復(fù)合摩擦材料、剎車片及剎車片制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種摩擦材料及其剎車片制作方法，特別涉及一種可用于重型汽車和公交車盤式制動器的復(fù)合摩擦材料以及利用這種材料制作剎車片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦材料的性能要求:具有良好的摩擦系數(shù)和耐磨損性能，同時具有一定的耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度，能滿足車輛或機(jī)械的傳動與制動的性能要求。它們被廣泛應(yīng)用在汽車、火車、飛機(jī)、石油鉆機(jī)等各類工程機(jī)械設(shè)備上。目前常用的摩擦材料主要有機(jī)摩擦材料和粉末冶金摩擦材料。
[0003]有機(jī)摩擦材料是一類三元復(fù)合材料，它是由高分子粘結(jié)劑(樹脂與橡膠)、纖維增強(qiáng)劑和摩擦助劑構(gòu)成，經(jīng)高溫高壓成型，再進(jìn)行機(jī)械加工而制成。20世紀(jì)70年代中期前，汽車上使用的有機(jī)摩擦材料主要是石棉摩擦材料。這種摩擦材料在使用過程中，發(fā)現(xiàn)熱衰退性大，并且石棉是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)，為此，人們開始尋求能取代石棉的其它纖維材料來制造摩擦材料，即無石棉摩擦材料或非石棉摩擦材料。20世紀(jì)70年代，以鋼纖維為主要代替材料的半金屬材料在國外被首先采用。80年代一 90年代初，半金屬摩擦材料已占據(jù)了整個汽車用盤式剎車片領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代后期以來，ΝΑ0(少金屬)摩擦材料在歐洲的出現(xiàn)是一個發(fā)展的趨勢，這種摩擦材料不含石棉，采用兩種或兩種以上纖維(以無機(jī)纖維為主，并有少量有機(jī)纖維)，只含少量鋼纖維、鐵粉。ΝΑ0(少金屬)型摩擦材料有助于克服半金屬型摩擦材料固有的高比重、易生銹、易產(chǎn)生制動噪音、傷對偶(盤、鼓)及導(dǎo)熱系數(shù)過大等缺陷。目前，ΝΑ0(少金屬)型摩擦材料已得到廣泛應(yīng)用，取代半金屬型摩擦材料。2004年開始，隨汽車工業(yè)飛速發(fā)展，人們對制動性能要求越來越高，開始研發(fā)陶瓷型摩擦材料。陶瓷型摩擦材料主要以無機(jī)纖維和幾種有機(jī)纖維混雜組成，無石棉，無金屬，其特點為:1.無石棉符合環(huán)保要求；2.無金屬和多孔性材料的使用可降低制品密度，有利于減少損傷制動盤(鼓)和降低制動噪音；3.摩擦材料不生銹，不腐蝕；4.磨耗低，粉塵少(輪轂)。有機(jī)摩擦材料經(jīng)過多年的發(fā)展，在性能上有了很大的提高，但是，受高分子粘結(jié)劑熱性能的限制，這類摩擦材料的耐熱性一直難以有較大突破，因而限制了它們在高溫場合的應(yīng)用。與粉末冶金摩擦材料相比，這類材料的成本低廉。
