专利名称：高舒适性湿式离合器铁基摩擦片和对偶片摩擦组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及摩托车行业的离合器用湿式摩擦片及对偶片组件，以及采用本摩擦片和对偶片摩擦组件装配的摩托车离合器。
背景技术：
摩托车离合器的摩擦片工作在油浴中，其工作油温通常为-40°C到+120°C，当摩擦片工作面在半离合状态下工作时，其温度常常超过+120°C，而且随着发动机转速升高和和半离合时间延长，摩擦片工作面温度不断提高。目前在摩托车离合器中广泛使用的湿式摩擦片采用的是橡胶软木基材料，存在不耐高温、工作寿命短、抗过载能力弱等问题。尤其随着摩托车技术的发展，排量不断增大，现有湿式摩擦片常常在重载起步时发生异响、产生振动，并早期烧蚀。在摩托车经常出现的故障中，摩擦片烧蚀占了很大比例，特别是三轮车、 沙滩车、大排量的赛车及越野车，摩擦片烧蚀失效已经严重影响其市场，迫切需要开发一种抗烧蚀能力强，并具有高耐磨性和高摩擦系数的摩擦片和与之匹配的对偶片。铜基和纸基摩擦材料在湿式摩擦条件下具有优良的性能，但是其工艺复杂价格较贵，不适合在摩托车行业广泛使用。针对这一现状，中国专利文献ZL20091002442. 9公开了一种可以用于湿式条件的摩托车离合器铁基摩擦片和对偶片，该摩擦片与对偶片在摩托离合器工作时的湿式摩擦条件下的动摩擦系数可以达到0. 09-0. 13，满足摩托车离合器湿式摩擦片的设计要求；而且该摩擦片和对偶片可以承受很大的载荷突变，不会发生烧蚀，非常适合摩托车离合器中的使用条件，解决了摩擦片烧蚀的难题。然而，在使用中发现，这种摩擦片和对偶片组成的摩擦副，在湿式条件下存在动静摩擦系数比偏低的问题，配对用于摩托车离合器中，起动时经常出现异响和振动，极大地降低了驾乘人员的舒适感。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，特别是湿式铁基摩擦片和对偶片动静摩擦系数比偏低，导致摩托车驾乘舒适性下降的问题，提出一种铁基粉末冶金摩擦片和对偶片摩擦组件，用于摩托车湿式离合器，在保证抗烧蚀、耐磨损抗和过载能力的前提下， 提高摩擦副的动静摩擦系数比，改善摩托车的驾乘舒适性。本发明的技术方案如下
本发明提出的摩托车离合器铁基摩擦片采用铁基粉末冶金材料烧结而成，摩擦片采用铁基粉末冶金材料烧结而成，该铁基摩擦片的成分为(重量百分比)锰1.0-5. 0%、铜 1. 0-5. 5%、石墨 4. 5-9. 5%，其余为铁。进一步，在基粉末冶金摩擦片中还可以含有以下物质中的一种或几种做辅助组分硅、钼、铬、镍、钨、二氧化硅、硫化钙、二硫化钼，这几种辅助组分的添加量按重量百分比计分别为0. 2-5. 0%，总量不超过10%。若要达到较优的综合性能(包括耐磨性、强度、性价比等)，该铁基摩擦片的材料配方最好按以下重量百分比的组分进行配比锰1. 5-3. 5%、石墨5. 0-8. 5%、铜1. 0-3. 5%、镍1.0-2. 5%、硅 1. 0-3. 5%、钼 0. 5-1. 5%、二氧化硅 1. 0-4. 5%，其余为铁。采用上述组成的摩擦片经过表面处理，表面处理的方式为渗硫、蒸汽处理、渗铝、 氮化或渗硼中的任何一种。与上述摩擦片配对的对偶片为经过表面处理的钢片，其中钢材可以采用08A1、10、 15、20、09Mn2或15Cr钢中的任何一种，表面处理的方式为渗碳、渗硫、渗硼、氮化或软氮化中的任何一种。本发明人在充分考虑配对使用的摩擦片和对偶片应具备合理动静摩擦系数及其比值、耐磨性、强度、抗咬合等性能的基础上。采用粉末冶金技术，以铁为基，加入一些合金元素和化合物，合理组配这些合金元素和化合物的含量，通过适当的压制、烧结工艺制成摩擦片；选择合适的钢板，采用冲压工艺制成对偶片；在对二者的配对摩擦性能进行研究的基础上，进一步开发出适用于二者的表面处理技术，使二者在湿式条件下配对使用时，表现出十分优异的性能，充分满足摩托车离合器的使用要求。本发明在铁基中添加石墨在压制过程中具有较好的润滑作用，保证粉末的压制成形性能；烧结高温过程中，部分石墨固溶于奥氏体状态的铁基体中，冷却时形成铁素体、渗碳体和珠光体，使材料具有良好的基体组织，具备一定的摩擦性能和力学性能；同时，保持
