一种高韧性Fe基粉末冶金磁性摩擦材料的制备方法与流程

本发明涉及一种高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料的设计与制备技术，属于粉末冶金材料制备技术领域。

背景技术：

随着列车速度的提高，安全制动功率要求按速度的三次方增加。目前我国铁路列车不断提速，需要不断地提高制动材料的性能来保证列车制动的高效性与运行的安全性。因此，对高速列车的制动用摩擦材料有越来越高的要求，不仅要求其具有高的摩擦系数与高的饱和磁化强度，还要求有较好的综合力学性能来保证在刹车有效性，特别是当所用的刹车材料韧性较低时，容易在复杂受力情况下失效。通过利用本专利中的技术发明出的磁性摩擦材料，既具有高的饱和磁化强度又具有高的摩擦系数与优异的力学性能，特别是高的韧性，可以有效提高列车的制动效率，从而满足列车在高速运动时的制动要求。

技术实现要素：

技术问题：本发明提供了一种用于集高韧性、高摩擦系数与高饱和磁化强度于一体的高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料的制备方法，该成分设计拓展了粉末冶金产品的功能应用，制备方法简单实用。

技术方案：本发明的高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：以雾化纯铁粉(即是纯铁粉)、p的质量分数为18％的铁磷预合金粉末为原料，同时添加0.7％质量分数的固体润滑剂石蜡粉，按照重量配比称取上述原料粉末；

步骤2：将步骤1的原料粉末加入v型混料机混合1.5～2小时；

步骤3：将步骤2混合后的原料粉末加入预制模具中，在液压机下压制成预制块体；

步骤4：将步骤3制成的预制块体表面清理干净，然后放置在烧结炉中，在无保护气氛的条件下加热保温，之后随炉冷却至室温，得到高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料。

其中，

所述步骤1中铁磷预合金粉末采用p的质量分数为18％的fep粉末，再与雾化纯铁粉，配制出p含量为：0.4％、0.6％、0.8％、1.0％的铁磷二元系粉末。

所述步骤3中模具的尺寸为：(80±0.5)×(50±0.5)×(16±0.5)mm，压制成预制块体的密度为：7.1～7.2g/cm³。

所述步骤4中的加热保温方法为分段保温法：①680℃保温1h、②800℃保温1h、③1250℃保温4h之后随炉冷至室温。

有益效果：本发明的技术方案与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明用于制备高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料材料，其原料为纯fe粉、p含量为18％铁磷预合金粉末。与现有粉末冶金产品相比成分简单且成本较低，适合大规模生产。

(2)本发明所制备高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料，相比于牌号合金极大的调整了p的成分，以获得具有最佳韧性、摩擦系数与饱和磁化强度。

(3)本发明所制备高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料，获得的粉末冶金产品fe-0.4p的最大冲击吸收功为69.5j，远高于其他粉末冶金产品。

(4)本发明所制备高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料，在获得的粉末冶金产品较高韧性的同时也显著重提高了产品的饱和磁化强度到2.0t左右与摩擦系数到0.5左右。

(5)本发明所制备高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料，既可以作为结构材料也可以作为功能材料。在作为刹车材料时，既可以采用机械制力动也可以采用电磁力制动，极大地提高了制动的有效性。

附图说明

图1为实施例制备的粉末冶金品产品的微观组织图。图中1、2、3、4分别是fe-0.4p、fe-0.6p、fe-0.8p、fe-1.0p的金相图；

图2为fe-0.4p的宏观冲击断口变形图与微观断口扫描图；

图3为fe-0.6p、fe-0.8p、fe-1.0p的宏观冲击断口变形图；

图4为实施例制备的粉末冶金fe-0.4p试样的磁滞回线；

图5为实施例制备的粉末冶金fe-0.4p试样的摩擦系数。

具体实施方式

本实施例中高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料的制备方法如下：

步骤1：以雾化纯铁粉、铁磷预合金粉末为原料按配比进行称量，其中每种成分试制的样品总量为10kg；

步骤2：在步骤1中称好的粉末中按质量百分比加入0.7％的固体石蜡粉末润滑剂70g；

步骤3：将步骤1、2中的粉末加入v型混料机中混合1.5～2小时；

步骤4：将步骤3混合的粉末加入预制模具(80±0.5)×(50±0.5)×(16±0.5)mm中，在高吨位液压机下加压制成密度为7.1～7.2g/cm³预制块体；

