CN110144488A - 一种粉末冶金材料及其应用的摩擦体与摩擦盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摩擦器件领域，具体涉及一种粉末冶金材料及其应用的摩擦体、摩擦盘。一种粉末冶金材料在摩擦盘中的应用，本发明通过将粉末冶金材料应用在摩擦盘中，由于粉末冶金材料与有机树脂材料相比，具有更好的耐温性，故从而使得摩擦盘的耐温性能够得到提升，从而可以在一定程度上延长摩擦盘的使用寿命。

Description

一种粉末冶金材料及其应用的摩擦体与摩擦盘

技术领域

本发明涉及摩擦器件领域，具体涉及一种粉末冶金材料及其应用的摩擦体与摩擦盘。

背景技术

风力发电属于新能源技术领域，随着能源危机出现，风电越来越受到人们的青睐。联轴器是风力发电机组中的重要部件，联轴器安装在增速器轴与发电机主轴之间，用以传递机械扭矩从而带动发电机旋转发电。

摩擦盘是联轴器中的一个重要部件，摩擦盘用来吸收发电机主轴因外系因素(风速变化等)波动而产生的额外能量，摩擦盘在不间断的传递机械扭矩的同时还具有限制扭矩的作用，当机组发生短路或过载时，摩擦盘与对偶盘会自动分离，从而防止机械传动部件的损坏。

现有的摩擦盘基本都是采用有机树脂材料一体成型制成，从而导致摩擦盘的耐温性较差，使得摩擦盘的使用寿命较短。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的摩擦盘耐温性较差而使得摩擦盘使用寿命较短的缺陷，从而提供一种联轴器用摩擦盘。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种粉末冶金材料在摩擦盘中的应用。

一种粉末冶金材料作为制备摩擦体的原料在摩擦盘中的应用。

进一步的，以所述粉末冶金材料的总质量计，所述粉末冶金材料包括以下百分含量的原料：

电解铜粉 45wt％-65wt％

还原铁粉 15wt％-30wt％

硅酸锆 2wt％-4wt％

锌 3wt％-8wt％

天然石墨 8wt％-15wt％

二硫化钼 2wt％-4wt％。

本发明还提供了一种摩擦体，所述摩擦体由上述方案中的粉末冶金材料压制成坯块后烧结而成。

进一步的，所述烧结工序为将所述坯块按如下升温程序升温至900±10℃，并保温180±10min进行烧结：室温-450℃，用时90min；450-750℃，用时60min；750-900℃，用时60min。

进一步的，在所述保温阶段设置有对坯块进行机械加压的步骤，压力为2.2MPa。

进一步的，烧结完成后，设置有对摩擦总成喷淋冷水以使其冷却至100℃以下后出炉的步骤。

进一步的，所述压制工序的压力为300-400MPa。

本发明还提供一种摩擦盘，包括：

安装件，其适于与联轴器的主轴装配，其由金属材料制成；以及，

摩擦总成，其包括金属底垫以及如上述所有方案中任一项所述的摩擦体，所述金属底垫通过机械连接件与所述安装件相装配，所述摩擦体与所述金属第垫烧结成型，所述摩擦体位于所述金属底垫的与所述安装件相背的一侧，所述摩擦体用于起摩擦作用。

进一步的，所述安装件由40Cr或45#钢制成。

进一步的，所述安装件表面设置有油漆防腐层。

进一步的，所述机械连接件为铆钉或螺钉。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明通过将粉末冶金材料应用在摩擦盘中，由于粉末冶金材料与有机树脂材料相比，具有更好的耐温性，故从而使得摩擦盘的耐温性能够得到提升，从而可以在一定程度上延长摩擦盘的使用寿命。

