專利名稱：一種imc氮化硅陶瓷基復(fù)合剎車片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合剎車片的制作方法，特別是一種鐵鋁金屬間化合物作為基體的汽車制動(dòng)剎車片的制作方法。
背景技術(shù)：
汽車制動(dòng)剎車片是控制和保障汽車安全行駛的重要功能零件。近年來，公路、鐵路交通發(fā)展加速了汽車、火車等運(yùn)輸機(jī)械高速重載化的進(jìn)程，從而對制動(dòng)裝置中摩擦材料的性能提出了更高的要求。車輛行駛速度的提升要求摩擦材料能夠在較寬的速度、溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的摩擦性能?，F(xiàn)有技術(shù)中，已有剎車片材料多為金屬制作，在使用中存在長時(shí)間剎車摩擦放熱、 剎車片金屬軟化、強(qiáng)度降低等缺陷，造成剎車失效，嚴(yán)重影響行車安全。分析大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)國際上摩擦材料研究及應(yīng)用情況，對新型陶瓷材料配方的摩擦材料綜合性能評定、摩擦磨損機(jī)制等方面進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，采用陶瓷與金屬或金屬間化合物復(fù)合可在一定程度上改善摩擦材料的性能。而在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，經(jīng)常采用陶瓷與金屬配副，由于陶瓷與金屬硬度、熱傳導(dǎo)率有較大差異，嚴(yán)重影響著配副雙方的使用壽命，不同的配副材料和使用不同的潤滑劑其雙方磨損速率差異比較大，盡管銅基和鐵基為主的粉末冶金摩擦材料體獲得了廣泛的應(yīng)用，但是粉末冶金摩擦材料由于上述原因致使其摩擦性能以及應(yīng)用方面仍存在某些缺陷，例如銅基摩擦材料具有良好的導(dǎo)熱性，耐磨性，摩擦性能穩(wěn)定，對偶件磨損小等優(yōu)點(diǎn)，但高溫性能差，成本高，因而極大限地制了其應(yīng)用；鐵基摩擦材料的耐磨性、柔軟性通常不如銅基材料，但其摩擦系數(shù)高，耐熱性好，實(shí)際使用成本并不高于石棉基材料且無毒、 安全可靠，因而日益受到人們的重視，但鐵基摩擦材料仍然存在很多不足之處，如高溫磨損嚴(yán)重，易與對偶件表面“粘著”，對偶件磨損大，而且抗氧化性差，易銹蝕，對其摩擦性能有很大影響?；谏鲜霈F(xiàn)有技術(shù)，以!^e3AVSi3N4作為基體材料可在一定程度上改善現(xiàn)有剎車片的缺陷，提高剎車片軟化溫度。金屬間化合物(IMC)原子排列長程有序，結(jié)合力強(qiáng)，兼有金屬鍵和共價(jià)鍵特征，具有高溫結(jié)構(gòu)材料所期望的優(yōu)異性能而成為近二十年來材料研究的熱點(diǎn)之一。其中，F(xiàn)e-Al系金屬間化合物原料易得、成本低廉、比重小、比強(qiáng)度高，且具有優(yōu)異的抗高溫氧化和耐腐蝕性能，是航空航天、汽車、化工等領(lǐng)域極具潛力的工程材料。Fe-Al系金屬間化合物中最受關(guān)注的是I^e3Al和!^Al金屬間化合物。！^e3Al金屬間化合物一般是指鋁含量為25-35 at%的!^e-Al合金，具有超點(diǎn)陣晶體結(jié)構(gòu)，原子間的結(jié)合既有金屬鍵，又有共價(jià)鍵和離子鍵，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了它的特殊性能，其抗氧化、硫化性，抗硝酸腐蝕性以及高溫強(qiáng)度、高溫蠕變性能都優(yōu)于大部分金屬材料，而導(dǎo)熱性與塑性好于非金屬材料，是介于合金與陶瓷之間的一種新型廉價(jià)材料，被稱為半金屬-半陶瓷材料。最近研究表明!^e3Al基合金還具有良好的抗粘著磨損、磨粒磨損和高溫下抗腐蝕磨損的性能，是一種潛在的良好的耐磨材料。因此，嘗試將!^e3Al金屬間化合物作為摩擦材料的基體，利用其耐磨、耐腐蝕、 高溫強(qiáng)度好等方面的優(yōu)勢，添加起增摩、減磨作用的其他組元，通過成分設(shè)計(jì)和燒結(jié)工藝調(diào)
3整，獲得一種綜合性能良好且低成本的新型粉末冶金摩擦材料。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有汽車剎車片在汽車剎車過程中，由于摩擦過熱、磨損嚴(yán)重等不足，本發(fā)明提供一種IMC氮化硅陶瓷基復(fù)合剎車片的制作方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的措施是一種IMC氮化硅陶瓷基復(fù)合剎車片的制作方法，該方法是通過下列步驟實(shí)現(xiàn)的
(1)機(jī)械合金化制備!^3AVSi3N4復(fù)合材料；
(2)將步驟(1)所制備的!^e3AVSi3N4復(fù)合材料磨成1200目；
(3)再將上述步驟(2)磨后的!^e3AVSi3N4復(fù)合材料82-97份，石墨粉1_15份，Al2O3粉 1-5份混合均勻，在石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1300°C，升溫速率5-20°C /min，軸向壓力為5-20 MPa，保溫時(shí)間10_60min，自然隨爐冷卻，制得!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料；
(4)將步驟(3)制得!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料加工成相應(yīng)的剎車片，即為!^e3Al/ Si3N4基復(fù)合剎車片；
