CN112570707A - 一种铁基-铁氧体材料及其制备方法与用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铁基‑铁氧体材料及其制备方法,由铁粉和铁氧体组成;并提供了上述铁基‑铁氧体材料在制备粉末冶金摩擦材料和制备汽车刹车片中的用途,同时提供了制备上述铁基‑铁氧体材料刹车片的方法。本发明提供的铁基‑铁氧体材料打破了铁氧体材料通常用于制备磁性材料的常规,创造性的将其与铁粉复合,制备出粉末冶金摩擦材料和汽车刹车片,不但降低了有机物对环境的危害,同时降低了空气中粉尘含量。
Description
技术领域
本发明属于材料领域,具体涉及一种铁基-铁氧体材料及其制备方法与用途。
背景技术
现有汽车刹车片的摩擦材料,均为类似“酚醛树脂”类的热固性高分子材料,热粘结各种“硅化物、碳化物、氮化物、氧化物”等组合的陶瓷颗粒混合而成。虽然这类刹车片在汽车制动方面已经完全满足了使用性能要求,但是刹车制动过程可能因热氧化降解而释放苯酚、甲醛及其衍生物,在人类生存的环境中排放有毒物质。更为严重的是现在刹车片中的陶瓷物质会被磨损至成为PM 2.5的微尘排放至空气中,这些微尘与石棉一样,对人的身体健康产生极大的危害。因为这些微尘进入身体后,人体中的“微酸”、“微碱”物质,都不能改变它们性质和形态,它们会沉积在人的肺胞、血管、心脏等器官内结斑成块,使人的脏器官发生病变。这应是近期肺、气管、心脑血管疾病产生的主要原因。
同时,研发组对刹车片的摩擦材料进行替换研发,在替换过程中发现单纯氧化铁材料并不能成为刹车片的摩擦材料,其易碎、易裂,性能不能达标。基于此,研发组在氧化铁的基础上进行进一步改进,提出了采用“铁基-铁氧体”替代现有的陶瓷刹车片,不但没有了苯酚、甲醛类有毒气体的排放,也没有了陶瓷PM 2.5粉尘的排放。虽然“铁基-铁氧体”刹车片也会产生一定量的PM 2.5粉尘,但其化学成分为氧化铁,能够被人体内的弱酸、弱碱性物质改变,;另一方面由于氧化铁的比重大,不易于在空气中扩散飘浮,又因其吸水性强,微尘聚集而落地。与现有技术相比,其对于空气的污染程度会明显变好。因此,特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题为,克服以上背景技术中提到的不足和缺陷,提供一种使用安全无毒、综合性能优良的铁基-铁氧体材料及其制备方法与用途。
为解决上述技术问题,本发明提供以下技术方案。
一种铁基-铁氧体材料,由以下原料按重量百分数组成:铁粉40-60%、铁氧体余量。
所述铁粉为纯净铁粉,粒度为120目。
所述铁氧体,为锶铁氧体,粒度为40微米。
优选的,所述铁基-铁氧体材料,由以下原料按重量百分数组成:铁粉40%、铁氧体60%。
优选的,所述铁基-铁氧体材料,由以下原料按重量百分数组成:铁粉43%、铁氧体57%。
优选的,所述铁基-铁氧体材料,由以下原料按重量百分数组成:铁粉45%、铁氧体55%。
优选的,所述铁基-铁氧体材料,由以下原料按重量百分数组成:铁粉53%、铁氧体47%。
优选的,所述铁基-铁氧体材料,由以下原料按重量百分数组成:铁粉55%、铁氧体45%。
优选的,所述铁基-铁氧体材料,由以下原料按重量百分数组成:铁粉58%、铁氧体42%。
优选的,所述铁基-铁氧体材料,由以下原料按重量百分数组成:铁粉60%、铁氧体40%。
一种铁基-铁氧体材料的制备方法,包括以下步骤:将上述铁粉与铁氧体均匀混合,即得。
上述铁基-铁氧体材料在制备粉末冶金摩擦材料中的用途。
上述铁基-铁氧体材料在制备汽车刹车片中的用途。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将润滑剂加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料压制成压坯,然后进行烧结。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述摩擦片可按顺序与隔热层、背板复合为一体,制备成刹车片。
所述润滑剂为硬脂酸锌或聚乙烯醇水溶液;所述润滑剂的加入量为粉料质量的1-2%。
所述压制过程中,压力为4-5吨力/cm2。
所述烧结温度为1100-1130℃。
所述烧结时间为3-4h;所述烧结过程中通N2保护。
所述烧结过程中升温速率为50-100℃/h。
进一步的,所述铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,还可以包括对摩擦片的表面处理。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下。
(1)铁氧体材料通常被应用在磁性材料中,本发明则提供了铁基-铁氧体材料在制备粉末冶金摩擦材料和制备汽车刹车片中的用途,能够替代当前普遍使用的陶瓷材料刹车片,降低了环境中排放的有毒物质苯酚、甲醛等,及人体无法分解的陶瓷类PM2.5粉尘。
(2)铁基-铁氧体刹车片虽然在使用过程中也会产生一定粉尘,但是其化学成分主要为氧化铁粉尘,其能够被人体内的“弱酸”、“弱碱”性物质改变,对人体无危害;同时氧化铁比重大,不易在空气中扩散漂浮,且其吸水性较强,即便形成微粉也能很快落地;相比较对于空气的污染程度更轻。
(3)本发明通过将纯净铁粉分散在铁氧体中,使铁粉颗粒达到“金属粘结”,且使Fe2O3变为Fe3O4并保持其FeO·(Fe2O3)的尖晶石型晶系(或反式尖晶石结构);而保证这一条件的关键在于铁粉与铁氧体的原料配比和烧结温度,因为所加入的Fe粉颗粒的表面积决定了生成FeO和剩余铁粉(作为基体)的量值,而烧结温度1100-1130℃决定了“Fe3O4”的结构不变。
附图说明
图1为本发明摩擦片按顺序与隔热层、背板复合为一体示意图。
图2为本发明制备摩擦片的工艺流程。其中:1-摩擦片,2-隔热层,3-背板。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的,并不是旨在限制本发明的保护范围。除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1%的硬脂酸锌加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模,在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯;取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结,升温速率50-100℃/h,烧结温度1100℃,保温3h,过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料,由40%的纯净铁粉和60%的锶铁氧体组成。
实施例2。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1%的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模,在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯;取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结,升温速率50-100℃/h,烧结温度1130℃,保温4h,过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料,由43%的纯净铁粉和57%的锶铁氧体组成。