步骤5：将步骤4所得的预制块体加入烧结炉中，将炉温加热并进行分段保温：①680℃保温1h、②800℃保温1h、③1250℃保温4h，之后随炉冷至室温得到粉末冶金制品。

在具体实施例中使用fe-0.4～1.0％p中的fe-0.4p、fe-0.6p、fe-0.8p、fe-1.0p成分进行说明。

实施例1：fe-0.4p，成分选择原料为200目以上的纯雾化铁粉与p含量为18％铁磷预合金粉末，添加润滑剂压制成形后在采用分段保温法①680℃保温1h、②800℃保温1h、③1250℃保温4h烧制成形。得到冲击功为69.5j、饱和磁化强度为1.99t、摩擦系数为0.52的高韧性、高饱磁化强度与高摩擦系数的高韧性粉末冶金磁性摩擦材料。

实施例2：fe-0.6p，成分选择原料为200目以上的纯雾化铁粉与p含量为18％铁磷预合金粉末，添加润滑剂压制成形后在采用分段保温法①680℃保温1h、②800℃保温1h、③1250℃保温4h烧制成形。得到冲击功为2.28j、饱和磁化强度为1.98t、摩擦系数为0.51的高饱磁化强度与高摩擦系数的粉末冶金磁性摩擦材料。

实施例3：fe-0.8p，成分选择原料为200目以上的纯雾化铁粉与p含量为18％铁磷预合金粉末，添加润滑剂压制成形后在采用分段保温法①680℃保温1h、②800℃保温1h、③1250℃保温4h烧制成形。得到冲击功为3.46j、饱和磁化强度为2.10t、摩擦系数为0.53的高饱磁化强度与高摩擦系数的粉末冶金磁性摩擦材料。

实施例4：fe-1.0p，成分选择原料为200目以上的纯雾化铁粉与p含量为18％铁磷预合金粉末，添加润滑剂压制成形后在采用分段保温法①680℃保温1h、②800℃保温1h、③1250℃保温4h烧制成形。得到冲击功为2.88j、饱和磁化强度为1.97t、摩擦系数为0.56的高饱磁化强度与高摩擦系数的粉末冶金磁性摩擦材料。

如图1所示fe-0.4p、fe-0.6p、fe-0.8p、fe-1.0p金相图，与图2所示fe-0.4p宏观的冲击断口图与断口扫描图。从图中可以看出fe-0.4p的晶粒尺寸较小，相比于其它三种成分制品有较小的孔洞，同时在1000倍的断口扫描图中可以看出fe-0.4p的断裂区也存在较多的韧性断裂区，在宏观断口中fe-0.4p有明显宏观塑性变形区而其他成分的粉末冶金制品塑性变形不明显，这些均说明fe-0.4p具有较高的韧性值；图4所示为实施例1中的粉末冶金制品在震动样品磁强计(vsm)下测得的磁滞回线，并结合表1数据可以得出采用发明的方法制得的fe-p粉末冶金摩擦材料具有较高的饱和磁化强度，四种成分的饱和磁化强度均在2.0t左右；图5所示为实施例1中的粉末冶金产品在微型摩擦磨损试验仪上测试的摩擦系数，结合表3中的摩擦系数数据可以得出四种fe-p粉末冶金摩擦材料的摩擦系数均在0.5左右。因此，如表1中粉末冶金制品的性能数据所示,fe-0.4p粉末冶金件具有非常高的冲击吸收功69.5j，其韧性远远高出其它粉末冶金制品，同时还具有较高的摩擦系数0.52、高的饱和磁化强度1.99t，抗拉强度、硬度、密度均与其它的三种成分相近。由此，可以得出fe-0.4p是一种优异的高韧性fe基粉末冶金磁性摩擦材料。

表1粉末冶金fe-0.4p、fe-0.6p、fe-0.8p、fe-1.0p的性能数据