专利名称：制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的制备方法
技术领域：
本发明所述的制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的制备方法，涉及一种材料制备 方法，具体地说是涉及一种新的制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的制备方法。
背景技术：
目前摩擦材料是用于各种交通运输工具(如汽车、火车、飞机、舰船等)以及机器 设备的制动器、离合器和摩擦传动装置中的制动材料。在这些制动装置中，利用摩擦材料的 摩擦性能将转动的动能化为热能或其它形式的能量，从而使转动装置制动。随着现代机械与机构的运转速度和负荷的急剧增加，以及由于机械、宇航、核能、 军工等行业对安全要求，导致对于摩擦材料的高温制动性能有较高的要求，如重载机械、飞 机制动等，在摩擦材料中添加摩擦组元来提高摩擦系数和改善抗滞性是提高其制动性能的 重要途径。目前的铜基、铁基和铜铁基摩擦材料存在的缺陷有(1)使用温度范围较低，仅在 400°C-50(TC之间；(2)高温材料的强度、硬度和摩擦系数及磨损率等性能明显降低；(3)高 温材料的粘结性较大，摩擦材料容易抱死；(4)高温的摩擦材料中必须要添加M和Co等元 素，成本较高；(5)制备方法大多为压烧法，存在时间长、能耗大的缺点。针对上述现有技术 中所存在的问题，研究设计一种新型的制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的制备方法，从而 克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的制动 Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的制备方法，从而解决目前的铜基、铁基和铜铁基自润滑摩擦 材料存在的，(1)使用温度范围较低，仅在400°C -500°C之间；(2)高温材料的强度、硬度和 摩擦系数及磨损率等性能明显降低；(3)高温材料的粘结性较大，摩擦材料容易抱死；(4) 高温的摩擦材料中必须要添加M和Co等元素，成本较高；(5)制备方法大多为压烧法，存 在时间长、能耗大的等问题。本发明所述的制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的制备方法，是以Fe-Cu-Al 基合金为基体添加摩擦组元SiC、润滑组元石墨和合金组元Mn和Cr，制备出了制动 Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料；制备制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的具体工艺步骤如 下第一步、选择原辅粉料； 还原铁粉(粒径<100 μ m，ffFe > 99. 9% )； 电解铜粉(粒径<100 μ m，Wcu > 99. 9% )； 铝粉(粒径<100 μ m, Wai > 99. 9% )；
碳化硅粉(粒径< 75 μ m，Wsic > 99.9% )；
石墨粉(粒径< 100 μ m，Wc >99.9%
锰粉(粒径<100 μπι, fffc> 99. 9% )；铬粉(粒径<100 μ m, Wcr > 99. 9% )；第二步、按照质量配比，Fe-Cu-Al 70% _90%，SiC粉5% -15%，石墨粉、Mn粉和 Cr 粉等5% -15% ；第三步、机械搅拌混合均勻；第四步、在800MPa_1000MPa压力下压成20mm圆柱形压坯；第五步、将压坯放入不锈钢容器中并填充保护气体-氢气；第六步、将容器放到中频感应加热线圈内加热，反应加热频率为20HZ-50HZ，加热 速度为50°C -100°C，当温度达到960°C -1060°C后，加热保温20min-60min后停止加热；随
