专利名称：：用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物以及摩擦材料的制作方法
技术领域：
：本发明是关于一种用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物以及由该组合物制备的铁基粉末冶金摩擦材料。
背景技术：
：粉末冶金摩擦材料因具有良好的高温摩擦性能、导热性能和耐磨性能，而被广泛应用于飞机、坦克、汽车、火车、船舶和工程机械等重载及恶劣工况下的制动器和离合器。现有的摩擦材料一般分为铁基粉末冶金摩擦材料和铜基粉末冶金摩擦材料。CN1032195A中公开了一种粉末冶金铜基摩擦片及其制备方法，该摩擦片的主要成分为铜、铁、锡、二氧化硅、三氧化二铝、莫来石和石墨，其特征在于，该元件的组成为铜45-58重量％、铁10-24重量％、锡0.5-2.0重量％、钼2.0-5.0重量％、锰0.6-2.5重量％、二硫化钼1.0-3.0重量％、石墨10-12重量Q^、二氧化硅5.0-10重量％、碳化硅1.0-3.0重量％、三氧化二铝1.0-3.0重量％。上述摩擦片的制备方法包括混粉、冷压成型、加压烧结，其特征在于，混粉的过程中，先将粉状的铜、铁、钼、锡、锰(锰以硅锰铁合金形态加入)、二硫化钼预合金化，再加入二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅以及0.3-0.5重量％的煤油混合2.5-3.5小时，最后加入石墨，将粉料混合均匀。由上述专利中提供的用于粉末冶金摩擦材料的组合物制备的粉末冶金摩擦材料的密度较小，且硬度、抗压强度、抗弯强度、摩擦系数和磨损量的综合性能较差。
发明内容本发明的目的是为了克服现有的用于粉末冶金摩擦材料的组合物制备的粉末冶金摩擦材料的密度较小，且硬度、抗压强度、抗弯强度、摩擦系数和磨损量的综合性能较差的缺陷，提供一种密度较大，且硬度、抗压强度、抗弯强度、摩擦系数和磨损量的综合性能较好的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物以及由该组合物制备的铁基粉末冶金摩擦材料。本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物含有铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以及氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物，其中，该组合物还含有碳化硼、硫酸亚铁和碳，所述碳至少部分为石墨。本发明提供的铁基粉末冶金摩擦材料由一种组合物加压成型后加压烧结得到，该组合物含有铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以及氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物，其中，该组合物还含有碳化硼、硫酸亚铁和碳，所述碳至少部分为石墨；所述铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物、氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物，碳化硼、硫酸亚铁和碳，以各自的颗粒存在或者它们中两者或两者以上之间结合的颗粒存在。从性能测试结果的数据可以看出，与对比例的用于铜基摩擦材料的组合物制备的铜基粉末冶金摩擦材料AC1的5.03克/立方厘米的密度相比，本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物制备的铁基粉末冶金摩擦材料Al-A4的密度较大，可达到5.20-5.40克/立方厘米，且综合性能较好。具体实施例方式本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物含有铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以及氧化铝或烧结后能生成傘l化铝的化合物，其中，该组合物还含有碳化硼、硫酸亚铁和碳，所述碳至少部分为石墨。以所述组合物的总重为基准，所述铁的含量为55-70重量％，所述铜的含量为5-20重量％，所述锰的含量为0.3-1.4重量％，所述碳化硅的含量为3-10重量％，以氧化硅计，所述氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物的含量为5-15重量％，以氧化铝计，所述氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物的含量为0.9-1.8重量％，所述碳化硼的含量为2-5重量％，所述硫酸亚铁的含量为5-15%，所述碳的含量为5-10重量。