2.5%以上的石墨不固溶于铁基体中，仍然以游离石墨状态保留在材料中，产生稳定摩擦系数和固体润滑的作用，改善材料的湿式摩擦性能。本发明石墨的添加量(重量百分比)为4. 5-9. 5%，其烧结后的金相组织主要为铁素体+渗碳体+珠光体+石墨+铜相+孔隙。而中国专利ZL20091002442. 9所发明的湿式铁基摩擦片中含有碳0. 1-1.5%，在烧结过程中，这些碳绝大部分溶入奥氏体状态的铁基体中，冷却过程中转变为珠光体和铁素体，因此其金相组织主要为细片状珠光体+铁素体+孔隙，没有渗碳体和石墨组织，导致其动静系数比偏低，降低了摩托车的驾乘舒适性。本发明对石墨的用量选择十分关键，当石墨添加量低于4. 5%时，存在于烧结后摩擦片中的游离石墨少于2. 5%，不能有效地发挥改善基体组织和湿式摩擦性能的作用；但当添加量高于9. 5% 时，压坯强度过低，无法整体成形烧结。本发明在铁基中还引入锰、铜、硅、镍元素，其中锰、硅、镍溶于铁基体中，铜部分溶于铁基体，部分以游离铜相形式存在，从而强化基体组织、改善材料强度和硬度，获得必要的耐磨性，并增加湿式条件下的摩擦系数。本发明的摩擦片金相组织中铜相的存在是与中国专利ZL20091002442. 9所发明的湿式铁基摩擦片金相组织的又一重要区别；铜相在本发明的摩擦片中具有十分重要的作用，该相可以抵消石墨引起的摩擦系数损失，从而保证摩擦片在湿式条件下具有足够高的动静摩擦系数。引入钼、钨、铬元素，形成弥散分布的、含钼、钨、铬的特殊碳化物，使烧结后组织变成铁素体+渗碳体+珠光体+石墨+铜相+特殊碳化物+孔隙，从而提高材料的高温力学性能，确保在摩擦偶件在半离合条件下工作，表面温度急剧升高的条件下，仍然具有足够的耐磨性。这些元素的添加量必须在一定的范围内 (重量百分比):硅 0. 2-5. 0%、钼 0. 2-5. 0%、铬 0. 2-5. 0%、镍 0. 2-5. 0%、钨 0. 2-5. 0%,当添加量低于所述范围时，不能达到所需要的强化和改善摩擦的目的；当添加量高于所述范围时，增加压制和烧结工艺难度，尤其是增加对偶片的损伤。进一步地，在本发明的铁基粉末冶金摩擦片中还可以进一步加入二氧化硅、硫化钙、二硫化钼，这些化合物不与铁基体反应，均以独立形式存在于烧结组织中，其中硫化物的作用主要是产生固体润滑，防止咬合，而氧化物的作用主要是提高摩擦系数和抗磨损能力。这些化合物的添加量(重量百分比)均必须在0.2-5%的范围内。当添加量低于所述范围时，不能达到改善摩擦性能的目的；当添加量高于所述范围时，材料成形困难，无法整体压制烧结。以上辅助组元的总量不超过10%。为了获得优良的摩擦性能，摩擦片压制烧结以后，还需要进行表面处理，表面处理的工艺为渗硫、蒸汽处理、渗铝、氮化或渗硼中的任何一种；并且通过合理控制温度、气氛、 时间等工艺参数，使表面处理层具有纳米级的组织结构。其中，其中渗硫和蒸汽处理可以提高摩擦片的自润滑和抗咬合性能，渗铝、氮化和渗硼处理可以提高摩擦片的耐磨性和摩擦系数；纳米级的组织结构则保证了表面处理层优良性能的充分发挥和与基体的优良结合强度，大大延长表面处理层的使用寿命。与上述摩擦片配对使用的对偶片可以选用08Α1、10、15、20、09Μη2或15Cr钢中的任何一种制成，选用这些钢材的原因是其具有良好的冲压性能，便于冲压加工成型。