(5)將步驟(4)制得的!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片與相應(yīng)的鋼片通過高溫壓制貼合，制得!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片。在上述的技術(shù)方案中，所述機(jī)械合金化制備!^e3AVSi3N4復(fù)合材料是將i^e3Al/Si3N4 復(fù)合材料加入到球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混料，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為380 r/min，球磨混料時(shí)間為4小時(shí)；所述加工成相應(yīng)的剎車片是采用金剛石切割機(jī)或電火花線切割機(jī)對I^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料進(jìn)行加工切割成相應(yīng)的剎車片；所述!^3AVSi3N4基復(fù)合剎車片與相應(yīng)的鋼片通過高溫壓制貼合是在溫度為200-260°C，壓力為8-12MI^下，在燒結(jié)爐內(nèi)一次成型進(jìn)行壓制及固化。實(shí)施本發(fā)明所提供的一種IMC氮化硅陶瓷基復(fù)合剎車片的制作方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其制作成本低廉，工藝簡單，有利于規(guī)模化生產(chǎn)，所制得的剎車片對對偶件的摩擦磨損較小，無噪音、無震顫、不傷盤，摩擦系數(shù)優(yōu)異，長時(shí)間連續(xù)制動(dòng)時(shí)仍然保持良好的制動(dòng)效果，平均磨損率較低，抗熱衰退性能和摩擦磨損穩(wěn)定性能優(yōu)異。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作出進(jìn)一步的說明，以所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為準(zhǔn)
實(shí)施本發(fā)明所提供的一種IMC (金屬間化合物)氮化硅陶瓷基復(fù)合剎車片的制作方法， 其所述制作方法如下
(1)采用現(xiàn)有的機(jī)械合金化設(shè)備及其方法制備!^3AVSi3N4復(fù)合材料，或者是將!^e3Al/ Si3N4復(fù)合材料加入到行星式高能球磨機(jī)中，進(jìn)行球磨混料，球磨混料時(shí)間為4小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為380 r/min，球磨罐為樹脂罐；
(2)將所制備的!^e3AVSi3N4復(fù)合材料磨碎至細(xì)度為1200目；
(3)將!^3AVSi3N4復(fù)合材料82-97份，石墨粉1_15份，Al2O3粉1_5份混合均勻，在石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)至1300°C，升溫速率5-20°C /min，軸向壓力為5-20 MPa，保溫時(shí)間10-60min，自然隨爐冷卻，得到!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料；(4)將上述步驟(3)得到的!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料采用金剛石切割機(jī)或電火花線切割機(jī)對!^3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料進(jìn)行加工切割成相應(yīng)的剎車片，即制得!^e3Al/ Si3N4基復(fù)合剎車摩擦片；
(5)將上述步驟(4)制得的!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片與相應(yīng)的鋼片，在溫度為 200-260°C，壓力為8-12MI^下，在燒結(jié)爐內(nèi)一次成型進(jìn)行壓制及固化貼合，制得所述 !^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片。為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的一種IMC (金屬間化合物)氮化硅陶瓷基復(fù)合剎車片的制作方法，本發(fā)明通過具體實(shí)施例來進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如下
實(shí)施例1
將!^e3AVSi3N4復(fù)合材料加入到球磨罐為樹脂罐的行星式高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混料， 球磨混料時(shí)間為4小時(shí)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為380 r/min;將所制備的!^e3AVSi3N4復(fù)合材料磨碎至細(xì)度1200目，再將!^e3AVSi3N4復(fù)合材料82份、石墨粉15份，Al2O3粉3份，在球磨機(jī)種混合均勻，并置于60cmX 60cmX 20cm的石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)溫度為1300°C，升溫速率為:5-200C /min，軸向壓力為:5-20 MPa，保溫時(shí)間為:10-60min,自然隨爐冷卻后；即制得!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料，根據(jù)汽車剎車片大小的需要，采用金剛石切割機(jī)或電火花線切割機(jī)對I^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料進(jìn)行加工切割成中小型相應(yīng)的汽車剎車片， 即制得本發(fā)明所述的I^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車摩擦片，用于中小型汽車剎車片使用。實(shí)施例2
