CN112481540B - 一种耐高温制动摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温制动摩擦材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于制动摩擦材料研制技术领域，具体涉及一种耐高温制动摩擦材料及其制备方法。所述耐高温制动摩擦材料由原料烧结而成，其原料按质量百分比计，包括：碳化硅：30‑50％、镍粉：10～15％、铜粉：5～15％、铝合金：5～10％、石墨粉：10～15％，余者为铁粉。本发明采用铜、铁金属组元进行优化组合，获得一种具有高耐热性、对其他组元形成良好包裹镶嵌效果的金属基体；本发明采用碳化硅作为摩擦组元提供稳定的摩擦系数，其中锌铝合金的添加可以增强材料的耐热性能；本发明采用石墨作为润滑组元降低材料的磨损率，加强润滑作用，防止磨损对偶；本发明采用真空熔渗法制备该耐高温制动摩擦材料，可以有效的降低材料的孔隙率，工艺简单，成本低。

Description

一种耐高温制动摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明属于制动摩擦材料研制技术领域，具体涉及一种耐高温制动摩擦材料及其制备方法。
背景技术
制动摩擦材料的性能质量是否能满足制动器是非常关键的，所以在制动性能的安全性和稳定性上制动摩擦材料以有很关键的作用。制动器是交通车辆和工业设备最主要的安全保障装置，它利用摩擦材料的摩擦性能将动能转化为热能进行制动停车。制动器一般由钢板、黏结隔热层和摩擦块构成，其中摩擦块是由摩擦材料和黏合剂组成。制动时摩擦块被挤压在制动盘和制动鼓上产生摩擦，从而达到减速刹车的目的。因此，制动摩擦材料的性能，特别是摩擦学性能直接影响和决定着制动器的工作性能，对生产效率和人身设备安全产生重要影响。但是随着机器载荷、速度和功率日益提高，制动工况日益严峻，尤其在紧急制动时产生的高温高压下，摩擦材料容易产生摩擦突变现象，严重降低了制动器的制动性能，已经不能满足当代社会对于摩擦材料综合性能的高要求。因此，有待进一步优化耐高温摩擦材料的成分配方及其制备工艺路线。如何利用现有的技术条件和材料，不断对摩擦材料进行优化，得到性能更佳的制动摩擦材料已经成为科技和社会发展不可或缺的条件。
大型履带车辆在工作过程中，需要根据现场即时情况，做出大量的机动动作，这就要求其具有良好的制动性能。制动过程中，整车的运动动能通过摩擦材料与制动器间的摩瘵转化为其他形式的能量，其中，约90％转化为热能，表现为制动器温度的升高，有研究资料显示，其最高温度可达到700℃以上。随着温度的上升，摩擦材料的表面膜、机体表层发生复杂的物理和化学变化，从而导致摩擦系数发生明显变化。摩擦材料的摩擦系数在较低的温度区间随着温度的升高而增加，但在温度持续升高时，摩擦材料发生热衰退，摩擦系数随着温度的升高而降低。一旦出现这种情况，就可能导致制动失败，从而发生重大事故。因此，如何快速降低制动器摩擦片的温度，是保证制动器性能、消除安全隐患的关键。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的缺陷，需要提供一种耐高温制动摩擦材料，要求其耐热性能好，高强度及摩擦稳定性好；并且，还需要提供一种耐高温制动摩擦材料的制备方法，要求制得摩擦系数稳定，磨损率低、耐热性好，强度高的耐高温制动摩擦材料。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种耐高温制动摩擦材料，所述耐高温制动摩擦材料由原料烧结而成，其原料按质量百分比计，包括：碳化硅：30-50％、镍粉：10～15％、铜粉：5～15％、铝合金：5～10％、石墨粉：10～15％，余者为铁粉。
其中，所述铁粉的粒径为300目。
其中，所述碳化硅的粒径100目。
其中，所述石墨粉的粒径为200目。
其中，所述镍粉的粒径为300目。
其中，在烧结件上加入锌铝合金，可以有效的提高摩擦材料的强度及耐热性，耐蚀性及抗粘结性能。
此外，本发明还提供一种耐高温制动摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配料和混料，按照配比称取碳化硅、镍粉、铁粉和石墨原料，将各组分粉末混合均匀，促进原料中各成分的充分混合，得到混合粉末；
步骤2：压制成型，将混合料压制成压坯；
步骤3：烧结处理，常压升温至1200-1350℃开始保温，烧结保温压力控制在烧结压力为3-6MPa，保持压力状态恒温3～5h，烧结过程在通入氨分解气保护条件下进行；
步骤4：冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟40-50℃降温至80℃以下后出炉，在该条件下，可以使金属组元合金化，提高摩擦性能；
步骤5：将铜和铝合金置于烧结件上并放入真空炉，抽真空，真空度达到6.6×10-3Pa以上后，升温至1100℃开始保温2h；
步骤6：冷却处理，烧结件以每分钟30-40℃降温至80℃以下后出炉。
其中，所述步骤1的混合过程的搅拌速率为60r/min。
其中，所述步骤2的压制压力为5-10T/cm2。
其中，所述步骤5中，采用真空熔渗法制备该耐高温制动摩擦材料，可以有效的降低材料的孔隙率。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
(1)本发明采用铜、铁金属组元进行优化组合，获得一种具有高耐热性、对其他组元形成良好包裹镶嵌效果的金属基体；
(2)本发明采用碳化硅作为摩擦组元提供稳定的摩擦系数，其中锌铝合金的添加可以增强材料的耐热性能；