％;以所述碳的总重为基准，所述石墨的含量为10-100重量％，非石墨炭的含量为0-90重量％。所述铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物、氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物、碳化硼、硫酸亚铁和碳，以各自的颗粒存在或者它们中两者或两者以上之间结合的颗粒存在。优选情况下，所述铜以铜颗粒的形式存在；铁以铁颗粒、锰铁合金颗粒和硅锰铁合金颗粒中的一种或几种的形式存在；锰以锰颗粒、锰铁合金颗粒和硅锰铁合金颗粒中的一种或几种的形式存在；碳化硅以碳化硅颗粒的形式存在；氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以硅灰石、水泥熟料、石英砂和长石中的一种或几种的混合物颗粒的形式存在；氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物以铝矾土和水泥熟料中的一种或两种的混合物颗粒形式存在；碳化硼以碳化硼颗粒的形式存在；硫酸亚铁以硫酸亚铁颗粒形式存在；碳颗粒以石墨颗粒、石墨颗粒和非石墨炭颗粒或石墨和非石墨炭混合物的颗粒形式存在。更优选一部分铁以铁颗粒的形式存在，一部分铁以锰铁合金颗粒和/或硅锰铁合金颗粒的形式存在。进一步优选所述铁的90-100重量％以铁颗粒的形式存在和0-10重量Q/^以锰铁合金颗粒和/或硅锰铁合金颗粒的形式存在。更优选所述锰以锰铁合金颗粒和/或硅锰铁合金颗粒的形式存在。8上述所有颗粒的粒子直径可以为40-1651微米，优选47-785微米。所述非石墨炭可以为乙炔黑、炭黑和中间相碳微球中的-种或几种。本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物还含有二硫化钼和/或硫酸钡，以所述组合物的总重为基准，所述二硫化钼和/或硫酸钡的含量可以为4-10重量％，优选为6-8重量。X，所述二硫化钼以二硫化钼颗粒形式存在，所述硫酸钡以硫酸钡颗粒形式存在；所述二硫化钼颗粒的粒子直径可以为102-495微米，所述硫酸钡颗粒的粒子直径可以为150-350微米。另外，本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物还含有铬和/或镍，以所述组合物的总重为基准，所述铬和/或镍的含量可以为5重量%以下，优选为1-3重量％，所述铬以铬颗粒形式存在，所述镍以镍颗粒形式存在；所述铬颗粒的粒子直径可以为47-165微米，所述镍颗粒的粒子直径可以为47-495微米。优选情况下，所述组合物还含有成型剂，所述成型剂可以为本领域技术人员公知的成型剂，例如可以为煤油和/或石蜡等油类物质，以所述混合物的总重为基准，所述成型剂的用量为0.05-0.2重量％。本发明还提供了用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物的制备方法，该方法包括将铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物、氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物、碳化硼、硫酸亚铁和碳混合。所述混合的方法没有特别的限制，只要将各成分混合均匀即可。例如，可以以20-200转/分钟的速度混合6-8小时。本发明提供的铁基粉末冶金摩擦材料由一种组合物加压成型后加压烧结得到，该组合物含有铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以及氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物，其中，该组合物还含有碳化硼、硫酸亚铁和碳，所述碳至少部分为石墨；所述铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物、氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物、碳化硼、硫酸亚铁和碳，以各自的颗粒存在或者它们中两者或两者以上之间结合的颗粒存在。'根据本发明，所述加压成型时的压力为300-500兆帕，时间为3-7秒，温度可以为20-60°C，从成本方面考虑，优选在环境温度下进行加压成型，所述环境温度例如可以为10-40°C，优选为20-3(TC。所述加压烧结包括在惰性气体或还原性气体保护下，在压力为2-3兆帕、温度为950-105(TC下将加压成型后的产物烧结2-3小时。所述惰性气体可以为元素周期表中零族气体和/或氮气中的一种或几种，所述还原性气体可以为氢气。优选情况下，通过程序升温将所述加压成型的产物加热到900-1100°C，所述程序升温的速率为50-250'C/分钟；优选情况下，该方法还包括在加压烧结之后以5-50。