[發(fā)明專利]一種調(diào)節(jié)粉末冶金銅基摩擦材料孔隙度及孔隙結構的方法

有效

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• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107321983B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 曲選輝;張鵬;章林;劉婷婷;方智
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;C22C1/05;C22C9/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種調(diào)節(jié)粉末冶金銅基摩擦材料孔隙度及孔隙結構的方法，屬于制動摩擦材料制備技術領域。工藝流程為：采用氬氣霧化工藝Cu?Fe合金粉末部分替代電解銅粉，利用銅鐵合金粉末(10?240μm)粒度大小搭配以及與其他粉末潤濕性的改善，通過模壓成形和熱壓燒結得到粉末冶金銅基摩擦材料。所得粉末冶金銅基摩擦材料孔隙的數(shù)量尺寸減小，形貌較為圓滑，孔隙分布更加均勻，并形成了多級尺度的孔徑分布，使得材料具有更好的耐磨性、導熱能力以及更穩(wěn)定的摩擦系數(shù)。

技術領域

本發(fā)明涉及制動摩擦材料制備技術領域，特別提供了一種調(diào)節(jié)粉末冶金銅基摩擦材料孔隙度及孔隙結構的方法。

背景技術

粉末冶金銅基摩擦材料除了基體組元、摩擦組元和潤滑組元三大組元外，多孔結構是粉末冶金銅基摩擦材料的重要特征，孔隙被認為是影響粉末冶金摩擦材料摩擦磨損性能的第四大組元，孔隙度、孔徑大小、孔隙結構及孔隙分布的均勻性都是影響閘片摩擦磨損性能的重要因素，國內(nèi)外已經(jīng)把孔隙率作為摩擦材料的一項重要性能指標，粉末冶金銅基摩擦材料通常含有4-15％左右的孔隙。孔隙對摩擦磨損性能的影響包括以下幾個方面：孔隙削弱周圍基體的強度，孔隙邊緣以破碎、撕裂、犁削等多種形式產(chǎn)生磨屑，關系到第三體的形成過程及穩(wěn)定性，進而影響摩擦系數(shù)大小及其穩(wěn)定性；孔隙的存在對摩擦表面膜造成破壞，摩擦表面不易形成完整的表面膜，影響摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性，增加磨耗；孔隙能夠儲存磨粒，降低摩擦表面磨屑的數(shù)量，從而降低磨粒磨損；孔隙使摩擦副之間的接觸變得柔和，制動平穩(wěn)；同時，孔隙影響摩擦副的瞬時結合過程和摩擦面的潤滑狀態(tài)，孔隙率和孔隙結構還影響摩擦材料的導熱效率，對摩擦材料及對偶件的熱疲勞和熱磨損產(chǎn)生影響；此外，摩擦材料的孔隙與制動噪音密切相關，極低的孔隙率容易引起尖銳噪音，較高的孔隙率具有聲學阻尼功能，顯著降低噪音。可見，只有當孔隙度控制在一定范圍內(nèi)時，材料才具有良好的綜合摩擦磨損性能，因此對孔隙結構的精確控制顯得尤為重要。

目前主要通過控制成形和燒結工藝參數(shù)來調(diào)節(jié)粉末冶金銅基摩擦材料的孔隙度及孔隙結構。一般而言，隨著成形壓力、燒結溫度和燒結壓力的增加，材料的致密度逐步增大。但是，由于摩擦材料中高彈性模量的石墨、碳纖維或氧化物的添加，隨著燒結溫度、壓力的升高，材料的致密度可能會有所下降，使得孔隙度和孔隙結構的控制變得復雜，從而導致材料的摩擦磨損性能難于控制。本發(fā)明從調(diào)節(jié)原料粉末的性質(zhì)入手來改善粉末的潤濕性和壓坯的孔隙度，采用不同粒度的近球形氬氣霧化銅鐵合金部分替代樹枝狀電解銅粉。通常情況下鐵以鐵粉形式直接添加到銅基摩擦材料中，過多的鐵粉會分割銅基體，使得材料孔隙率增高，也有研究提出以覆銅鐵粉替換鐵粉，覆銅鐵粉不僅制作工藝復雜，成本高，而且高溫下鐵粉表面的銅易脫落，上述都會使得基體連續(xù)性下降，強度降低，磨損加大。而本發(fā)明采用近球形Cu-Fe霧化粉末，特殊的制作方法使得鐵完全固溶在銅基體中，并且合金粉末的粒度分布范圍廣，利用顆粒尺寸級差配比，也能夠降低材料孔隙率，因此適量的Cu-Fe霧化粉末具有調(diào)節(jié)孔隙度作用，能夠有效地提高銅基摩擦材料的摩擦磨損性能，可見，本發(fā)明能夠從源頭對材料的孔隙度及孔隙結構進行控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)節(jié)粉末冶金銅基摩擦材料孔隙度及孔隙結構的方法，在高壓縮性的電解銅粉中添加適量橢球狀、粒度分布廣的霧化Cu-Fe復合粉末，所制備的粉末冶金銅基摩擦材料具有孔隙度可控，孔隙分布均勻，綜合性能優(yōu)異的特點，

一種調(diào)節(jié)粉末冶金銅基摩擦材料孔隙度及孔隙結構的方法，其特征在于：

步驟一、原料配制：原料包含基體組元、摩擦組元、強化組元和潤滑組元，各組元的構成是：基體組元：50-60％混合粉、混合粉由45-75μm的電解銅粉和銅鐵合金粉組成；摩擦組元：2-6％10-20μmSiO₂粉末、7-10％莫來石，5～15％的Fe粉；強化組元：5～10％Sn粉，1～5％的Ni粉；潤滑組元：1～10％Bi粉、5～10％150-250μm的鱗片石墨，1～5％二硫化鉬粉；