1～7的测试结果
经试验验证，热压步骤中压制压力在400～600kgf/cm2，热压温度再150～160℃，排气5～8次，保压时间在55～65s/mm，以及热成型中保温时间4～8小时制备的本产品均符合相关技术指标。
从表2结果可知，实施例中高金属摩擦片的名义摩擦系数(μnom)随着含碳纳米管Ni3Al粉含量的增加而较为稳定的增加，在粉末含量为15％时，基本不再增加，含量继续增加，摩擦系数会降低，这可能是由于Ni3Al的自润滑作用；磨损量随着Ni3Al粉含量的增加而减小，但在粉末含量高于15％后，磨损量不再减小。按照汽车厂要求，摩擦系数和磨损率的表现评价非常好。而噪音发生率也随着含碳纳米管Ni3Al粉的增加而大幅度减小，在粉末含量15％时，噪音发生率只有5％。同时，参照汽车行业4.1.11-a，在盐雾试验箱进行150小时的盐雾腐蚀试验，摩擦片表面及侧面未见锈迹，情况优于普通的含高钢纤维/铜纤维的高金属摩擦片。
同时，由图1和图2可知，摩擦实验前的材料内纤维较少，粉末料和基体结合紧密，摩擦前表面较为细腻，摩擦测试实验后未形成连续光滑表面，表面可以看到颗粒细小的摩擦颗粒，主要磨损机理是磨粒磨损,摩擦界面处于不断更新的状态，摩擦面孔隙多，吸收了部分噪音，同时由于碳纳米管的润滑性，摩擦表面达到增摩减磨的平衡态，摩擦试验后摩擦片磨损较小。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种低噪音高金属军车用摩擦片，其特征在于，其原料包括按重量百分比计算的如下组分：含碳纳米管的Ni3Al粉末5～20％，海绵铁粉5～15％，金属纤维7～30％，非金属纤维7～21％，人造石墨5～15％，树脂5～8％，橡胶2～5％,碳酸钙余量；所述含碳纳米管的Ni3Al粉末的制备方法为：催化温度下，甲醇蒸汽在氮气的运载下通入多孔Ni3Al合金中得到的混合物粉末。
2.根据权利要求1所述的低噪音高金属军车用摩擦片，其特征在于，所述含碳纳米管的Ni3Al粉末中，碳纳米管含量占二者混合物重量分数的4～8％。
3.根据权利要求1所述的低噪音高金属军车用摩擦片，其特征在于，所述多孔Ni3Al合金的孔隙率为40％～90％，孔径为80～100um。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的低噪音高金属军车用摩擦片，其特征在于，所述金属纤维包括钢纤维和铜纤维，所述低噪音高金属军车用摩擦片的原料中钢纤维和铜纤维的质量百分含量分别为5～20％和2～10％。
5.根据权利要求4所述的低噪音高金属军车用摩擦片，其特征在于，所述非金属纤维包括矿物纤维和纤维素纤维，所述低噪音高金属军车用摩擦片的原料中矿物纤维和纤维素纤维的质量百分含量分别为5～15％和2～6％。
6.根据权利要求5所述的低噪音高金属军车用摩擦片，其特征在于，其原料包括按重量百分比计算的如下组分：含碳纳米管的Ni3Al粉末15％，海绵铁粉15％，钢纤维10％，铜纤维8％，矿物纤维10％，人造石墨10％，纤维素纤维4％，树脂7％，橡胶3％,碳酸钙18％。
7.权利要求1～6任意一项所述的低噪音高金属军车用摩擦片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)含碳纳米管的Ni3Al粉末的制备；
(2)混料：先将非金属纤维及人造石墨进行预混合，保证其处于均匀分散状态，然后依次加入金属纤维、树脂、橡胶、碳酸钙，高速搅拌预定时间，最后加入含碳纳米管的Ni3Al粉末和海绵铁粉，再次高速搅拌预定时间；
(3)热压；
(4)热固化：将经步骤(3)处理后的摩擦片在预定时间内从室温升温到热固化温度，保温预定时间，然后随加热容器冷却至室温；
(5)后处理：至少包括表面机械加工、喷涂和检验的处理工序。
8.根据权利要求7所述的低噪音高金属军车用摩擦片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中压制参数为：压制压力400～600kgf/cm2，热压温度150～160℃，排气5～8次，保压时间为55～65s/mm。
9.根据权利要求8所述的低噪音高金属军车用摩擦片的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中：将热压处理后的摩擦片在4小时从室温升温到200℃，保温4～8小时。
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