(3)本发明采用石墨作为润滑组元降低材料的磨损率，加强润滑作用，防止磨损对偶；
(4)本发明采用真空熔渗法制备该耐高温制动摩擦材料，可以有效的降低材料的孔隙率，工艺简单，成本低。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种耐高温制动摩擦材料，所述耐高温制动摩擦材料由原料烧结而成，其原料按质量百分比计，包括：碳化硅SiC：30-50％、镍粉Ni：10～15％、铜粉Cu：5～15％、铝合金：5～10％、石墨粉：10～15％，余者为铁粉Fe。原料配方在这样的范围内，可以使得最终的一种耐高温制动摩擦材料具有良好的耐热性以及抗摩擦能力。
其中，所述原料中，铜粉作为基体，铁粉作为强化基体的合金元素与铜基体组合优化使得基体强化，增强摩擦的稳定性；由于铁比铜熔点高且在铜中溶解度很小，可以很牢固的保持在金属基体中，因此除了增加摩擦系数外，还一定程度上可以提高材料的耐磨性；所述铁粉的粒径为300目。
其中，所述碳化硅属于铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦组元，含碳化硅的粉末冶金摩擦材料在摩擦过程中发生严重剥层磨损，脱落的磨屑促进连续的机械混合层形成，降低材料的摩擦因数，可以减弱材料磨损。因此，优选地采用碳化硅作为优化的摩擦组元；所述碳化硅的粒径100目。
其中，所述石墨粉作为润滑组元，能够提高摩擦材料的摩擦稳定性以及耐磨性，不同石墨含量的摩擦材料，随着石墨含量增加，石墨在摩擦过程中会在摩擦表面形成一层石墨膜起到润滑作用，从而减少对偶件之间的直接接触，有效降低摩擦副之间的擦伤、粘接以及咬合，使摩擦副工作平稳。所述石墨粉的粒径为200目。
其中，所述镍粉可有效提高摩擦材料的强度和硬度；随镍含量的增加，材料磨损率减小，摩擦系数稳定性增加；当镍含量大于6％时，在高速摩擦时，镍可在材料表面形成致密而均匀的氧化镍层，氧化镍与基体结合强度较高，可以提高摩擦稳定性；而且镍在基体中不但起到了固溶强化的作用，而且还可以在烧结过程中有效抑制晶粒的生长，起到细化晶粒的作用。所述镍粉的粒径为300目。
其中，在烧结件上加入锌铝合金，可以有效的提高摩擦材料的强度及耐热性，耐蚀性及抗粘结性能。
在原料的上述各成分的粒径范围内，各成分配合效果好，有效优化最终烧结后的耐高温制动摩擦材料的性能。
此外，本发明还提供一种耐高温制动摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配料和混料，按照配比称取碳化硅、镍粉、铁粉和石墨原料，将各组分粉末混合均匀，促进原料中各成分的充分混合，得到混合粉末；
步骤2：压制成型，将混合料压制成压坯；
步骤3：烧结处理，常压升温至1200-1350℃开始保温，烧结保温压力控制在烧结压力为3-6MPa，保持压力状态恒温3～5h，烧结过程在通入氨分解气保护条件下进行；
步骤4：冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟40-50℃降温至80℃以下后出炉，在该条件下，可以使金属组元合金化，提高摩擦性能；
步骤5：将铜和铝合金置于烧结件上并放入真空炉，抽真空，真空度达到6.6×10-3Pa以上后，升温至1100℃开始保温2h；
步骤6：冷却处理，烧结件以每分钟30-40℃降温至80℃以下后出炉。
其中，所述步骤1的混合过程的搅拌速率为60r/min。
其中，所述步骤2的压制压力为5-10T/cm2。
其中，所述步骤5中，采用真空熔渗法制备该耐高温制动摩擦材料，可以有效的降低材料的孔隙率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种耐高温制动摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：配料和混料，按照配比称取碳化硅、镍粉、铁粉和石墨原料，将各组分粉末混合均匀，促进原料中各成分的充分混合，得到混合粉末；所述原料按质量百分比计，包括：碳化硅：30-50％、镍粉：10～15％、铜粉：5～15％、铝合金：5～10％、石墨粉：10～15％，余者为铁粉；
步骤2：压制成型，将混合料压制成压坯；
步骤3：烧结处理，常压升温至1200-1350℃开始保温，烧结保温压力控制在烧结压力为3-6MPa，保持压力状态恒温3～5h，烧结过程在通入氨分解气保护条件下进行；
步骤4：冷却处理，烧结件在氨分解气中以每分钟40-50℃降温至80℃以下后出炉，在该条件下，可以使金属组元合金化，提高摩擦性能；
步骤5：将铜和铝合金置于烧结件上并放入真空炉，抽真空，真空度达到6.6×10-3Pa以上后，升温至1100℃开始保温2h；
步骤6：冷却处理，烧结件以每分钟30-40℃降温至80℃以下后出炉。
2.如权利要求1所述的耐高温制动摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1的混合过程的搅拌速率为60r/min。
3.如权利要求1所述的耐高温制动摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2的压制压力为5-10T/cm2。
4.如权利要求1所述的耐高温制动摩擦材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，采用真空熔渗法制备该耐高温制动摩擦材料，可以有效的降低材料的孔隙率。
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