[0004]粉末冶金摩擦材料是一類由基體金屬、潤滑組元和摩擦組元三部分組成的金屬和非金屬復(fù)合材料，采用粉末冶金方法制成。這類材料的組織特點是:具有特殊性能的各種質(zhì)點均勻地分布在連續(xù)的金屬基體中，金屬基體發(fā)揮良好的導(dǎo)熱性并承受機(jī)械應(yīng)力，均勻分布的質(zhì)點保證所需的摩擦性能。在20世紀(jì)50年代前，開發(fā)應(yīng)用的粉末冶金摩擦材料主要是采用錫青銅作為基體的銅基粉末冶金摩擦材料。在20世紀(jì)50-60年代又開發(fā)了鐵及其合金為基體的鐵基粉末冶金摩擦材料。從70年代中期，各國的研究主要是對銅基和鐵基粉末冶金摩擦材料的成分進(jìn)行一些調(diào)整和改變。例如:采用纖維狀粉末；或用制造材料時析出的彌散金屬碳化物或金屬間化合物強(qiáng)化金屬基體；用一些組分代替另外一些組分，如用氮化硅作摩擦添加劑，在材料中加放滑石、硅石和氮化鈦。1977年日本、瑞典又開發(fā)出鋁基粉末冶金摩擦材料。與有機(jī)摩擦材料相比，粉末冶金摩擦材料的優(yōu)點是耐溫性好、摩擦磨損性能優(yōu)異等；但是，其密度大、生產(chǎn)成本高以及與對偶的兼容性不理想，因而在汽車領(lǐng)域未能獲得大規(guī)模應(yīng)用。
[0005]重型汽車和公交車的的盤式剎車片由兩部分組成，即鋼背板和摩擦材料，其摩擦材料部分的厚度較大，一般可達(dá)20?30mm，當(dāng)達(dá)到使用壽命時，它被磨去的量占整個厚度的75?80%左右，余下的部分成為垃圾。如果整塊摩擦材料采用相同材料，會造成大量優(yōu)質(zhì)原料的浪費，增加材料成本。另外，隨著人們環(huán)保意識增強(qiáng)，對汽車尾氣、噪聲的要求越來越高。汽車尤其公交車的制動噪聲已成為人們關(guān)注的焦點，為此，迫切開發(fā)具有降低制動噪聲功能的摩擦材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于重型汽車和公交車的盤式剎車片存在的問題，結(jié)合有機(jī)摩擦材料和粉末冶金摩擦材料的優(yōu)點，發(fā)明了一種新型復(fù)合摩擦材料。這種摩擦材料沿厚度方向分兩層，一層采用粉末冶金摩擦材料；另一層采用有機(jī)摩擦材料，其中，粉末冶金摩擦材料層占整個厚度的75?80 %。粉末冶金摩擦材料層起與對偶相摩擦的作用，而有機(jī)摩擦材料層主要起支撐作用，同時兼起緩沖振動、吸音的作用。由于承擔(dān)與對偶相摩擦作用的主要是粉末冶金摩擦材料層，因而，新發(fā)明材料保持了粉末冶金摩擦材料優(yōu)異的耐高溫性能和摩擦磨損性能；同時，其所用粉末冶金摩擦材料原材料可節(jié)省20%以上，密度顯著降低。有機(jī)摩擦材料層主要要求韌性好(韌性越好，減振、降噪的效果越好)，而對其它性能，如摩擦磨損性能等要求低，所以，可省去昂貴的優(yōu)質(zhì)原材料，降低材料成本；配方簡化，設(shè)計目標(biāo)容易實現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明的復(fù)合摩擦材料，包括復(fù)合的有機(jī)摩擦材料層和粉末冶金摩擦材料層。
[0008]粉末冶金摩擦材料層占整個厚度的75-80%。
[0009]有機(jī)摩擦材料層和粉末冶金材料層通過膠粘、熱壓方式連接。
[0010]粉末冶金摩擦材料層具有若干嵌入孔，有機(jī)摩擦材料層的一部分嵌入到嵌入孔內(nèi)。
[0011]本發(fā)明還包括一種上述復(fù)合摩擦材料制成的剎車片，技術(shù)方案為:還包括鋼背板，鋼背板與有機(jī)摩擦材料層膠粘、熱壓方式連接。
[0012]還包括上述剎車片的制作方法，包括如下步驟:
