一種銅鐵基制動復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】一種銅鐵基制動復(fù)合材料及其制備方法，其粉末按重量比加入5％～50％的銅粉，5％～50％的鐵粉，1％～10％的鋁粉，1％～30％的等軸石墨和1％～10％的Al2O3顆粒，通過原料預(yù)處理、設(shè)計原料配比、混料、壓制、燒結(jié)和機(jī)械加工，形成具有各向同性的粉末冶金摩擦材料，本發(fā)明制備方法工藝簡單、成本低廉且可用于制備具有各種復(fù)雜形狀的復(fù)合材料，采用本發(fā)明的制備方法制備的銅鐵基制動復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和摩擦磨損性能，與GCr15鋼配對，形成摩擦對偶，適用于飛機(jī)多盤式剎車裝置，或者重型車輛的制動器和離合器。
【專利說明】
一種銅鐵基制動復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，具體涉及一種銅鐵基制動復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 日本在1964年10月開通世界第一列速度超過200km/h的高速列車后，高速鐵路在 世界范圍內(nèi)獲得快速發(fā)展。我國發(fā)展高速鐵路始于1991年開工建設(shè)的廣深線。經(jīng)過20年的 發(fā)展，鐵路六次大提速后，路網(wǎng)規(guī)模得到了快速發(fā)展。尤其是近五年來，先后建成了京津、京 哈、京滬、京廣等高等級的現(xiàn)代化鐵路干線，開行了速度為200km/h、250km/h和300km/h的 "和諧號"高速動車組列車。在2011年7月開通的京滬城際鐵路，設(shè)計最高運(yùn)營速度更是達(dá)到 了380km/h，成為目前世界上運(yùn)營速度最高的鐵路。在實現(xiàn)高速列車迅速發(fā)展的同時，制度 技術(shù)成為重要的因素，尤其是制動裝置中閘片的研制。目前使用的無論鐵基制動復(fù)合材料， 還是銅基制動復(fù)合材料，大致由三部分組成，金屬做為基體、陶瓷顆粒做為硬質(zhì)相和鱗片狀 石墨做為固體潤滑劑。石墨的添加起到耐高溫作用，但是同時也降低了材料的硬度，增加了 磨損。現(xiàn)在國內(nèi)外研究使用，大都采用天然鱗片狀石墨做為固體潤滑劑，但是片狀石墨可以 看做是類盤狀形貌，這種形貌容易傳遞應(yīng)力，在石墨尖端形成裂紋源，造成基體開裂，增加 磨損率。本發(fā)明提出了采用等軸石墨做為固體潤滑劑，既保證較好的物理性能和穩(wěn)定的摩 擦性能，又具有良好的材料基體強(qiáng)度，可以滿足高速列車制動使用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種銅鐵基制動復(fù)合材料 及其制備方法，本發(fā)明制備方法工藝簡單、成本低廉且可用于制備具有各種復(fù)雜形狀的復(fù) 合材料，采用本發(fā)明的制備方法制備的銅鐵基制動復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和摩擦磨 損性能。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種銅鐵基制動復(fù)合材料，所述復(fù)合材料中銅粉、鐵粉和鋁粉做為基體材料，氧化 鋁Al 2O3顆粒做為硬質(zhì)相，等軸石墨做為固體潤滑劑，基體材料、硬質(zhì)相和等軸石墨這三部分 構(gòu)成銅鐵基制動復(fù)合材料，所述的復(fù)合材料中各原料的重量百分比分別為：銅粉5%~ 50%，鐵粉5%~50%，鋁粉1%~10%，等軸石墨1%~30%，氧化鋁412〇3顆粒1%~1〇%。
[0006] -種制備銅鐵基制動復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1:原料的預(yù)處理:將氧化鋁Al2O3顆粒過60目篩，置于烘箱中90-150°C干燥處 理；