C/分钟将加压烧结后的产物从烧结温度程序降温至10-100°C。本领域技术人员可以根据实际需要在上述速率范围内选择升温程序和降温程序。根据该优选方式，可以进一步提高摩擦材料的综合性能。下面采用具体实施例对本发明进行进一步详细说明。以下实施例和对比例中的组合物中各物质颗粒的粒径均为47-785微米。实施例1本实施例用于说明本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物以及由该组合物制备的铁基粉末冶金摩擦材料。(1)制备组合物将59.55千克的铁粉、5千克的铜粉、0.75千克的锰铁合金(安阳振洹冶金耐材有限公司生产，其中，锰为0.3千克)、3千克的碳化硅、5.02千克的石英砂(相当于5千克的二氧化硅)、2.5千克的铝钒土(相当于1.8千克三氧化二铝)、5千克的碳化硼、14.85千克的硫酸亚铁和5千克的石墨与0.0510千克的煤油在湖南博云新材料股份有限公司产V型混料机中以100转/分钟的速度混匀6小时，即得本发明的组合物。(2)加压成型采用荣成金辰机械制造有限公司产JD31-630闭式单点机械压力机将上述混合均匀后的混合物于300兆帕室温下加压成型3秒。(3)加压烧结将上述加压成型后的产物放入江苏省丹阳市恒力炉业有限公司产RH型加压粉末烧结炉内，设置升温程序为以225。C/分钟的速率从室温升到700°C，在70(TC下保温1小时；以10(TC/分钟的速率升温到900°C，在900。C下保温30分钟；以5(TC/分钟的速率升温到95(TC;95(TC时加压烧结炉内的压力为2.7兆帕，在该温度和压力下烧结2小时。烧结后，再以5。C/分钟的速率从950。C降到800°C，在80(TC下保温1小时；以25t7分钟的速率从80(TC降到35(rC，在350"C下保温1小时；以50'C/分钟的速率从35(TC降到室温，即得到铁基粉末冶金摩擦材料Al。对比例1该对比例用于说明现有的用于铜基粉末冶金摩擦材料的组合物以及由该组合物制备的铜基粉末冶金摩擦材料。按照与实施例1所述的方法制备铜基粉末冶金摩擦材料AC1，不同的是，使用公开号为CN1032195A的专利中的配方代替实施例4中的组合物作为用于铜基粉末冶金摩擦材料的组合物，专利CN1032195A中的配方为铜47重量％，铁23重量％，锡1.3重量0%，钼3.0重量％，硅锰铁3.0重量％，二硫化钼1.2重量％，石墨11.2重量％，三氧化二铝1.8重量％，氧化硅5.0重量％，碳化硅3.0重量％，煤油0.3重量％。实施例2本实施例用于说明本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物以及由该组合物制备的铁基粉末冶金摩擦材料。(1)制备组合物将69.5千克的铁粉、5千克的铜粉、1.4千克的锰粉、3千克的碳化硅、5.01千克的石英砂(相当于5千克的二氧化硅)、2.25千克的铝钒土(相当于0.9千克三氧化二铝)、2千克的碳化硼、5千克的硫酸亚铁、l千克的石墨和7千克炭黑与0.2千克的煤油在湖南博云新材料股份有限公司生产V型混料机中以20转/分钟的速度混匀8小时，即得本发明的组合物。(2)加压成型采用荣成金辰机械制造有限公司JD31-630闭式单点机械压力机将上述混合均匀后的混合物于500兆帕室温下加压成型7秒。(3)加压烧结将上述加压成型后的产物放入江苏省丹阳市恒力炉业有限公司产RH型加压粉末烧结炉内，设置升温程序为以225。C/分钟的速率从室温升到700°C，在70(TC下保温1小时；以10(TC/分钟的速率升温到900°C，在90(TC下保温30分钟；以5(TC/分钟的速率升温到1020°C;1020'C时加压烧结炉内的压力为2.5兆帕，在该温度和压力下烧结2.5小时。烧结后，再以5。C/分钟的速率从102(TC降到800°C，在800。C下保温1小时；以25'C/分钟的速率从80(TC降到35(rC，在35(TC下保温1小时；以5(TC/分钟的速率从35(TC降到室温，即得到铁基粉末冶金摩擦材料A2。实施例3本实施例用于说明本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物以及由该组合物制备的铁基粉末冶金摩擦材料。(1)制备组合物将55千克的铁粉、14.7千克的铜粉、0.3千克的锰粉、7千克的碳化硅、10.04千克的石英砂(相当于10千克的二氧化硅)、2.25千克的铝钒土(相当于0.9千克三氧化二铝)、2千克的碳化硼、5千克的硫酸亚铁和5千克的石墨与0.1千克的煤油在湖南博云新材料股份有限公司产V型混料机中以180转/分钟的速度混匀7小时，即得本发明的组合物。(2)加压成型采用荣成金辰机械制造有限公司产JD31-630闭式单点机械压力机将上述混合均匀后的混合物于400兆帕室温下加压成型5秒。