2.本发明通过将粉末冶金材料作为制备摩擦体的原料应用在摩擦盘中，可以避免直接将粉末冶金材料烧结制成摩擦盘，孔隙较多而导致摩擦盘机械性能不好的情况发生。

3.本发明提供的粉末冶金材料，电解铜粉及还原铁粉作为粉末冶金材料的基体，具有能保证摩擦体强度的同时还能兼顾摩擦性能的要求，硅酸锆强度高、耐磨性好，硅酸锆作为摩擦组元，能够保证材料的摩擦系数和使用寿命，锌粉能在烧结之后与铜形成铜锌合金，可以降低单质铜的熔点和密度，从而提高摩擦体的耐腐蚀性，进而延长摩擦盘的使用寿命，天然石墨与二硫化目作为润滑剂，能在保证摩擦体具有适宜的摩擦系数的前提下，既能保护好对偶盘不受损伤，又能使摩擦盘本身具有适宜的摩耗量，通过将电解铜粉、还原铁粉、硅酸锆、锌、天然石墨以及二硫化钼以适宜的配伍组成粉末冶金材料，能够使得用该粉末冶金材料制成的摩擦体具有较好的摩擦性能、耐腐蚀性，从而可以延长摩擦盘的使用寿命。

4.本发明提供的摩擦体，通过设置特定的升温程序将粉末冶金材料烧结制成摩擦体，在该升温程序下，铜在铁中的溶解度最佳，从而使得得到的摩擦总成中铜铁合金化程度能够增强，同时可以降低铁的烧结温度，对摩擦体中孔隙的减少起到了重要作用，从而可以有效的提高摩擦体的产品性能和使用寿命。

5.本发明提供的摩擦盘，通过将摩擦盘设置为包括安装件以及摩擦总成，其中摩擦总成又包括金属底垫以及摩擦体，安装件主要用于实现摩擦盘与联轴器主轴的装配，同时还用于支撑摩擦总成，金属底垫用于支撑摩擦体，摩擦体主要用于起摩擦作用，其中安装件、金属底垫均由金属材料制成，由于摩擦体、安装件以及金属底垫与有机树脂材料相比，均具有更高的耐温性，从而使得由三者组装而成的摩擦盘也能够具有更好的耐温性，同时，由于安装件与金属底垫均具有支撑作用，故可以使得摩擦盘的机械性能也能得到保证，从而可以在一定程度上延长摩擦盘的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中的摩擦盘的结构示意图；

图2是本发明实施例1中的摩擦盘的爆炸视图；

图3是本发明实施例1中的摩擦体的排列示意图。

附图标记：

1、安装件；2、摩擦总成；21、金属底垫；22、摩擦体；3、机械连接件。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

结合图1与图2，本实施例涉及一种摩擦盘，包括安装件1、摩擦总成2以及机械连接件3，其中，安装件1适于与联轴器的主轴装配，安装件1主要用于起到安装和支撑整个摩擦盘的作用，摩擦总成2与安装件1相装配，摩擦总成2用于起摩擦作用，机械连接件3用于将摩擦总成2与安装件1相装配。

具体的，安装件1呈圆盘形，且安装件1上开设有与联轴器的主轴相适配的安装孔，安装件1由金属材料制成，在本实施例中，安装件1采用40Cr制成，在其他实施例中，安装件1也可采用45#钢制成。

摩擦总成2包括金属底垫21以及摩擦体22，金属底垫21通过机械连接件3与安装件1相装配，金属底垫21主要用于支撑摩擦体22以及用于与安装件1进行安装，摩擦体22烧结在金属底垫21上，且摩擦体22位于金属底垫21上的与安装件1相背的一侧，摩擦体22用于起摩擦作用。

为使得金属底垫21与摩擦体22能够装配得更加稳定，在本实施例中，在安装件1的周向上开设有供金属底垫21放置的环形安装槽，金属底垫21相应地设置为呈圆环形，且环形安装槽的规格与所述金属底垫21一致，机械连接件3的安装方向与安装件1的径向方向垂直，这样设置，首先通过安装槽与金属底垫21的配合可以使得金属底垫21与安装件1在安装件1的径向方向上的相对位置能够固定，再通过机械连接件3将金属底垫21与安装件1进行锁定，可以使得金属底垫21与安装件1在与安装件1的径向方向垂直的方向上的相对位置能够固定，即可以使得从两个方向上实现金属底垫21与安装件1相对位置的固定，从而使得安装件1与金属底垫21能够稳定装配。