[0008] 步驟2:按所有原料的重量百分比稱?。恒~粉5%~50%，鐵粉5%~50%，和鋁粉 1 %~10 %，然后濕法球磨，制備成混合粉末，隨后將混合粉末真空干燥，將混合粉末過60目 篩，待用；
[0009] 步驟3:按所有原料的重量百分比稱取:等軸石墨1%~30%，氧化鋁Al2O 3顆粒1% ~10%，和步驟1中待用的粉末，混合均勻，隨后將混合粉末干燥后再裝入模具型腔內(nèi)， IOMPa下模壓成型，制成生坯；
[0010] 步驟4:將步驟3制成的生坯置于真空熱壓爐中燒結(jié)，真空度小于5Pa，以10°C/min 的升溫速度將爐溫升至800-1050°C，然后施加壓力10_30MPa，保溫2小時，最后獲得復(fù)合材 料；
[0011] 步驟5:機(jī)械加工，燒結(jié)之后根據(jù)設(shè)計精度要求對摩擦材料進(jìn)行噴砂處理。
[0012] 本發(fā)明采用真空熱壓燒結(jié)的技術(shù)制備銅鐵基制動復(fù)合材料，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本 發(fā)明的有益效果是：
[0013] (1)通過改變燒結(jié)工藝中燒結(jié)溫度和壓力，增加了材料的致密度，硬度提高了 10 % 以上。
[0014] (2)通過調(diào)節(jié)固體潤滑劑等軸石墨的百分含量，可以獲得摩擦系數(shù)0.5以上和磨損 率低于2.7X 10-4mm3 · m-1 · N-1的銅鐵基制動復(fù)合材料。
[0015] (3)通過調(diào)節(jié)原料中基體配料的銅粉、鐵粉和鋁粉的重量百分含量，起到彌散強(qiáng)化 或固溶強(qiáng)化作用，增加了材料的硬度，硬度提高了 10 %以上。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017] 一種銅鐵基制動復(fù)合材料，其組分包括銅粉5%~50%，鐵粉5 %~50 %，鋁粉1 % ~10%，等軸石墨1 %~30%，氧化鋁Al2O3顆粒1 %~10%，其中等軸石墨包括中間相碳微 球、球形天然石墨、或用高純石墨塊經(jīng)破碎挑選的自制石墨等長徑比較小的石墨。通過調(diào)節(jié) 等軸石墨的百分含量，可以獲得摩擦系數(shù)高和磨損率低的銅鐵基制動復(fù)合材料。具體實施 例見表1所列組成。
[0018] 本粉末冶金摩擦材料的制備方法具體實施如下：
[0019] 步驟1:原料的預(yù)處理:將氧化鋁Al2O3顆粒過60目篩，置于烘箱120°C干燥處理； [0020] 步驟2:按所有原料的重量百分比稱取：銅粉5%~50%，鐵粉5%~50%，和鋁粉 1 %~10 %，然后濕法球磨，制備成混合粉末，隨后將混合粉末真空干燥，將混合粉末過60目 篩，待用;通過調(diào)節(jié)原料中基體配料的銅粉和鐵粉的重量百分含量，調(diào)節(jié)材料的力學(xué)性能；
[0021] 步驟3:按所有原料的重量百分比稱取:等軸石墨1 %~30% ,Al2O3顆粒1 %~10%， 和步驟1中待用的粉末，混合均勻，隨后將混合粉末干燥后再裝入模具型腔內(nèi)，IOMPa模壓成 型，制成生坯；
[0022] 步驟4:將步驟3制成的生坯置于真空熱壓爐中燒結(jié)，真空度小于5Pa，以10°C/min 的升溫速度將爐溫升至800-1050°C，然后施加壓力10_30MPa，保溫2小時，最后獲得復(fù)合材 料;通過改變燒結(jié)工藝中燒結(jié)溫度和壓力，提高材料的力學(xué)性能；
[0023] 步驟5:機(jī)械加工，燒結(jié)之后根據(jù)設(shè)計精度要求對摩擦材料噴砂處理。