(3)加压烧结将上述加压成型后的产物放入江苏省丹阳市恒力炉业有限公司产RH型加压粉末烧结炉内，以15(TC/分钟的速率从室温升到IIO(TC;IIO(TC时加压烧结炉内的压力为2.0兆帕，在该温度和压力下烧结3小时。烧结后，再以25'C/分钟的速率从110(TC降到室温，即得到铁基粉末冶金摩擦材料A3。实施例4本实施例用于说明本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物以及由该组合物制备的铁基粉末冶金摩擦材料。用与实施例1所述的方法进行(1)制备组合物、(2)加压烧结和(3)加压烧结，不同的是，在(1)制备组合物中未加0.05千克的煤油。制得铁基粉末冶金摩擦材料A4。实施例5-8本实施例用于说明实施例l-4制备的铁基粉末冶金摩擦材料Al-A4的性13(1)密度测试根据国家标准GB10421-89,采用"排水法"，利用广州市艾安得仪器有限公司产EK-300iD/GF-300D型密度仪来分别测量摩擦材料Al-A4的密度。(2)硬度测试根据国家标准GB9097.1-88，采用"压痕法"，利用上海伦捷机电仪表有限公司产HR—150A型洛氏硬度计分别测量摩擦材料Al-A4的表观硬度。(3)抗压强度测试根据国家标准GB10424-89，利用湖南博云新材料股份有限公司产LJ3000A型机械式拉力试验机分别测量摩擦材料Al-A4的抗压强度。(4)摩擦系数、磨损量测试根据国家标准JB/T7269-94，利用湖南博云新材料股份有限公司产MM-1000型摩擦磨损试验机分别测量摩擦材料A1-A4的摩擦系数及磨损量。测试结果见下表l。对比例2本实施例用于说明对比例1制备的铜基粉末冶金摩擦材料AC1的性能。用与实施例5-8相同的方法测试对比例1制备的铜基粉末冶金摩擦材料AC1的性能。测试结果见下表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>从表中的数据可以看出，与对比例的用于铜基摩擦材料的组合物制备的铜基粉末冶金摩擦材料AC1的5.03克/立方厘米的密度相比，本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物制备的铁基粉末冶金摩擦材料Al-A4的密度较大，可达到5.20-5.40克/立方厘米，且综合性能较好。权利要求1、一种用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物，该组合物含有铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以及氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物，其特征在于，该组合物还含有碳化硼、硫酸亚铁和碳，所述碳至少部分为石墨。2、根据权利要求1所述的组合物，其中，以所述组合物的总重为基准，所述铁的含量为55-70重量。％，所述铜的含量为5-20重量％，所述锰的含量为0.3-1.4重量％，所述碳化硅的含量为3-10重量％，以氧化硅计，所述氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物的含量为5-15重量％，以氧化铝计，所述氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物的含量为0.9-1.8重量％，所述碳化硼的含量为2-5重量％，所述硫酸亚铁的含量为5-15%，所述碳的含量为5-10重量％;以所述碳的总重为基准，所述石墨的含量为10-100重量％，非石墨炭的含量为0-90重量％。3、根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物、氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物、碳化硼、硫酸亚铁和碳，以各自的颗粒存在或者它们中两者或两者以上之间结合的颗粒存在。4、根据权利要求3所述的组合物，其中，所述铜以铜颗粒的形式存在;铁以铁颗粒、锰铁合金颗粒和硅锰铁合金颗粒中的一种或几种的形式存在；锰以锰颗粒、锰铁合金颗粒和硅锰铁合金颗粒中的一种或几种的形式存在；碳化硅以碳化硅颗粒的形式存在；氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以硅灰石、水泥熟料、石英砂和长石中的一种或几种的混合物颗粒的形式存在；氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物以铝矾土和水泥熟料中的一种或两种的混合物颗粒形式存在；碳化硼以碳化硼颗粒的形式存在；硫酸亚铁以硫酸亚铁颗粒形式存在；碳颗粒以石墨颗粒、石墨颗粒和非石墨炭颗粒或石墨和非石墨炭混合物的颗粒形式存在。