CN1130667A - 铁基金属陶瓷摩擦副材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型铁基金属陶瓷摩擦副材料，该摩擦副材料包括摩擦材料和对摩材料，摩擦材料含铁55～75％，还含有Sn、Pb、石墨、MoS2、SiO2和Al2O3，对摩擦材料含铁70～90％，还含有石墨、SiO2、Cu、Ni、Cr、Mn和W，上述材料以一定比例经二次机械混匀后，压制成坯，最后加压烧结。本发明设计的摩擦副材料，具有原材料价格便宜，摩擦件制造工艺简单，使用性能良好等优点。

Description

铁基金属陶瓷摩擦副材料
本发明涉及一种新型铁基金属陶瓷摩擦副材料，属材料科学技术领域。
所谓摩擦副，即摩擦材料元件和对磨材料元件的总体。刹车装置的摩擦功能由摩擦副体现。飞机等重载刹车用摩擦副材料自二战后，各先进工业国家都在大力研究和开发，每年都有摩擦副材料专利发表。其摩擦副的选配方案如表1所列。
表1
国别 摩擦材料 对磨材料 应用
美、英、法、西德、日本等 铜基金属陶瓷摩擦材料 17-22A(S)合金钢，成分：C0.27～0.35，Mn0.45～0.65Si0.55～0.75，Cr1.00～1.50Mo0.40～0.60，V0.20～0.30 二战后的军用飞机，波音、麦道、空中公共汽车等系列及民航飞机刹车装置
原苏联及东欧国家 铁基金属陶瓷摩擦材料 ЧHMX耐磨铸铁，成分：C0.36～0.38，Mn0.60～1.00Si1.60～2.30，Cr0.10～0.40Mo0.20～0.60，Ni0.80～1.40 二战后的军用飞机，安东诺夫、图波列夫、伊留伸和雅克夫列夫等系列飞机刹车装置
表1所列摩擦副选配方案中，采用1722A(S)钢的缺点是：多次重载刹车过程的高温和随后的冷却引起钢制刹车片严重的翘曲变形，导致刹车效率不稳定及刹车失控或失效。采用ЧHMX铸铁对磨件，一般是将ЧHMX铸铁熔化并将其浇铸到钢板骨架上构成双金属刹车片，该刹车片制造工艺复杂，废品率高，重载刹车过程中，ЧHMX铸铁很易出现热裂纹导致刹车片断裂、失效。
近年来，国外出现双金属陶瓷摩擦材料构成的摩擦副。这是一种较理想的配副方案。为了避免重载刹车过程中高温大压力导致相同基体摩擦副粘结至使刹车装置卡死、失效，多采用铜基材料—铁基材料配副方案，这种方案的经济性较差。俄罗斯的现代大型民航飞机伊尔-86采用了铁基材料—铁基材料的配副方案，这是一种较理想的方案。在各种配副方案中，最关键的问题是摩擦副材料的成分、工艺。这是材料的发明点所在。因为不同成分、工艺的摩擦副具有不同的特性和功能。
本发明的目的是设计一种新型的铁基金属陶瓷摩擦副材料，从技术和经济效果两个方面权衡，针对现有技术中摩擦副材料的不足之处，研究出在特定配方和工艺条件下的新型摩擦副材料，以适应现代航空科学技术的发展，满足现代先进飞机刹车装置的设计和使用要求。
本发明设计的铁基金属陶瓷摩擦副材料的配方如表2所示：
摩擦副材料     配方成分，wt％
Fe Sn Pb 石墨 MoS2 SiO2 Al2O3 Cu Ni Cr Mn W
摩擦材料(A) 55～75 2～10 2～10 2～20 5～20 2～12 2～12 - - - - -
对磨材料(B) 70～90 - - 5～15 - 1～5 - 3～9 1～5 0.5～5 1～5 0～5
其制造工艺如下：
a、配制料混合
将除石墨粉以外的全部粉料混匀 第一级机混1～5h 加进石墨 第二级机混6～13h 出料
b、根据摩擦件形状，压坯压制压力P＝300～800MPa
c、加压烧结
   烧结温度TH＝900～1100℃
   烧结压力PH＝1.5～3MPa
   保温时间t＝2～5h
本发明的实施例如下：
摩擦材料A的配方见表3
表3
摩擦材料(A)     配方成分，wt％
 Fe  Sn  Pb  石墨  MoS2  SiO2  Al2O3