为了获得良好的摩擦性能和力学性能，对偶片还需要进行表面处理，表面处理的工艺是渗碳、渗硫、渗硼、氮化或软氮化中的任何一种；并且通过合理控制温度、气氛、时间等工艺参数，使表面处理层具有纳米级的组织结构。其中，渗硫主要是提高对偶片的自润滑和抗咬合性能，渗碳、渗硼、氮化或软氮化主要是提高对偶片的耐磨性和摩擦系数，并改善动静摩擦系数比；纳米级的组织结构则保证了表面处理层优良性能的充分发挥和与基体的优良结合强度，大大延长表面处理层的使用寿命。为了达到良好的使用效果，摩擦片与对偶片的表面处理技术需要进行特定的搭配。当摩擦片不进行表面处理时，对偶片应进行渗硼或氮化处理；当摩擦片进行渗硫或蒸汽处理时，对偶片应进行渗碳、渗硼或软氮化处理；当摩擦片进行氮化处理时，对偶片应进行渗硫、氮化或软氮化处理；当摩擦片进行渗铝处理时，对偶片应进行渗硼或氮化处理；当摩擦片进行渗硼处理时，对偶片应进行渗碳或渗硼处理。在上述摩擦片与对偶片的表面处理技术搭配条件下，二者在湿式条件下配对使用时，能够保证足够的动静摩擦系数、0. 65以上的动静摩擦系数比、高的耐磨性，并且不烧片、不咬合，充分满足摩托车离合器的使用要求。制备上述摩托车离合器铁基粉末冶金摩擦片的方法步骤如下 (1)混料先按配方比例将原料装入混料机，混合均勻。(2)压制将混合均勻的原料装入模具，通过压力机压制成形。(3)烧结将压制成型的产品送入烧结炉中烧结。(4)整形对于烧结后达不到平整度要求的产品在压机上用模具进行校平或校平机上校平。(5)表面处理在专门的表面处理设备中进行渗硫、蒸汽处理、渗铝、氮化或渗硼处
理
(6)成品。制备对偶片的工艺步骤如下
(1)冲制选用尺寸合适的钢板和模具，在冲床上冲压成型。(2)去毛刺将冲制好的对偶片边缘的毛刺去除干净。(3)表面处理在专门的表面处理设备中进行渗碳、渗硫、渗硼、氮化或软氮化处
(4)成品。本发明的技术效果如下
(1)舒适性和可靠性高。本发明提出的摩擦片和对偶片构成的摩擦组件，其湿式条件下的动静摩擦系数接近，起动时无打滑现象，因此不会产生噪声和振动，保证了摩托车的驾乘舒适性；同时，由于该摩擦组件的耐磨性和抗咬合性能优异，重载起动和运行条件下不会严重损伤和咬合，因此具有很高的可靠性。(2)使用寿命长。本发明采用铁基材料，按粉末冶金工艺流程生产成摩擦片，并经过适当的表面处理，与经表面处理的对偶片构成摩擦组件，应用于湿式工作状态中，与传统的橡胶软木基摩擦片相比，具有很强的抗过载能力和很长的使用寿命。(3)生产成本低。铁基材料只有铜基材料的六分之一到十分之一；并且整体采用粉末冶金工艺制造，相对于铜基摩擦片、纸基摩擦片及基层+摩擦层组合摩擦片的制造工艺更为简单。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明的技术作进一步说明
实施例1至观的摩擦片材料配方见表1。摩擦片的表面处理方法见表2 ；其对偶片的选用材料和表面处理方法见表3。表1摩擦片成分配方(wt%，__表示没有添加，余量均为铁)
实施例石墨锰铜镍硅钼铬钨SiO2CaSMoS214. 51. 01. 027. 55. 03. 539. 53. 05. 545. 01. 51. 51. 03. 50. 5——1. 0——57. 02. 55. 51. 52. 01. 5——2. 5——68. 55. 03. 52. 51. 01. 0——4. 5——74. 51. 01. 00. 21. 51. 5—2. 0—2. 5—87. 05. 03. 51. 50. 2—2. 0—2. 5——99. 53. 05. 52. 0—0. 2——1. 0——104. 51. 01. 0—2. 0—0. 21. 5——3. 5118. 05. 03. 5—1. 0—1. 50. 2—2. 5—129. 53. 05. 53. 0—1. 0——0. 2——134. 51. 01. 0—1. 5—2. 