实施例3。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1%的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模,在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯;取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结,升温速率50-100℃/h,烧结温度1130℃,保温4h,过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料,由45%的纯净铁粉和55%的锶铁氧体组成。
实施例4。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1%的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模,在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯;取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结,升温速率50-100℃/h,烧结温度1130℃,保温4h,过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料,由53%的纯净铁粉和47%的锶铁氧体组成。
实施例5。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1%的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模,在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯;取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结,升温速率50-100℃/h,烧结温度1130℃,保温4h,过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料,由55%的纯净铁粉和45%的锶铁氧体组成。
实施例6。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1%的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模,在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯;取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结,升温速率50-100℃/h,烧结温度1130℃,保温4h,过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料,由58%的纯净铁粉和42%的锶铁氧体组成。
实施例7。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1%的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模,在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯;取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结,升温速率50-100℃/h,烧结温度1130℃,保温4h,过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料,由60%的纯净铁粉和40%的锶铁氧体组成。
实施例8。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1%的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模,在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯;取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结,升温速率50-100℃/h,烧结温度1130℃,保温4h,过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料,由35%的纯净铁粉和65%的锶铁氧体组成。
实施例9。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1%的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模,在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯;取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结,升温速率50-100℃/h,烧结温度1130℃,保温4h,过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料,由65%的纯净铁粉和35%的锶铁氧体组成。
实施例1-9制得的铁基-铁氧体摩擦片可按顺序与隔热层、背板复合为一体,制备成刹车片性能测试结果见表1。实施例1-7制得刹车片摩擦系数稳定,均在0.35-0.39,耐磨损符合使用要求。
表1.铁基-铁氧体刹车片性能测试结果。
摩擦系数 | |
实施例1 | 0.39 |
实施例2 | 0.37 |
实施例3 | 0.38 |
实施例4 | 0.35 |
实施例5 | 0.37 |
实施例6 | 0.36 |
实施例7 | 0.35 |
实施例8 | 0.31 |
实施例9 | 0.30 |
Claims (10)
1.一种铁基-铁氧体材料,其特征在于,是由以下原料按重量百分数组成:铁粉 40-60%、铁氧体余量。
2.如权利要求1所述的铁基-铁氧体材料,其特征在于,所述铁粉为纯净铁粉,粒度为120目。
3.如权利要求1所述的铁基-铁氧体材料,其特征在于,所述铁氧体,为锶铁氧体,粒度为40微米。
4.如权利要求1所述的一种铁基-铁氧体材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将上述铁粉与铁氧体均匀混合,即得。
5.如权利要求1所述的一种铁基-铁氧体材料在制备粉末冶金摩擦材料中的用途。
6.如权利要求1所述的一种铁基-铁氧体材料在制备汽车刹车片中的用途。
7.一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将润滑剂加入到铁基-铁氧体材料中,混合均匀得粉料;
(2)将粉料压制成压坯,然后进行烧结;
(3)烧结完毕,得铁基-铁氧体摩擦片。
8.如权利要求7所述的一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,其特征在于,所述摩擦片可按顺序与隔热层、背板复合为一体,制备成刹车片;还包括对摩擦片的表面处理。
9.如权利要求7所述的一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,其特征在于,所述润滑剂为硬脂酸锌或聚乙烯醇水溶液,所述润滑剂的加入量为粉料质量的1-2%。
10.如权利要求7所述的一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法,其特征在于,所述压制过程中,压力为4-5吨力/cm2;所述烧结温度为1100-1130℃,所述烧结时间为3-4h,所述烧结过程中通N2保护,所述烧结过程中升温速率为50-100℃/h。
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