在本实施例中，金属底垫21由Q235B钢背制成；摩擦体22由粉末冶金材料制成，摩擦体22可以通过市购或按照以下方法制备得到：

为使得摩擦体22具有较好的强度以及摩擦性能，在本实施例中所使用的粉末冶金材料，按粉末冶金材料的总质量计，包括以下原料：电解铜粉45wt％-65wt％、还原铁粉15wt％-30wt％、硅酸锆2wt％-4wt％、锌3wt％-8wt％、天然石墨8wt％-15wt％、二硫化钼2wt％-4wt％。

其中，电解铜粉及还原铁粉作为粉末冶金材料的基体，具有能保证摩擦体22强度的同时还能兼顾摩擦性能的要求，硅酸锆强度高、耐磨性好，硅酸锆作为摩擦组元，能够保证材料的摩擦系数和使用寿命，锌粉能在烧结之后与铜形成铜锌合金，可以降低单质铜的熔点和密度，从而提高摩擦体22的耐腐蚀性，进而延长摩擦盘的使用寿命，天然石墨与二硫化目作为润滑剂，能在保证摩擦体22具有适宜的摩擦系数的前提下，既能保护好对偶盘不受损伤，又能使摩擦盘本身具有适宜的摩耗量，通过将电解铜粉、还原铁粉、硅酸锆、锌、天然石墨以及二硫化钼以适宜的配伍组成粉末冶金材料，能够使得用该粉末冶金材料制成的摩擦体22具有较好的摩擦性能、耐腐蚀性，从而可以延长摩擦盘的使用寿命。

通过将将粉末冶金材料按照如下制备方法即可制备得到摩擦体22：

S1、将原材料按照比例称量后，装入V型混料机中混合6-8小时，直至各材料成分搅拌均匀；

S2、将混合好的原材料装入至模具中，在300-400Mpa的压力下将粉末冶金材料进行压制，最终成型为坯块；

S3、将压制好的坯块放置于钟罩式加压烧结炉中按以下升温曲线升温至900±10℃，然后保温180±10min以将坯块进行烧结，升温曲线为：室温-450℃，用时90min；450-750℃，用时60min；750-900℃，用时60min。

其中，S1中的混料时间以及S2步骤中的成型压力可以由厂家根据实际情况进行调整，由于摩擦体需要烧结在金属底垫上，故在S2步骤中进行压制时，可将粉末冶金材料直接放置在金属底垫上进行压制成型形成摩擦总成坯块，然后再对摩擦总成坯块进行烧结，得到摩擦体总成，S3的烧结过程中采用氢气作为保护气氛，通过设置特定的升温程序，在该升温程序下，铜在铁中的溶解度最佳，从而使得得到的摩擦总成2中铜铁合金化程度增强，同时可以降低铁的烧结温度，对摩擦体22中孔隙的减少起到了重要作用，从而可以有效的提高摩擦总成2的产品性能和使用寿命。

为进一步减少摩擦体22中的孔隙，在保温阶段设置有对坯块进行机械加压的步骤，压力为2.2MPa，为加快摩擦总成2的生产，在烧结完成后，设置有通过对摩擦总成2喷淋冷水以使其冷却至100℃以下后出炉的步骤。

由于摩擦体22是由粉末冶金材料烧结而成的，由于烧结之后的摩擦体22内会存在孔隙使得摩擦体22的机械性能较差，故为防止在用机械连接件3将金属底垫21与安装件1进行装配时，其张力对摩擦体22造成损坏，在本实施例中，将摩擦体22设置为10个，且为方便摩擦体22与金属底垫21进行配合，摩擦体22设置为圆弧形，10个摩擦体22配合形成与金属底垫21规格一致的圆环，摩擦体22沿金属底垫21的周向间隔设置，相邻摩擦体22之间的间隔即可作为机械连接件3的避位孔。在其他实施例中，摩擦体22的个数也可以由厂家进行相应的调整，只需保证摩擦体22的个数为至少两个即可，当然，在其他实施例中，摩擦体22也可以设置为一整个圆环形，只需在摩擦体22制备过程中，在摩擦体22上相应的预留出避位孔即可，只是加工难度会相应的有所增加。

