一種銅鐵基制動復合材料及其制備方法
【專利摘要】一種銅鐵基制動復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，通過原料預處理、設計原料配比、混料、壓制、燒結和機械加工，形成具有各向同性的粉末冶金摩擦材料，本發明制備方法工藝簡單、成本低廉且可用于制備具有各種復雜形狀的復合材料，采用本發明的制備方法制備的銅鐵基制動復合材料具有優異的力學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】
一種銅鐵基制動復合材料及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種復合材料，具體涉及一種銅鐵基制動復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[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 世界范圍內獲得快速發展。我國發展高速鐵路始于1991年開工建設的廣深線。經過20年的 發展，鐵路六次大提速后，路網規模得到了快速發展。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，設計最高運營速度更是達到 了380km/h，成為目前世界上運營速度最高的鐵路。在實現高速列車迅速發展的同時，制度 技術成為重要的因素，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合材料， 還是銅基制動復合材料，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。現在國內外研究使用，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力，在石墨尖端形成裂紋源，造成基體開裂，增加 磨損率。本發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定的摩 擦性能，又具有良好的材料基體強度，可以滿足高速列車制動使用的要求。
【發明內容】
[0003] 為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種銅鐵基制動復合材料 及其制備方法，本發明制備方法工藝簡單、成本低廉且可用于制備具有各種復雜形狀的復 合材料，采用本發明的制備方法制備的銅鐵基制動復合材料具有優異的力學性能和摩擦磨 損性能。
[0004] 為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：
[0005] -種銅鐵基制動復合材料，所述復合材料中銅粉、鐵粉和鋁粉做為基體材料，氧化 鋁Al 2O3顆粒做為硬質相，等軸石墨做為固體潤滑劑，基體材料、硬質相和等軸石墨這三部分 構成銅鐵基制動復合材料，所述的復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合材料的方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1:原料的預處理: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；
[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， 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，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，最后獲得復合材 料；
[0011] 步驟5:機械加工，燒結之后根據設計精度要求對摩擦材料進行噴砂處理。
[0012] 本發明采用真空熱壓燒結的技術制備銅鐵基制動復合材料，與現有技術相比，本 發明的有益效果是：
[0013] (1)通過改變燒結工藝中燒結溫度和壓力，增加了材料的致密度，硬度提高了 10 % 以上。
[0014] (2)通過調節固體潤滑劑等軸石墨的百分含量，可以獲得摩擦系數0.5以上和磨損 率低于2.7X 10-4mm3 · m-1 · N-1的銅鐵基制動復合材料。
[0015] (3)通過調節原料中基體配料的銅粉、鐵粉和鋁粉的重量百分含量，起到彌散強化 或固溶強化作用，增加了材料的硬度，硬度提高了 10 %以上。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0017] 一種銅鐵基制動復合材料，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、或用高純石墨塊經破碎挑選的自制石墨等長徑比較小的石墨。通過調節 等軸石墨的百分含量，可以獲得摩擦系數高和磨損率低的銅鐵基制動復合材料。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;通過調節原料中基體配料的銅粉和鐵粉的重量百分含量，調節材料的力學性能；
[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，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，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，最后獲得復合材 料;通過改變燒結工藝中燒結溫度和壓力，提高材料的力學性能；
[0023] 步驟5:機械加工，燒結之后根據設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過測量力學性能，摩擦性能，所得到的數據 見表2。材料的布氏硬度31~38,摩擦因數為0.33~0.40,磨損率小于2.7X ΙΟΛιι?3 · πΓ1 · N 本材料的力學性能和摩擦性能都優于對比材料，對比材料的布氏硬度是28~30,摩擦因 數為0.33~0.34,磨損率大于2.8X10_4mm3 · πΓ1 · ΓΓ1，可以看出，本發明中的復合材料提高 了 Cu-Fe基粉末冶金摩擦材料的摩擦因數，降低了材料的磨損率。
[0025] 表1:本發明中各實施例的材料配比及燒結條件
[0028]表2:本發明中各實施例材料的力學性能和摩擦性能
[0031] 采用上述步驟制備得到的摩擦材料經過測量力學性能，摩擦性能，所得到的數據 見表2。實施例3材料的布氏硬度35,摩擦因數為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] 本發明制備方法工藝簡單、成本低廉且可用于制備具有各種復雜形狀的復合材 料，采用本發明的制備方法制備的銅鐵基制動復合材料具有優異的力學性能和摩擦磨損性 能，與GCrl5鋼配對，形成摩擦對偶，適用于飛機多盤式剎車裝置，或者重型車輛的制動器和 離合器。
【主權項】
1. 一種銅鐵基制動復合材料，其特征在于，所述復合材料中銅粉、鐵粉和鋁粉做為基體 材料，氧化鋁Al 2〇3顆粒做為硬質相，等軸石墨做為固體潤滑劑，基體材料、硬質相和等軸石 墨這三部分構成銅鐵基制動復合材料，所述的復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. 基于權利要求1所述的一種銅鐵基制動復合材料的制備方法，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； 步驟3:按所有原料的重量百分比稱取：等軸石墨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，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，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，最后獲得復合材料； 步驟5:機械加工，燒結之后，根據設計精度要求對摩擦材料進行噴砂處理。
【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