炉冷却至室温；第七步、取出试样超声清洗后风干；第八步、检测试样性能硬度(HRC) 50-80，抗弯强度(MPa) :300-400，摩擦系数 0. 40-0. 65，磨损率(Xl(r10g/N.m)4· 0-6. 0。由于现代机械与机构的运转速度和负荷的急剧增加，以及由于宇航、核能、军工， 低温技术的发展和食品，制药等行业对安全，卫生要求越来越高，对制动摩擦材料也提处了 更高的要求。针对这种情况，本发明提出了一种新型的粉末冶金制备方法感应加热烧结 和燃烧反应合成方法，制备制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料。本发明采用的制备方法具有 工艺简单、反应时间短、温度可控制、成本低、生产效率高、污染少、节约能源、抗滞性好等特 点，在实际的工业生产中能提高生产效率，节约成本。在该工艺条件下制备的具有良好制动 性能Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料很好地应用到交通运输工程中以解决制金属基摩擦材料 粘结性高和磨损大的问题，同时也能够很好地制动摩擦材料的发展。本发明以铜铁铝基合金材料为基体，添加耐磨和抗粘结组元SiC等组元，并通过 组分优化设计和工艺探索，制备出强度高、抗滞性能好的铜铁铝碳化硅复合摩擦材料，对研 究开发抗粘结性的金属基复合摩擦材料丰富摩擦学性能研究有着重要的理论和实践意义。本发明所述的制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的制备方法的优点是1、制动Fe-Cu-Al-SiC摩擦材料具有强度高、摩擦性能好，制动快和磨损小。2、采用高效制备方法感应加热和燃烧反应合成的方法，优点时间短、效率高、 能耗低；制备方法工艺简单、反应时间短、温度可控制；生产效率高、节能环保。3、制备新型抗滞性耐磨材料=Fe-Cu-Al-SiC摩擦材料，优点是强度高、抗粘性 好、摩擦系数适中、磨损率小、成本低，可以在重载条件下使用。
具体实施例方式本发明的具体实施例如下实施例1(1)制造工艺电解铜粉粒径小于100 μ m, Cu纯度大于99. 9% ；还原铁粉粒径小于100 μ m, Fe纯度大于99. 9% ；铝粉粒径小于100 μ m ；Al纯度大于99. 9% ；碳化硅粉粒径小于75 μ m ；SiC纯度大于99. 9% ；
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铬粉粒径小于100 μ m ；Cr纯度大于99.9% ；制造工艺按照一定的质量配比(Cu-Fe-Al 80% ；SiC 10% ；石墨和Cr等10% )称量相应 的粉末，而后机械混合均勻；在800MPa的压力下，采用粉末冶金压模法压成20mm的圆柱形压坯；将压坯放入不 锈钢容器中，容器壁厚度为2mm，填充保护气体；将容器放到中频感应加热电源的线圈内，在加压3MPa下感应加热烧结，烧结。感应加热频率为30HZ，加热速度为50°C /min,当温度达到960°C后，加热保温 20min后停止加热；压坯随炉冷却至室温；取出试样超声清洗后风干；检测试样的硬度、摩擦系数和磨损率。(2)检测结果硬度HRC70、抗弯强度300MPa、摩擦系数0. 50、磨损率5. 5 X KT10g/ N. m。实施例2(1)制造工艺电解铜粉粒径小于100 μ m, Cu纯度大于99. 9% ；还原铁粉粒径小于100 μ m, Fe纯度大于99. 9% ；铝粉粒径小于100 μ m ；Al纯度大于99. 9% ；碳化硅粉粒径小于75 μ m ；SiC纯度大于99. 9% ；铬粉粒径小于100 μ m ；Cr纯度大于99.9% ；制造工艺按照一定的质量配比(Fe-Cu-Al 70% ；SiC 15% ；石墨和Cr等15% )称量相应 的粉末，而后机械混合均勻；在900MPa的压力下，采用粉末冶金压模法压成20mm的圆柱形压坯；将压坯放入不 锈钢容器中，容器壁厚度为2mm，填充保护气体；将容器放到中频感应加热电源的线圈内，在加压4MPa下感应加热烧结，感应加热 频率40HZ，加热速度为70°C /min,当温度达到1000°C后，加热保温30min后停止加热；压坯随炉冷却至室温；取出试样超声清洗后风干；检测试样的硬度、摩擦系数和磨损率。(2)检测结果硬度HRC80、抗弯强度340MPa、摩擦系数0. 55、磨损率4. 5X 10_1Qg/ N. m。实施例3(1)制造工艺电解铜粉粒径小于100 μ m, Cu纯度大于99. 9% ；还原铁粉粒径小于100 μ m, Fe纯度大于99. 9% ；铝粉粒径小于100 μ m ；Al纯度大于99. 9% ；碳化硅粉粒径小于75 μ m ；SiC纯度大于99. 9% ；铬粉粒径小于100 μ m ；Cr纯度大于99. 9% ；制造工艺