为尽可能减小避位孔所占用的面积以保证摩擦体22与外接部件之间的接触面积，在本实施例中，在摩擦体22上开设有凹槽，相邻两摩擦体22上的相邻两凹槽配合形成机械连接件3的避位孔。

在本实施例中，机械连接件3设置为铆钉，在其他实施例中，机械连接件33也可以设置为螺钉。

为延长摩擦盘的使用寿命，在安装件1的表面还设置有油漆防腐层，该油漆防腐层由电泳法制成。同时为加快对摩擦盘在传递扭矩时所产生的热量的发散，在本实施例中，在安装件1上开设有第一散热孔，在金属底垫21上开设有第二散热孔。

本实施例的使用原理大致如下所述：

通过将摩擦盘设置为包括安装件1以及摩擦总成2，其中摩擦总成2又包括金属底垫21以及摩擦体22，安装件1主要用于实现摩擦盘与联轴器主轴的装配，同时还用于支撑摩擦总成2，金属底垫21用于支撑摩擦体22，摩擦体22主要用于起摩擦作用，其中安装件1、金属底垫21均由金属材料制成，在制备过程中，首次将粉末冶金材料烧结制成摩擦体22，并将摩擦体22与金属底垫21配合烧结形成摩擦总成2，再利用机械连接件3将摩擦总成2与安装件1进行锁定，最后将摩擦盘与联轴器的主轴进行装配，即可使得摩擦盘进行工作，由于摩擦体22、安装件1以及金属底垫21与有机树脂材料相比，均具有更高的耐温性，从而使得由三者组装而成的摩擦盘也能够具有更好的耐温性，同时，由于安装件1与金属底垫21均具有支撑作用，故可以使得摩擦盘的机械性能也能得到保证，从而可以在一定程度上延长摩擦盘的使用寿命。

实施例2-8

实施例2-8涉及一种摩擦盘，摩擦盘包括：由40Cr材料制成的安装件，以及摩擦总成，摩擦总成包括由Q235B钢背制成的金属底垫以及由粉末冶金材料烧结而成的摩擦体，其中，金属底垫与安装件通过铆钉固定连接，摩擦总成按照以下方法制备而成：

S1、将用于制备摩擦体的粉末冶金材料按照比例称量后，装入V型混料机中混合8小时，直至各材料成分搅拌均匀，各实施例中粉末冶金材料的用量见表1；

S2、将混合好的原材料装入至模具中，在400MPa的压力下将粉末冶金材料在金属底垫上进行压制，最终成型为摩擦总成坯块；

S3、将压制好的摩擦总成坯块放置于钟罩式加压烧结炉中按以下升温曲线升温至900℃，然后保温180min以将坯块进行烧结，升温曲线为：室温-450℃，用时90min；450-750℃，用时60min；750-900℃，用时60min，烧结过程采用氢气作为保护气氛，保温阶段对坯块进行机械加压，压力为2.2MPa。

S4、对烧结完成的坯块喷淋冷水，冷却至100℃以后出炉。

表1.各实施例中原材料的用量

实施例9

实施例9涉及一种摩擦盘，实施例9与实施例2的区别之处在于，摩擦总成按照以下方法制备而成：

S1、将原材料按照比例称量后，装入V型混料机中混合6小时，直至各材料成分搅拌均匀，各实施例中原材料的用量见表1；

S2、将混合好的原材料装入至模具中，在300MPa的压力下将粉末冶金材料在金属底垫上进行压制，最终成型为摩擦总成坯块；

S3、将压制好的摩擦总成坯块放置于钟罩式加压烧结炉中，按5℃/min的升温速率由室温升温至900℃，然后保温180min以将坯块进行烧结。烧结过程采用氢气作为保护气氛，保温阶段对坯块进行机械加压，压力为2.2MPa。