   A1  71  3  3  11  3  3  6
   A2  73  3  5  9  2  4  4
   A3  75  2  2  14  2  2  3
   A4  65  4  6  12  4  5  4
对磨材料(B)配方，见表4
表4
摩擦材料(B)  配方成分，wt％
 Fe  石墨  Cu  Ni  Cr  W  Mn  SiO2
B1 84 5 5 1.5 1.5 1.0 1.0 1.0
B2 87 5 3 2.0 1.5  - 1.0 1.0
B3 86 5 3 2.0 1.0 1.0 1.0 1.0
B4 80 9 2 1.0 2.0 - 3.0 3.0
摩擦副制造工艺及其摩擦磨损性能数据见表5：
表5
 摩擦副材料 混合时间  压制压力(MPa)  烧结工艺  平均摩擦系数 摩擦力矩稳定系数％  一次刹车线性磨损量，mm
第一级 第二级  温度(℃)  压力(MPa)  时间(h)
 An  Bn
 A1-B1  1  7  350  900  2.45  2  0.26  81  0.0008  0.0034
 A2-B2  2  9  500  950  1.77  3  0.31  70  0.0013  0.0038
 A3-B3  3  11  850  1000  1.47  2.5  0.26  83  0.0022  0.0036
 A4-B4  4  13  800  1020  1.96  2.5  0.24  80  0.0009  0.0030
 试验条件  转动惯量I＝0.27Kgm2；刹车压力ρo＝0.98MPa；刹车速度V＝20m/s；MM-1000摩擦试验机
本发明设计的摩擦副材料用于飞机刹车盘以后的试车试验效果良好。根据伊尔-86飞机飞行使用手册和KT171机轮刹车装置技术使用手册提供的技术要求，按照美国联邦航空局(FAA)技术标准规定TSO-C26c《Aircnft Wheels and Wheel-Brake Assemblies》的试验方法、程序及要求，本发明摩擦副材料制成的刹车盘副进行了地面模拟试车试验。试验结论如下：
试验按照F94-86-02试验大纲规定的程序和方法进行，各项性能指标满足大纲技术要求。100次正常着陆刹车试验后，分解检查刹车盘副的结构和摩擦表面质量，末发现任何异常现象。RTO试验后，又分解检查刹车盘，仍末发现任何异常现象，RTO吸收动能试验完成后，机轮模拟滑行试验正常，静力矩测定正常。伊尔-86飞机国产刹车盘的地面惯性台合格性鉴定试验完全通过。

Claims (2)

1、一种铁基金属陶瓷摩擦副材料，包括摩擦材料和对磨材料，其特征在于摩擦材料和对磨材料的配方如下表所示： 摩擦副材料     配方成分，wt％ Fe Sn Pb 石墨 MoS2 SiO2 Al2O3  Cu  Ni Cr Mn W 摩擦材料(A) 55～75 2～10 2～10 2～20 5～20 2～12 2～12 - - - - - 对磨材料(B) 70～90 - - 5～15 - 1～5 - 3～9 1～5 0.5～5 1～5 0～5
2、一种具有如权利要求1所述成份的铁基金属陶瓷摩擦副材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：
(1)将除石墨粉以外的权利要求1所述成份按配比要求混合后，进行第一次机械混匀，混匀时间为1-5小时，加入要求配比的石墨后作第二次机械混匀，混匀时间为6-13小时；
(2)将上述混匀的粉料根据摩擦件形状制成压坯，其压制压力为300-800MPa；
(3)将上述压坯进行加压烧结：烧结温度：900-1100℃，烧结压力：1，5-3MPa，保温时间：2-5小时。
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