機(jī)械合金化制備!^3AVSi3N4復(fù)合材料，并將所制備的!^3AVSi3N4復(fù)合材料磨碎至細(xì)度1200目，再將!^e3AVSi3N4復(fù)合材料92份、石墨粉5份，Al2O3粉3份球磨混合均勻，置于 60CmX60CmX20Cm的石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)至1350°C，升溫速率15°C /min，軸向壓力為5-20 MPa，保溫時(shí)間為10-60min，自然隨爐冷卻后的產(chǎn)品，即為i^e3Al/Si3N4基復(fù)合剎車片原料，根據(jù)中型汽車噸位，設(shè)計(jì)需要的剎車片，后將制得的I^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料加工成合適形狀的汽車剎車片，即為最終產(chǎn)品，用于1.5噸的中型汽車剎車片使用。實(shí)施例3
機(jī)械合金化制備!^3AVSi3N4復(fù)合材料，將所制備的!^3AVSi3N4復(fù)合材料磨碎至細(xì)度1200目，將!^3AVSi3N4復(fù)合材料87份、石墨粉10份，Al2O3粉3份球磨混合均勻，置于IOOcmX IOOcmX 30cm的石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)至1350°C，升溫速率為12°C / min，軸向壓力為10 MPa，保溫時(shí)間為:40min,自然隨爐冷卻后的產(chǎn)品，即為!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料，根據(jù)汽車剎車設(shè)計(jì)需要，將以上得到的原料加工成合適形狀，即為最終產(chǎn)品，作為中小型汽車剎車盤及鼓片使用。實(shí)施例4
機(jī)械合金化制備I^e3AVSi3N4復(fù)合材料，將所制備的!^e3AVSi3N4復(fù)合材料磨碎至細(xì)度 1200目，將磨細(xì)的!^3AVSi3N4復(fù)合材料97份、石墨粉0.5份，Al2O3粉2. 5份球磨混合均勻，置于60CmX60CmX20Cm的石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)至1350°C，升溫速率15°C / min，軸向壓力為20 MPa，保溫時(shí)間為60min，自然隨爐冷卻后的產(chǎn)品即為i^e3Al/Si3N4基復(fù)合剎車片原料，根據(jù)汽車剎車設(shè)計(jì)需要，將以上得到的原料加工成合適形狀即為最終產(chǎn)品， 用于3. 5噸以上貨載車剎車片使用。
權(quán)利要求
1.一種IMC氮化硅陶瓷基復(fù)合剎車片的制作方法，其所述制作方法如下(1)機(jī)械合金化制備!^3AVSi3N4復(fù)合材料；(2)將步驟(1)所制備的!^e3AVSi3N4復(fù)合材料磨成1200目；(3)再將步驟(2)磨后的!^e3AVSi3N4復(fù)合材料82-97份，石墨粉1-15份，Al2O3粉1-5份混合均勻，在石墨模具中，進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1300°C，升溫速率5-20°C /min, 軸向壓力為5-20 MPa，保溫時(shí)間10-60min，自然隨爐冷卻，制得!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料；(4)將步驟(3)制得!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料加工成相應(yīng)的剎車片，即為!^e3Al/ Si3N4基復(fù)合剎車片；(5)將步驟(4)制得的!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片與相應(yīng)的鋼片通過高溫壓制貼合，制得!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述機(jī)械合金化制備!^e3AVSi3N4復(fù)合材料是將!^e3Al/ Si3N4復(fù)合材料加入到球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混料，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為380 r/min，球磨混料時(shí)間為4 小時(shí)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，所述加工成相應(yīng)的剎車片是采用金剛石切割機(jī)或電火花線切割機(jī)對!^e3AVSi3N4基復(fù)合剎車片原料進(jìn)行加工切割成相應(yīng)的剎車片。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，所述!^3AVSi3N4基復(fù)合剎車片與相應(yīng)的鋼片通過高溫壓制貼合是在溫度為200-260°C，壓力為8-12MPa下，在燒結(jié)爐內(nèi)一次成型進(jìn)行壓制及固化。
全文摘要
一種IMC氮化硅陶瓷基復(fù)合剎車片的制作方法是將Fe3Al/Si3N4復(fù)合材料機(jī)械合金化后，磨至1200目后，再將Fe3Al/Si3N4復(fù)合材料，石墨粉和Al2O3粉混合，在模具中真空熱壓燒結(jié)，制得Fe3Al/Si3N4基復(fù)合剎車片原料，然后再將剎車片原料加工成相應(yīng)的剎車片，通過高溫壓制貼合制得Fe3Al/Si3N4基復(fù)合剎車片。本發(fā)明制作成本低，工藝簡單，對偶件摩損較小，長時(shí)間連續(xù)制動(dòng)仍保持良好的制動(dòng)效果。
文檔編號C22C29/16GK102430756SQ201110435430
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者張衛(wèi)珂, 張敏, 田曉峰, 高利珍 申請人:太原理工大學(xué)