[0013]1)制備粉末冶金摩擦材料層的步驟；
[0014]2)鋼背板表面除油、除銹、涂膠后置于模具中，填加有機(jī)摩擦材料混合料；
[0015]3)將步驟1)的粉末冶金摩擦材料層涂膠，放置到步驟2)的混合料上，熱壓成型，制得剎車片毛還。
[0016]還包括將剎車片毛坯熱處理和機(jī)械加工的步驟。
[0017]步驟1)中，在制備的粉末冶金摩擦材料層上鉆若干個嵌入孔。
[0018]制備粉末冶金摩擦材料層的步驟為:
[0019]配料混合:稱取如下組分及質(zhì)量百分比的原料:鐵粉70-80%、煅燒石油焦炭粉5-10 %、鎳粉1-3 %、銅粉0-10 %、莫來石5-10 %、二氧化硅0-4 %、二硫化鉬1-3 % ;在V型混料器中將配料混合6?8h ;
[0020]壓制:稱取單片粉末冶金摩擦材料層重量的混合料加入模具中，冷壓成型即得壓坯，壓力:400-600MPa ；
[0021]鉆孔:壓坯上鉆連接孔6-8個，孔均勻分布，孔徑15-20mm，孔中心距大于30mm，孔中心離壓還邊緣不小于15_ ；
[0022]燒結(jié):置于鐘罩式加熱燒結(jié)爐中，在氫氣保護(hù)下進(jìn)行加壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為920-1100°C，燒結(jié)壓力為2-3.5MPa，保溫時間2_3h。
[0023]制備有機(jī)摩擦材料混合料的組分和配比為:礦物纖維25-35%、硅灰石20_30%、酚醛樹脂8-12 %、重晶石粉15-20 %、膨脹蛭石5-8 %、丁腈橡膠粉3_7 %、輪胎粉5_10 %、硬脂酸鋅1_3%。在犁耙式混料機(jī)中將配料混合40-60min ;
[0024]步驟2)具體為:鋼背板和粉末冶金摩擦材料層表面涂膠；壓制:將涂膠的鋼背板裝到模具中，填加有機(jī)摩擦材料混合料，再將涂膠的粉末冶金摩擦材料層放置到混合料上，熱壓成型，即得到剎車片毛坯，壓力:20?30MPa，溫度:160±5°C，保溫時間:根據(jù)有機(jī)摩擦材料部分的厚度計算保溫時間(每毫米厚度的壓制時間為1?1.5min)，在保溫時間內(nèi)放氣1?2次。
[0025]熱處理，溫度:140±5°C，時間:lh ;溫度:180±5°C，時間:2h。
[0026]機(jī)械加工，將熱處理后的剎車片進(jìn)行平面、溝槽加工。
[0027]本發(fā)明中，承擔(dān)與對偶摩擦作用的材料是主要是粉末冶金摩擦材料層，所以，發(fā)明的復(fù)合摩擦材料保持了粉末冶金摩擦材料優(yōu)異的耐溫性和摩擦磨損性能。
[0028]本發(fā)明中，用有機(jī)摩擦材料取代了部分粉末冶金摩擦材料，所以，與單一粉末冶金摩擦材料相比較，新發(fā)明復(fù)合摩擦材料的密度降低。
[0029]本發(fā)明中，有機(jī)摩擦材料層因采用了硬度低、空隙率大和彈性好的原材料，所以，其韌性良好，對制動時引起的振動可以起一種緩沖的作用，吸收制動噪聲。
[0030]本發(fā)明中，有機(jī)摩擦材料層對摩擦磨損性能、熱性能的要求低，可節(jié)省昂貴的優(yōu)質(zhì)原材料；另外，用價廉的有機(jī)摩擦材料取代了部分粉末冶金摩擦材料，所以，產(chǎn)品原材料成本下降。
[0031]本發(fā)明中，有機(jī)摩擦材料層和粉末冶金摩擦材料層之間，通過膠黏劑將二者粘結(jié)在一起；另外，在粉末冶金摩擦材料層中鉆有連接孔，在成型過程中，充填到這些孔