S4、对烧结完成的坯块喷淋冷水，冷却至100℃以后出炉。

对比例1

本实施例涉及一种摩擦盘，该摩擦盘由酚醛树脂为基体，加入增强纤维和摩擦组元，经过加温加压一体成型制成，其中按摩擦盘总质量的百分数计，酚醛树脂占40wt％，增加纤维占40wt％，摩擦组元占20wt％，增强纤维为陶瓷矿物纤维，摩擦组元为铬铁。

实验例

将实施例2-9以及对比例1提供的摩擦盘的摩擦磨损性能进行检测，每组取10个样本分别检测，取10次检测的平均值，检测结果见表2。

摩擦盘摩擦性能试验条件：

1、试验设备:MM3000型摩擦磨损试验台；

2、摩擦盘规格:

3、摩擦对偶环材料与要求:45#钢,硬度HRC25-35；

4、动摩擦试验条件:转速5000r/min；

5、压力:0.6MPa；

6、惯量:0.6kg.㎡；

7、静摩擦试验条件：压力0.6MPa；

8、试验程序：

a)将各摩擦盘进行磨合试验，摩擦盘与对偶环接触面积≥95％；

b)摩擦盘及对偶环称重及摩擦面拍照；

c)对各摩擦盘进行动摩擦性能试验；

d)试环及对偶环称重及摩擦面拍照，计算磨耗量。

表2.各实施例及对比例的摩擦盘的摩擦性能测试结果

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种粉末冶金材料在摩擦盘中的应用。

2.一种粉末冶金材料作为制备摩擦体的原料在摩擦盘中的应用。

3.根据权利要求1或2任一项所述的应用，其特征在于，以所述粉末冶金材料的总质量计，所述粉末冶金材料包括以下百分含量的原料：

电解铜粉 45wt％-65wt％

还原铁粉 15wt％-30wt％

硅酸锆 2wt％-4wt％

锌 3wt％-8wt％

天然石墨 8wt％-15wt％

二硫化钼 2wt％-4wt％。

4.一种摩擦体，其特征在于，所述摩擦体由权利要求3所述的粉末冶金材料压制成坯块后烧结而成。

5.根据权利要求4所述的摩擦体，其特征在于，所述烧结工序为将所述坯块按如下升温程序升温至900±10℃，并保温180±10min进行烧结：室温-450℃，用时90min；450-750℃，用时60min；750-900℃，用时60min。

6.根据权利要求5中所述的摩擦体，其特征在于，在所述保温阶段设置有对坯块进行机械加压的步骤，压力为2.2MPa。

7.根据权利要求4-5中任一项所述的摩擦体，其特征在于，烧结完成后，设置有对摩擦总成喷淋冷水以使其冷却至100℃以下后出炉的步骤。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的摩擦体，其特征在于，所述压制工序的压力为300-400MPa。

9.一种摩擦盘，其特征在于，包括：

安装件(1)，其适于与联轴器的主轴装配，其由金属材料制成；以及，

摩擦总成(2)，其包括金属底垫(21)以及如权利要求4-8中任一项所述的摩擦体(22)，所述金属底垫(21)通过机械连接件(3)与所述安装件(1)相装配，所述摩擦体(22)与所述金属第垫烧结成型，所述摩擦体(22)位于所述金属底垫(21)的与所述安装件(1)相背的一侧，所述摩擦体(22)用于起摩擦作用。

10.根据权利要求9所述的摩擦盘，其特征在于，所述安装件(1)由40Cr或45#钢制成。

11.根据权利要求9或10中任一项所述的摩擦盘，其特征在于，所述安装件(1)表面设置有油漆防腐层。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的摩擦盘，其特征在于，所述机械连接件(3)为铆钉或螺钉。