0——0. 2—147. 05. 03. 5——1. 5——1. 5—0. 2154. 51. 01. 05. 0167. 05. 03. 5—5. 0179. 53. 05. 5——5. 0184. 51. 01. 05. 0197. 55. 03. 55. 0———205. 53. 05. 55. 0——214. 51. 02. 05. 0—225. 53. 05. 55. 0234. 51. 01. 03. 01. 5—1. 50. 52. 51. 0—248. 55. 03. 5—2. 01. 52. 0—1. 51. 02. 0259. 53. 05. 52. 0—1. 5—0. 52. 02. 0—264. 51. 01. 01. 52. 5—1. 5——1. 5—
权利要求
1.湿式离合器铁基摩擦片和对偶片摩擦组件，摩擦片采用铁基粉末冶金材料烧结而成，其特征在于所述铁基摩擦片的成分按重量百分比包括锰1. 0-5. 0%、铜1. 5. 5%、石墨4. 5-9. 5%，其余为铁；所述对偶片采用08A1、10、15、20、09Mn2或15Cr钢中的任何一种制作，并且进行表面处理，表面处理的方式为渗硼或氮化。
2.根据权利要求1所述的湿式离合器铁基摩擦片和对偶片摩擦组件，其特征在于所述铁基摩擦片的成分还含有重量百分比0. 2-10%的辅助组元，所述辅助组元为硅、钼、铬、 镍、钨、二氧化硅、硫化钙、二硫化钼中的一种或几种，单个辅助组元的添加量按重量百分比计分别为0. 2-5. 0%，总量不超过10%。
3.根据权利要求2所述的湿式离合器铁基摩擦片和对偶片摩擦组件，其特征在于 所述铁基摩擦片的成分按重量百分比为锰1. 5-3. 5%、石墨5. 0-8. 5%、铜1. 5-3. 5%、镍 1. 0-2. 5%、硅 1. 0-3. 5%、钼 0. 5-1. 5%、二氧化硅 1. 0-4. 5%，其余为铁。
4.根据权利要求1或2或3所述的湿式离合器铁基摩擦片和对偶片摩擦组件，其特征在于所述摩擦片经烧结完成以后，再经过表面处理，表面处理的方式为渗硫、蒸汽处理、渗铝、氮化或渗硼中的任何一种；所述对偶片的表面处理方式除氮化和渗硼外，还可以采用渗碳、渗硫或软氮化中的任何一种。
5.根据权利要求4所述的湿式离合器铁基摩擦片和对偶片摩擦组件，其特征在于摩擦片与对偶片的表面处理技术需要进行特定的搭配当摩擦片进行渗硫或蒸汽处理时，对偶片应进行渗碳、渗硼或软氮化处理；当摩擦片进行氮化处理时，对偶片应进行渗硫、氮化或软氮化处理；当摩擦片进行渗铝处理时，对偶片应进行渗硼或氮化处理；当摩擦片进行渗硼处理时，对偶片应进行渗碳或渗硼处理。
6.一种摩托车离合器，使用权利要求1或2或3所述的任何一种铁基摩擦片和对偶片摩擦组件。
7.—种摩托车离合器，使用权利要求5所述的任何一种铁基摩擦片和对偶片摩擦组件。
全文摘要
本发明提出一种高舒适性的摩托车湿式离合器铁基摩擦片和对偶片摩擦组件，以及采用该摩擦片和对偶片制作的摩托车离合器。摩擦片采用铁基粉末冶金材料整体烧结而成，主要合金元素有锰、碳、镍、铜、钼、硅、铬、钨，并添加硫化铁、二氧化硅、硫化钙、二硫化钼中的一种或几种化合物组元，其余为铁；摩擦片烧结以后，经过适当的表面处理，与经过特殊表面处理的钢制对偶片配对，适合在湿式条件下使用，具有较高的摩擦系数、合适的动静摩擦系数比以及很好的耐磨性，用于摩托车离合器，具有抗过载、抗烧蚀、抗咬合能力强和使用寿命长等优点，而且起动时无异响、无振动，保证了摩托车的驾乘舒适性。
文档编号F16D69/02GK102410327SQ20111021396
公开日2012年4月11日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者曾维建, 李俊 申请人:璧山县三泰粉末冶金有限公司