[發(fā)明專利]利用釩鈦磁鐵礦原位反應(yīng)燒結(jié)制備鐵基摩擦材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210256454.6
• 申請(qǐng)日: 2012-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN102732773A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮可芹;熊計(jì);張光明;鄧偉林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C33/02
• 分類號(hào): C22C33/02
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 唐麗蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鐵基摩擦材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用釩鈦磁鐵礦原位反應(yīng)燒結(jié)制備鐵基摩擦材料的方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，鐵基摩擦材料因其具有耐高溫、強(qiáng)度高、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于飛機(jī)、坦克、汽車、船舶、拖拉機(jī)、工程機(jī)械和機(jī)床等的離合器或制動(dòng)器中。鐵基摩擦材料主要由鐵及鐵合金基體、固體潤滑劑、摩擦劑三部分組成?；w成分以鐵為主，鐵的合金化可降低鐵的塑性，提高強(qiáng)度、硬度、耐熱強(qiáng)度、抗氧化性；潤滑組元可以改善抗咬合性，提高材料的耐磨性；摩擦劑可提高材料摩擦系數(shù)，減少對(duì)偶表面的擦傷和磨損。

目前已商品化的鐵基摩擦材料大多數(shù)采用“外加法”粉末冶金工藝制備，即以精細(xì)化工粉末為原料（成本較高），按照設(shè)計(jì)的成分配比，把各組份粉末進(jìn)行稱樣，經(jīng)過混合、壓制、燒結(jié)等工序來獲得材料?！巴饧臃ā敝械哪Σ羷┦遣捎靡押铣珊玫姆勰┳鳛樵?。此工藝主要是通過燒結(jié)致密化來提高材料的性能，一般沒有形成新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，其主要缺點(diǎn)在于：所有組份均為外加，這些組元與基體之間容易出現(xiàn)界面污染，容易因它們之間的潤濕性差而出現(xiàn)結(jié)合不良，以致組元在摩擦過程中從基體剝離出來，嚴(yán)重影響使用效果。

原位合成技術(shù)是?20?世紀(jì)?80?年代后期發(fā)展起來的制備金屬基復(fù)合材料的有效方法，它是利用兩種或兩種以上組份在基體中相互反應(yīng)生成彌散相。與“外加法”相比，原位合成技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：生成相是在基體中原位生成的熱力學(xué)穩(wěn)定相，表面無污染，避免了與基體浸潤不良的問題，與基體結(jié)合為冶金結(jié)合，結(jié)合良好；生成相大小和分布較易控制，并且數(shù)量可在較大的范圍內(nèi)調(diào)整。

基于粉末冶金的反應(yīng)燒結(jié)法是原位合成法中重要的一類，其不僅具有粉末冶金法的材料組元成分可靈活調(diào)整與控制、能近終成型等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有原位合成的上述優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)合成與燒結(jié)一體化，一步原位合成制備復(fù)合材料?，F(xiàn)有的利用原位合成制備的復(fù)合材料主要有TiC/Fe、SiC/Fe、VC/Fe復(fù)合材料等。但遺憾的是目前還沒有利用反應(yīng)燒結(jié)法來原位制備鐵基摩擦材料的文獻(xiàn)報(bào)道，更沒有利用我國豐富的釩鈦磁鐵資源來原位制備鐵基摩擦材料的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種利用釩鈦磁鐵礦原位反應(yīng)燒結(jié)制備鐵基摩擦材料的方法。

本發(fā)明提供的利用釩鈦磁鐵礦原位反應(yīng)燒結(jié)制備鐵基摩擦材料的方法，其特征在于該方法的工藝步驟和條件如下：

（1）將粒度為200~300目的釩鈦磁鐵精礦粉、還原劑石墨粉、鐵粉、潤滑劑石墨粉、銅粉、錫粉、鉛粉，硬脂酸鋅粉以1：1.69：0.7~2.65：0.87~2.69：0~0.14：0~0.04：0~0.03：0.002~0.004的摩爾比進(jìn)行稱料，然后先將釩鈦磁鐵精礦粉和作為還原劑的石墨粉置于球磨機(jī)中混合均勻，再加入鐵粉、銅粉、錫粉、鉛粉、硬脂酸鋅和作為潤滑劑的石墨粉繼續(xù)球磨直至得到均勻混合粉料；

（2）將獲得的二次混合粉料裝入模具中，經(jīng)冷壓制制成相對(duì)密度為80～90%的壓坯，冷壓制的壓力為300～500MPa；

（3）將壓坯放置于真空熱壓爐中，在燒結(jié)壓力為0.5～2Mpa下，以升溫速率10~15℃/min進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000～1200℃，保溫時(shí)間為2～4h。

以上方法第（1）步球磨時(shí)可加入適量酒精，以防止物料在高溫下氧化。

以上方法所用的釩鈦磁鐵精礦粉的粒度優(yōu)選200~250目。

以上方法第（2）步冷壓制制成的壓坯相對(duì)密度優(yōu)選85~90%，冷壓制的壓力優(yōu)選400~500?MPa。

以上方法第（3）步的燒結(jié)壓力優(yōu)選1~2?MPa，升溫速率優(yōu)選10~12℃/min，燒結(jié)溫度優(yōu)選1050~1200℃，保溫時(shí)間優(yōu)選2~3h。

本發(fā)明是以天然礦物——釩鈦磁鐵精礦粉為基本原料，在成分配比中加入過量的石墨粉，其中一部分石墨是作為還原劑存在，在燒結(jié)過程中既能實(shí)現(xiàn)碳還原釩鈦磁鐵礦中鐵氧化物得到基體鐵，又能實(shí)現(xiàn)碳與釩鈦磁鐵礦中?TiO₂、V₂O₅?原位反應(yīng)得到?TiC、VC?硬質(zhì)相摩擦劑。另一部分石墨是作為鐵基摩擦材料中的潤滑組元。而釩鈦磁鐵礦中伴生的?Co、Ni可作為鐵基體的合金化元素，伴生的?SiO₂、A1₂0₃、MgO?可作為鐵基摩擦材料的摩擦劑而保留下來。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：