按照一定的质量配比(Fe-Cu-Al 90% ；SiC 5% ；石墨和Cr等5% )称量相应的 粉末，而后机械混合均勻；在IOOOMPa的压力下，采用粉末冶金压模法压成20mm的圆柱形压坯；将压坯放入 不锈钢容器中，容器壁厚度为2mm，填充保护气体；将容器放到中频感应加热电源的线圈内，在加压5MPa下感应加热烧结，感应加热 频率50HZ，加热速度为80°C /min,当温度达到1000°C后，加热保温60min后停止加热；压坯随炉冷却至室温；取出试样超声清洗后风干；检测试样的硬度、摩擦系数和磨损率。(2)检测结果硬度HRC90、抗弯强度400MPa、摩擦系数0. 45、磨损率4. OX lO.g/ N. m。实施例4(1)制造工艺电解铜粉粒径小于100 μ m, Cu纯度大于99. 9% ；还原铁粉粒径小于100 μ m, Fe纯度大于99. 9% ；铝粉粒径小于100 μ m ；Al纯度大于99. 9% ；碳化硅粉粒径小于75 μ m ；SiC纯度大于99. 9% ；铬粉粒径小于100 μ m ；Cr纯度大于99. 9% ；制造工艺按照一定的质量配比(Fe-Cu-Al 80% ；SiC 15% ；石墨和Cr等5% )称量相应的 粉末，而后机械混合均勻；在850MPa的压力下，采用粉末冶金压模法压成20mm的圆柱形压坯；将压坯放入不 锈钢容器中，容器壁厚度为2mm，填充保护气体；将容器放到中频感应加热电源的线圈内，在加压4. 5MPa下感应加热烧结，感应加 热频率20HZ，加热速度为100°C /min,当温度达到1100°C后，加热保温30min后停止加热；压坯随炉冷却至室温；取出试样超声清洗后风干；检测试样的硬度、 摩擦系数和磨损率。(2)检测结果硬度HRC60、抗弯强度380MPa、摩擦系数0. 65、磨损率6. OX 10_1Qg/ N. m。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本本实用新 型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。具体实施例工艺参数见表1具体实施例材料性能见表2表 权利要求
1. 一种制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的制备方法，以Fe-Cu-Al基合金为基体添加 摩擦组元Sic、润滑组元石墨和合金组元Mn和Cr，制备出了制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材 料；其特征在于制备制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料的具体工艺步骤如下 第一步、选择原辅粉料； 还原铁粉(粒径< 100 μ m，ffFe > 99.9% )； 电解铜粉(粒径< 100 μ m，Wcu > 99.9% )； 铝粉(粒径< 100 μ m，Wai > 99. 9% )； 碳化硅粉(粒径< 75 μ m，Wsic > 99.9% )； 石墨粉(粒径< 100 μπι, ffc> 99. 9% )； 锰粉(粒径< 100 μ m, Wtfa > 99. 9% )； 铬粉(粒径< 100 μ m, Wcr > 99. 9% )；第二步、按照质量配比，Fe-Cu-Al 70% -90%, SiC粉5% -15%，石墨粉、Mn粉和Cr 粉等5% -15% ；第三步、机械搅拌混合均勻；第四步、在800MPa-1000MPa压力下压成20mm圆柱形压坯； 第五步、将压坯放入不锈钢容器中并填充保护气体-氮气；第六步、将容器放到中频感应加热线圈内加热，反应加热频率为30HZ-50HZ，加热速度 为60°C -100°C，当温度达到960°C _1060°C后，加热保温20min-60min后停止加热；随炉冷却至室温；第七步、取出试样超声清洗后风干；第八步、检测试样性能硬度(HRC) 60-90,抗弯强度(MPa) =300-400,摩擦系数 0. 40-0. 65，磨损率(Xl(T10g/N.m)4· 0-6. 0。
全文摘要
本发明是以Fe-Cu-Al基合金为基体添加摩擦组元SiC、润滑组元石墨、合金组元Mn和Cr，制备出了制动Fe-Cu-Al-SiC复合摩擦材料；制备的具体步骤如下1、选择原辅粉料；2、按照质量配比，3、机械搅拌混合均匀；4、压成圆柱形压坯；5、将压坯放入不锈钢容器中并填充保护气体-氮气；6、将容器放到中频感应加热线圈内加热并保温；7、取出试样超声清洗后风干；8、检测试样性能。本发明以铜铁铝基合金材料为基体，添加耐磨和抗粘结组元SiC等组元，并通过组分优化设计和工艺探索，制备出强度高、制动性能好的铜铁铝碳化硅复合摩擦材料，对研究开发抗粘结性的金属基复合摩擦材料和丰富摩擦学性能研究有着重要意义。
文档编号C22C32/00GK102002622SQ20101058416
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月11日 优先权日2010年12月11日
发明者付传起, 李斌, 王宙 申请人:大连大学