一种铜基粉末冶金摩擦材料及摩擦盘制备方法与流程

本发明涉及摩擦材料制备，具体是一种铜基粉末冶金摩擦材料及摩擦盘制备方法。

背景技术：

1、铁-铜基粉末冶金摩擦材料具有高的导热性，保证摩擦副在制动过程中散热良好，产品应用过程中摩擦磨损性能稳定，在轨道交通、航海航空、工程机械等领域具有广泛的应用。

2、近年来，空中加油技术高速发展，软管加油系统由于结构简单、便于拆装，可同时安装多套系统而被广泛应用，其卷盘装置是加油机完成软管伸出、受油、收回等工作的重要结构。

3、粉末冶金摩擦副首次应用于软管加油系统卷盘装置中，该装置工作状态复杂，要求在低能量低压力低转速条件下，具有较高的制动力矩，因此对粉末冶金摩擦材料提出更高的性能要求。

4、专利cn105506346b提供了一种粉末冶金制动闸片摩擦材料的制备方法，在mm3000摩擦磨损试验机上对材料进行测试，在相当于350km/h的速度下，其平均摩擦系数0.366～0.375。但低能量低转速低压力工况下粉末冶金摩擦材料性能未得到论证。

5、专利cn104384504b提供了一种铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法，其主要成分为铜粉、铁粉、碳化硅粉、硫化锰粉、锆刚玉粉、石墨粉、镍粉、钴粉、氧化铝粉、钾长石粉、硅微粉，其特征在于铜粉60-64份、铁粉6-10份、碳化硅粉3-6份、硫化锰粉3-6份、锆刚玉粉4-7份、石墨粉10-14份、镍粉1-4份、钴粉2-5份、氧化铝粉2-5份、钾长石粉2-5份、硅微粉1-4份。其实施例摩擦系数0.330～0.345，磨损量0.0045～0.0050mm，但并未对其使用、试验工况条件进行说明，不能充分说明粉末冶金摩擦材料性能。

技术实现思路

1、本发明目的：本发明提出一种铜基粉末冶金摩擦材料及摩擦盘制备方法，采用较少的粉末冶金材料组成、合适的配比及工艺方法，提高各组分之间的协调作用，实现材料在低能量低压力低转速条件下具有优良的摩擦磨损性能。

2、技术方案如下：

3、一种铜基粉末冶金摩擦材料，包括以下组分：

4、50％～65％的铜粉、10％～20％的铁粉、2％～5％的钼粉、2％～5％的碳化硅、5％～10％的铬铁粉、2％～6％的铜纤维、5％～10％的石墨，所有材料组分总含量为100％。

5、进一步，所述材料包括以下组分：

6、50％～58％的铜粉、11％～20％的铁粉、2％～5％的钼粉、2％～5％的碳化硅、5％～10％的铬铁粉、2％～6％的铜纤维、5％～9％的石墨，所有材料组分总含量为100％。

7、一种铜基粉末冶金摩擦盘制备方法，所述摩擦盘基于所述的材料制备，所述摩擦盘包括摩擦体和基体；所述方法包括以下步骤：

8、步骤一：按照权利要求1或2中所述的材料组分配比准备原材料；

9、步骤二：利用还原性气体分别对铜粉和铁粉进行加热还原；

10、步骤三：将加热还原后的铜粉和铁粉分别放入球磨机中各自球磨1h～2h；

11、步骤四：按照材料组分配比依次称取球磨后的铜粉、铁粉及其他原材料；

12、步骤五：将全部材料放入双锥混料机中混合15h～20h，得到铜基粉末冶金混合料；

13、步骤六：称取铜基粉末冶金混合料，放入冷压模具中，并用刮平器刮平，然后对铜基粉末冶金混合料冷压成型得到摩擦体；

14、步骤七：选取基体，并对基体进行表面处理；

15、步骤八：将所述摩擦体放置在基体表面并用胶带固定，然后放入钟罩式加压烧结炉中进行加压烧结，得到铜基粉末冶金摩擦盘毛坯；

16、步骤九：将所述铜基粉末冶金摩擦盘毛坯置于压力机上进行第二次冷压成型得到最终的铜基粉末冶金摩擦盘。

17、进一步，所述步骤一中，准备的原材料包括：纯度超过99.8％的电解铜粉；纯度超过98.0％的铁粉；纯度超过98％的碳化硅；cr含量≥60％的铬铁粉；纯度超过99.8％的铜纤维；纯度超过99.5％的钼粉；纯度超过99.00％的鳞片石墨；

18、所述碳化硅粒度大于120目；所述铬铁粉粒度小于200目；所述铜纤维直径为0.02～0.05mm。

19、进一步，所述步骤二中，

20、所述还原性气体包括：氢气、一氧化碳、硫化氢；

21、在氮气气氛保护下，在380℃～450℃高温中利用还原性气体对铜粉还原1.5h～2h；

22、在氮气气氛保护下，在580℃～650℃高温中利用还原性气体对铁粉还原1.5h～2h。

23、进一步，所述步骤四中，在称取的铜粉、铁粉及其他原材料中加入混合油，每公斤原材料加入10ml混合油。

24、进一步，所述步骤六中，冷压成型时对混合料施加压强为400mpa～600mpa，保压时间10s～15s。

25、进一步，所述步骤八中，加压烧结时的温度为950℃～1000℃，升温速度为5℃/min～7℃/min，保温时间210min～240min；

26、加压烧结时在摩擦体表面施加15kg/cm2～21kg/cm2的压力；

27、烧结结束后对钟罩式加压烧结炉水浴冷却至60℃以下卸压出炉。

28、进一步，所述步骤九中，第二次冷压成型压力为1.0t/cm2～1.5t/cm2，保压时间5s～8s。

29、与现有技术相比，本技术有以下技术效果：

30、1.本发明科学地设计高性能铁-铜基粉末冶金摩擦材料的各成分组成，以铜、铁为基体元素，采用碳化硅、铬铁粉、铜纤维作为摩擦元素，在材料内部形成颗粒增强机制和纤维增强机制，提高材料的摩擦性能，钼粉作为合金元素强化基体，制备的铜基摩擦材料具有良好的摩擦磨损性能、抗氧化性能及机械性能。

31、2.本发明根据材料使用工况，选用适合的原材料组成，设计独特的材料配比、压制参数及烧结参数，采用粉末冶金技术制备满足使用条件的粉末冶金摩擦材料。

32、3.本发明中摩擦元素选用碳化硅、铬铁粉、铜纤维在材料内部同时形成颗粒增强和纤维增强机制，两种增强机制共同作用，可通过较少元素组成，实现材料高摩擦性能的要求。

33、4.本发明加入合金元素钼粉，工作中受热易于氧化，可降低刹车装置表面温度，提高材料稳定性。

34、5.本发明加入铁粉，不仅作为基体元素，又作为合金元素，与钼粉同时作用，提高基体材料的强度、硬度、抗氧化性等；还作为摩擦元素，高温烧结时，与石墨形成珠光体组织，可较大程度提高材料的摩擦系数及耐磨性。

35、6.本发明中提出对基体进行表面处理，增强摩擦材料压坯与基体的粘结性。

36、7.本发明中将烧结后的铁-铜基粉末冶金摩擦材料制品进行第二次冷压成型，提高材料的物理性能、摩擦磨损等性能。

37、8.本发明制备的铁-铜基粉末冶金摩擦副在低能量低压力低转速工况体现出优异的摩擦磨损性能。

38、9.本发明制备的铁-铜基粉末冶金摩擦副首次应用于某软管加油系统卷盘装置，可同时满足多种复杂工作状态需求。