[0024] 采用上述步驟制備得到的摩擦材料經(jīng)過測量力學(xué)性能，摩擦性能，所得到的數(shù)據(jù) 見表2。材料的布氏硬度31~38,摩擦因數(shù)為0.33~0.40,磨損率小于2.7X ΙΟΛιι?3 · πΓ1 · N 本材料的力學(xué)性能和摩擦性能都優(yōu)于對比材料，對比材料的布氏硬度是28~30,摩擦因 數(shù)為0.33~0.34,磨損率大于2.8X10_4mm3 · πΓ1 · ΓΓ1，可以看出，本發(fā)明中的復(fù)合材料提高 了 Cu-Fe基粉末冶金摩擦材料的摩擦因數(shù)，降低了材料的磨損率。
[0025] 表1:本發(fā)明中各實施例的材料配比及燒結(jié)條件
[0028]表2:本發(fā)明中各實施例材料的力學(xué)性能和摩擦性能
[0031] 采用上述步驟制備得到的摩擦材料經(jīng)過測量力學(xué)性能，摩擦性能，所得到的數(shù)據(jù) 見表2。實施例3材料的布氏硬度35,摩擦因數(shù)為0.38,磨損率僅為2.5Xl(T 4mm3 ^nf1 · ΓΓ1。 表2中同時給出了添加天然鱗片石墨的摩擦材料的摩擦性能做為對比（比較實施例1，2)，可 以看出，本發(fā)明中的材料配比大幅度提高了Cu-Fe基粉末冶金摩擦材料的摩擦性能。
[0032] 本發(fā)明制備方法工藝簡單、成本低廉且可用于制備具有各種復(fù)雜形狀的復(fù)合材 料，采用本發(fā)明的制備方法制備的銅鐵基制動復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和摩擦磨損性 能，與GCrl5鋼配對，形成摩擦對偶，適用于飛機(jī)多盤式剎車裝置，或者重型車輛的制動器和 離合器。
【主權(quán)項】
1. 一種銅鐵基制動復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料中銅粉、鐵粉和鋁粉做為基體 材料，氧化鋁Al 2〇3顆粒做為硬質(zhì)相，等軸石墨做為固體潤滑劑，基體材料、硬質(zhì)相和等軸石 墨這三部分構(gòu)成銅鐵基制動復(fù)合材料，所述的復(fù)合材料中各原料的重量百分比分別為:銅 粉5%~50 %，鐵粉5%~50%，鋁粉1 %~10 %，等軸石墨1 %~30 %，氧化鋁Al2〇3顆粒1 %~ 10%〇2. 基于權(quán)利要求1所述的一種銅鐵基制動復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下 步驟： 步驟1:原料的預(yù)處理:將氧化鋁Al2〇3顆粒過60目篩，置于烘箱中90-150°C干燥處理； 步驟2:按所有原料的重量百分比稱?。恒~粉5%~50%，鐵粉5%~50%，和鋁粉1 %~ 10 %，然后濕法球磨，制備成混合粉末，隨后將混合粉末真空干燥，將混合粉末過60目篩，待 用； 步驟3:按所有原料的重量百分比稱?。旱容S石墨1%~30%，氧化錯AI2O3顆粒1 %~ 10%，和步驟1中待用的粉末，混合均勻，隨后將混合粉末干燥后再裝入模具型腔內(nèi)，lOMPa 下模壓成型，制成生坯； 步驟4:將步驟3制成的生坯置于真空熱壓爐中燒結(jié)，真空度小于5Pa，以10°C/min的升 溫速度將爐溫升至800-1050°C，然后施加壓力10_30MPa，保溫2小時，最后獲得復(fù)合材料； 步驟5:機(jī)械加工，燒結(jié)之后，根據(jù)設(shè)計精度要求對摩擦材料進(jìn)行噴砂處理。
【文檔編號】C22C38/06GK106086585SQ201610680154
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月17日 公開號201610680154.9, CN 106086585 A, CN 106086585A, CN 201610680154, CN-A-106086585, CN106086585 A, CN106086585A, CN201610680154, CN201610680154.9
【發(fā)明人】楊建鋒, 郭海霞, 張亞明, 曲囡, 徐照蕓, 曾德軍
【申請人】西安交通大學(xué)