一种多孔铁基形状记忆合金在摩擦材料领域中的新应用的制作方法

本发明涉及一种多孔铁基形状记忆合金在摩擦材料领域中的新应用，属于摩擦材料技术领域。

背景技术：

散热对制动系统是关键问题。热量疏散速度慢，会造成刹车盘温度升高，制动性能下降。为了更好地散热，在实心刹车盘的基础上发展出了多孔型、划线型以及多孔加划线型等刹车盘。专利CN201710607222.3、CN201710533425.2、CN201710455865.0等专注于刹车盘的散热结构设计。钻孔和划线一方面有利于散热和排屑，另一方面也一定程度上降低了刹车盘的强度，且在刹车片与其高速摩擦时受到切削，刹车片损耗增大。

目前市面上刹车盘的材质主要有灰铸铁、铝合金、碳纤陶瓷等。灰铸铁成本低，容易生产，但基体中的片状石墨相当于片状孔洞，容易造成铸铁基体的局部应力集中，在刹车盘反复的升温和降温过程中，有产生裂纹的风险。铝合金轻质，导热性能较好，但铝合金铸造过程中较铸铁更容易出现铸造缺陷，且不能承受较高的温升。碳纤陶瓷散热性能和刹车性能好，但成本高。专利CN201710449438.1、CN201710672969.7等采用不同的铝合金材料来制作刹车盘，以达到散热和耐磨的目的；专利CN201710508293.8等注重刹车盘的耐磨性。对于刹车盘来说，其重要的性能主要是摩擦系数稳定性、形状尺寸稳定性和耐磨性等。目前常用的铸铁刹车盘，其使用寿命较长，能行驶几万公里之后才需更换，因此摩擦系数稳定性和形状尺寸稳定性是我们更应关注的方面。

关于多孔金属材料，由于其较大的表面积而具有较好的散热能力，可一定程度上减小热膨胀系数和升温过程中的变形，同时多孔结构也具有缓冲和吸能效果。多孔金属材料的制备方法有很多，如铸造法、沉积法、粉末冶金法等^[1]。对于形状记忆合金的制备，传统的熔炼法容易产生成分偏析，而机械合金化法由于位错等缺陷的产生有利于合金元素的扩散，而能保持较好的成分均匀性^[2]。

参考文献：

[1]张新平，张宇鹏.多孔NiTi形状记忆合金研究进展.材料研究学报，2007，21(6)：561-569.

[2]肖柱，李周，龚深，等.机械合金化制备形状记忆合金的研究.材料导报，2007，21(5A)：121-122.

技术实现要素：

本发明的目的是将多孔铁基形状记忆合金应用于摩擦材料领域中，获得相变吸热效果，以及利用其微观的多孔结构来获得较好的散热性。通过研究发现，采用机械合金化、冷压、烧结、固溶处理后的多孔Fe28Mn6Si合金，其马氏体逆相变点As比铸造所得的该合金逆相变点低得多，在常温、较小摩擦力作用下即能生成应力诱发ε马氏体，利于升温时的相变吸热。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

多孔铁基形状记忆合金作为吸热散热材料在摩擦材料领域中的新应用；

所述多孔铁基形状记忆合金为多孔Fe28Mn6Si合金；

所述多孔Fe28Mn6Si合金由纯Fe、Mn、Si粉经机械合金化、冷压、烧结、固溶处理获得。

本发明与现有技术相比，具有以下实质性的优势：

1、Fe、Mn、Si粉价格便宜；

2、材料的制备方法简单；

3、多孔Fe28Mn6Si合金的逆相变点低，常温下摩擦即能生成应力诱发ε马氏体，升温时即产生逆马氏体相变吸热，可减缓摩擦材料温度的上升；

4、多孔Fe28Mn6Si合金的近圆形微孔加大了表面积，可获得较好的散热性。

附图说明

图1为1100℃烧结7小时的微孔分布图；

图2为1200℃烧结7小时的微孔分布图；

图3为1200℃烧结7小时的金相组织图；

图4为不同温度下烧结7小时的X射线衍射图；

图5为1200℃烧结7小时后750℃固溶处理30分钟的金相组织图；

图6为机械合金化20小时的压缩变形样的DSC曲线图；

图7为机械合金化50小时的压缩变形样的DSC曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

将纯Fe、Mn、Si粉在氩气保护下进行机械合金化，球料比为27∶2，转速为400r/min，时间为20h；在合金粉中滴入一定比例的3％PVA水溶液作为粘结剂，研磨，冷压，分别在1000℃、1100℃、1200℃下烧结，保温时间为7h。将采用晶界腐蚀液腐蚀之后观察微孔：在1000℃下未烧结完全，1100℃烧结获得的孔形状不规则(图1)，1200℃烧结获得边缘光滑的近圆形微孔(图2)。采用组织腐蚀液腐蚀之后观察其金相组织：1000℃烧结态的组织中并未观察到马氏体，1100℃烧结态的组织中观察到微量的马氏体，而1200℃烧结态的组织中马氏体数量已较多(图3)。这与XRD图(图4)相符合。这些马氏体均是由金相磨制和抛光造成的应力诱发ε马氏体。经固溶处理后的金相组织中，由于快冷使更多的奥氏体保留至常温，故摩擦生成的应力诱发ε马氏体数量明显增多(图5)。经固溶处理和压缩变形后，测其DSC曲线(图6)，马氏体的逆相变点As为55℃，远低于铸造所得的该合金逆相变点140℃。

实施例2

将纯Fe、Mn、Si粉在氩气保护下进行机械合金化，球料比为27∶2，转速为400r/min，时间为50h；在合金粉中滴入一定比例的3％PVA水溶液作为粘结剂，研磨，冷压，在1100℃下烧结，保温时间为7h。烧结态和固溶处理态的金相组织图规律与实施例1相似。经固溶处理和压缩变形后，测其DSC曲线(图7)，马氏体的逆相变点As为85℃，远低于铸造所得的该合金逆相变点140℃。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，本发明也并不限于上述举例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的精神和原则范围之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应属于本发明的权利要求范围。