5、根据权利要求4所述的组合物，其中，所有颗粒的粒子直径为40-1651微米。6、根据权利要求2或4所述的组合物，其中，所述非石墨炭为乙炔黑、炭黑和中间相碳微球中的一种或几种。7、根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述组合物还含有成型剂，所述成型剂为煤油和/或石蜡，以所述混合物的总重为基准，所述成型剂的含量为0.05-0.2重量％。8、一种铁基粉末冶金摩擦材料，该铁基粉末冶金摩擦材料由一种组合物加压成型后加压烧结得到，该组合物含有铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以及氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物，其特征在于，该组合物还含有碳化硼、硫酸亚铁和碳，所述碳至少部分为石墨；所述铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物、氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物、碳化硼、硫酸亚铁和碳，以各自的颗粒存在或者它们中两者或两者以上之间结合的颗粒存在。9、根据权利要求8所述的材料，其中，以所述组合物的总重为基准，所述铁的含量为55-70重量％，所述铜的含量为5-20重量％，所述锰的含量为0.3-1.4重量％，所述碳化硅的含量为3-10重量％，以氧化硅计，所述氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物的含量为5-15重量％，以氧化铝计，所述氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物的含量为0.9-1.8重量％，所述碳化硼的含量为2-5重量％，所述硫酸亚铁的含量为5-15%，所述碳的含量为5-10重量％;以所述碳的总重为基准，所述石墨的含量为10-100重量％，非石墨炭的含量为0-90重量％。10、根据权利要求8或9所述的材料，其中，所述铜以铜颗粒的形式存在；铁以铁颗粒、锰铁合金颗粒和硅锰铁合金颗粒中的一种或几种的形式存在；锰以锰颗粒、锰铁合金颗粒和硅锰铁合金颗粒中的一种或几种的形式存在；碳化硅以碳化硅颗粒的形式存在；氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以硅灰石、水泥熟料、石英砂和长石中的一种或几种的混合物颗粒的形式存在；氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物以铝矾土和水泥熟料中的一种或两种的混合物颗粒形式存在；碳化硼以碳化硼颗粒的形式存在；硫酸亚铁以硫酸亚铁颗粒形式存在；碳颗粒以石墨颗粒、石墨颗粒和非石墨炭颗粒或石墨颗粒和非石墨炭混合物的颗粒形式存在。11.根据权利要求10所述的材料，其中，所有颗粒的粒子直径为40-1651微米。12、根据权利要求8或9所述的材料，其中，所述非石墨炭为乙炔黑、炭黑和中间相碳微球中的一种或几种。13、根据权利要求8所述的材料，其中，所述加压成型的压力为300-500兆帕，时间为3-7秒。14、根据权利要求8所述的材料，其中，所述加压烧结包括在惰性气体或还原性气休保护下，在压力为2-3兆帕、温度为900-110(TC下将加压成型后的产物烧结2-3小时。15、根据权利要求14所述的材料，其中，所述惰性气体为元素周期表中零族气体和/或氮气中的一种或几种，所述还原性气体为氢气。16、根据权利要求14所述的材料，其中，通过程序升温将所述加压成型的产物加热到900-1100°C，所述程序升温的速率为50-25(TC/分钟。17、根据权利要求14或16所述的材料，其中，该方法还包括在加压烧结之后以5-5(TC/分钟将加压烧结后的产物从烧结温度程序降温至10-10(TC。全文摘要本发明提供了一种用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物，该组合物含有铁、铜、锰、碳化硅、氧化硅或烧结后能生成氧化硅的化合物以及氧化铝或烧结后能生成氧化铝的化合物，其中，该组合物还含有碳化硼、硫酸亚铁和碳，所述碳至少部分为石墨。从性能测试结果的数据可以看出，与对比例的用于铜基摩擦材料的组合物制备的铜基粉末冶金摩擦材料AC1的5.03克/立方厘米的密度相比，本发明提供的用于制备铁基粉末冶金摩擦材料的组合物制备的铁基粉末冶金摩擦材料A1-A4的密度较大，可达到5.20-5.40克/立方厘米，且综合性能较好。文档编号C09K3/14GK101469261SQ200710160660公开日2009年7月1日申请日期2007年12月26日优先权日2007年12月26日发明者张忠义,潇汤,郭忠臣申请人:比亚迪股份有限公司