[發(fā)明專利]高硬度低磨損銅基摩擦材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310681741.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN103639414A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜久興;王振華;許健君;徐帆;陳國遠(yuǎn);張光宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/16
• 分類號(hào): B22F3/16;B22F3/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 侯靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種銅基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，銅基復(fù)合材料以其良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和摩擦特性，在機(jī)械加工、交通運(yùn)輸和微機(jī)械學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，在銅基摩擦材料上仍存在硬度低，材料燒結(jié)后的致密度不高以及磨損率高等一些問題，尤其是在高速鐵路制動(dòng)材料方面的應(yīng)用。現(xiàn)有銅基摩擦材料含碳量較低，無論是復(fù)合材料的摩擦性能還是潤(rùn)滑性能都較差，同時(shí)銅與碳互不潤(rùn)濕，兩種材料界面結(jié)合較差，在傳統(tǒng)的制備工藝條件下，容易出現(xiàn)復(fù)合材料成分偏析，燒結(jié)密度低，硬度較低，磨損量較高等問題。基于以上問題，使得現(xiàn)有制備材料方法不能適應(yīng)高速減摩擦材料發(fā)展和大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)化的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的銅基摩擦材料燒結(jié)后的相對(duì)密度較低、硬度低、磨損率高的技術(shù)問題，提供了一種燒結(jié)后相對(duì)密度高、硬度高、低磨損率的銅基摩擦材料的制備方法。

銅基摩擦材料的制備方法如下：

一、混料：將30～70重量份的碳粉、50重量份的鐵粉、100重量份的銅粉、10重量份的鉻粉、5重量份的二氧化硅和3重量份的三氧化鉬混合，放入臥式混料機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為50r/min～200r/min的條件下轉(zhuǎn)動(dòng)1h～5h，再加入聚乙烯醇溶液后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)1h～5h，然后所得粉末放入烘干箱干燥1h～5h；

二、冷壓成型：取步驟一干燥后的粉末放入模具中，在200MPa～500MPa的壓力下成型，得到冷壓樣品；

三、熱壓燒結(jié)：將冷壓樣品放入熱壓模具中，在氣氛的保護(hù)下，在壓力為1MPa～10MPa、溫度為800～1000℃的條件下，燒結(jié)1h～5h小時(shí)，得到一次燒結(jié)樣品；

四、擠壓鑄造：將一次燒結(jié)樣品裝入低碳鋼套中密閉封裝，在900℃～1100℃的溫度下，進(jìn)行擠壓，使其縮頸比達(dá)到4﹕1，擠壓強(qiáng)度為1200kN～1800kN，擠壓速度為10mm/s～30mm/s，擠壓后得到高硬度低磨損率銅基摩擦材料。

步驟一中所述的聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的濃度為5%，聚乙烯醇溶液的加入量為粉料總質(zhì)量的5%。

步驟一中所述碳粉是人造石墨碳粉或天然鱗片石墨。

步驟一中所述碳粉的粒徑為50um～250um。

步驟三中所述的氣氛為氫氣氣氛或氬氣氣氛。

本發(fā)明首先采用干混的方法可以使幾種不同的粉料均勻混合，后加入聚乙烯醇使碳和其他粉體表面濕潤(rùn)并有粘性，更容易使得碳和其他粉體進(jìn)行均勻混合；本發(fā)明方法可獲得硬度和摩擦系數(shù)可控的銅基復(fù)合材料，從而滿足不同的需求；采用本發(fā)明所得的銅基摩擦材料的相對(duì)密度達(dá)到了98.9%，硬度為38HB（未經(jīng)過擠壓鑄造的銅基摩擦材料的相對(duì)密度為91.5%～93.1%，硬度為22～27HB），使得復(fù)合材料的相對(duì)密度提高了2%～7%，硬度提高了50%～75%，并且磨損率降低了40%～85%。

附圖說明

圖1是實(shí)驗(yàn)一中所得銅基摩擦材料的掃描電鏡圖片；

圖2是圖1中黑框區(qū)域的能譜分析圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式銅基摩擦材料的制備方法如下：

一、混料：將30～70重量份的碳粉、50重量份的鐵粉、100重量份的銅粉、10重量份的鉻粉、5重量份的二氧化硅和3重量份的三氧化鉬混合，放入臥式混料機(jī)中，在轉(zhuǎn)速為50r/min～200r/min的條件下轉(zhuǎn)動(dòng)1h～5h，再加入聚乙烯醇溶液后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)1h～5h，然后所得粉末放入烘干箱干燥1h～5h；

二、冷壓成型：取步驟一干燥后的粉末放入模具中，在200MPa～500MPa的壓力下成型，得到冷壓樣品；

三、熱壓燒結(jié)：將冷壓樣品放入熱壓模具中，在氣氛的保護(hù)下，在壓力為1MPa～10MPa、溫度為800～1000℃的條件下，燒結(jié)1h～5h小時(shí)，得到一次燒結(jié)樣品；

四、擠壓鑄造：將一次燒結(jié)樣品裝入低碳鋼套中密閉封裝，在900℃～1100℃的溫度下，進(jìn)行擠壓，使其縮頸比達(dá)到4﹕1，擠壓強(qiáng)度為1200kN～1800kN，擠壓速度為10mm/s～30mm/s，擠壓后得到高硬度低磨損率銅基摩擦材料。

本實(shí)施方式所得的銅基摩擦材料的相對(duì)密度達(dá)到了98.9%，硬度為38HB（未經(jīng)過擠壓鑄造的銅基摩擦材料的相對(duì)密度為91.5%～93.1%，硬度為22～27HB），使得復(fù)合材料的相對(duì)密度提高了2%～7%，硬度提高了50%～75%，并且磨損率降低了40%～85%。