一種鐵基粉末冶金摩擦材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵基粉末冶金摩擦材料及其制備方法。該材料由以下重量份配比的原料制成：鐵粉60-64份、錫粉6-10份、碳化硅粉3-6份、二氧化鉬粉3-6份、鋯剛玉粉4-7份、石英砂粉10-14份、二氧化鋯粉1-4份、鈷粉2-5份、氧化鋁粉2-5份、鉀長石粉2-5份、銅粉1-4份。其制備方法包括：配料和混料、壓制成型、燒結(jié)處理和冷卻處理。該方法制得的鐵基粉末冶金摩擦材料的摩擦系數(shù)高，能很快吸收動能，制動、傳動速度快、磨損??；強度高，耐高溫，導熱性好；抗咬合性好，耐腐蝕，受油脂、潮濕影響小。
【專利說明】一種鐵基粉末冶金摩擦材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合材料，特別涉及一種鐵基粉末冶金摩擦材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制取金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工業(yè)技術(shù)。粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等，是一種少無切削工藝。粉末冶金與傳統(tǒng)熔鑄方法相比，具有以下特點:
(I)粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導材料、新型金屬材料(如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等)具有重要的作用。
[0003](2)可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學、磁學、光學和力學性能。
[0004](3)可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術(shù)。
[0005](4)可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
[0006](5)可以實現(xiàn)近凈形成形和自動化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。
[0007](6)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。
[0008]由于粉末冶金的種種優(yōu)點，粉末冶金相關(guān)企業(yè)已經(jīng)適用于汽車行業(yè)、裝備制造業(yè)、金屬行業(yè)、航空航天、軍事工業(yè)、儀器儀表、五金工具、電子家電等領(lǐng)域的零配件生產(chǎn)和研究，相關(guān)原料、輔料生產(chǎn)，各類粉末制備設備、燒結(jié)設備制造。產(chǎn)品包括軸承、齒輪、硬質(zhì)合金刀具、模具、摩擦制品等等。軍工企業(yè)中，重型的武器裝備如穿甲彈，魚雷等，飛機坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)。粉末冶金汽車零件近年來已成為為中國粉末冶金行業(yè)最大的市場，約50%的汽車零部件為粉末冶金零部件。
[0009]目前，全球制造業(yè)正加速向中國轉(zhuǎn)移，汽車行業(yè)、機械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了不可多得的發(fā)展機遇和巨大的市場空間。粉末冶金技術(shù)具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，非常適合于大批量生產(chǎn)。另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術(shù)制造，因而備受工業(yè)界的重視。另外，粉末冶金產(chǎn)業(yè)被中國列入優(yōu)先發(fā)展和鼓勵外商投資項目，發(fā)展前景廣闊。
[0010]隨著我國加入WTO以后，市場逐漸國際化，粉末冶金市場將得到進一步擴大的機會；但是我國粉末冶金行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過了近10年的高速發(fā)展，但與國外的同行業(yè)仍存在很大的差距:絕大多數(shù)企業(yè)缺乏技術(shù)支持，研發(fā)能力落后，產(chǎn)品檔次低，難以與國外競爭，工藝裝備、配套設施落后。粉末冶金分類主要為:粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。其中，粉末冶金摩擦材料是用粉末冶金的方法制成的、具有高摩擦系數(shù)和高耐磨性的金屬與非金屬組成的材料，也稱燒結(jié)摩擦材料。這種材料通常由基體金屬(銅、鐵或其合金)、潤滑組元(鉛、石墨、二硫化鑰等)、摩擦組元(二氧化硅、石棉等)3部分組成。其組織特點是:具有特殊性能的各種質(zhì)點均勻地分布在連續(xù)的金屬基體中。金屬基體發(fā)揮良好的導熱性并承受機械應力，均勻分布的質(zhì)點保證所需的摩擦性能。粉末冶金摩擦材料按基體成分可分為銅基和鐵基兩大類。雖然鐵基的比銅基的有稍高的硬度、強度、摩擦系數(shù)，允許承受的工作比壓和表面瞬時溫度也較高；但是較差的耐熱系數(shù)和較高的磨損率。磨損率過大，降低剎使用壽命；耐熱系數(shù)低，易引起摩擦材料燒傷，產(chǎn)品被破壞，其性能隨之喪失。而我國目前有關(guān)粉末冶金減摩材料的原料配方和燒結(jié)工藝相對于國外還處于落后階段，從而導致粉末冶金減摩材料的物理性能和工藝性能偏低。與國外技術(shù)相比還存在很大的差距。所以，要想將以上種種不足和弱點得以改善，那粉末冶金及相關(guān)的技術(shù)水平必需得到提高和發(fā)展。因此迫切需要尋找一種具有摩擦系數(shù)適當，磨損率小，耐熱系數(shù)高等優(yōu)點的鐵基粉末冶金摩擦材料及其制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有摩擦系數(shù)適當，磨損率小，耐熱系數(shù)高等優(yōu)點的鐵基粉末冶金摩擦材料及其制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種鐵基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:鐵粉60-64份、錫粉6-10份、碳化硅粉3-6份、二氧化鑰粉3_6份、鋯剛玉粉4_7份、石英砂粉10-14份、二氧化鋯粉1-4份、鈷粉2-5份、氧化鋁粉2-5份、鉀長石粉2_5份、銅粉1-4 份。
[0012]所述鐵粉為350目、錫粉為300目、二氧化鋯粉為250目、鈷粉為300目、氧化鋁粉為300目和銅粉為300目。
[0013]所述碳化硅粉、二氧化鑰粉、鋯剛玉粉、石英砂粉和鉀長石粉均為60-100目。
[0014]一種鐵基粉末冶金摩擦材料的制備方法，該方法包括以下制備步驟:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.9T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至940-950°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.4MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3?3.5h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護條件下進行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘40-50°C降溫至80°C以下后出爐。
[0015]第三步中，燒結(jié)處理，常壓升溫至945°C開始保溫。
[0016]第四步中，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘45 0C降溫至80 °C以下后出爐。
[0017]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明制得的產(chǎn)品的摩擦系數(shù)高，能很快吸收動能，制動、傳動速度快、磨損??；強度高，耐高溫，導熱性好；抗咬合性好，耐腐蝕，受油脂、潮濕影響小。

【具體實施方式】
[0018]實施例1
一種鐵基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:鐵粉60份、錫粉6份、碳化硅粉3份、二氧化鑰粉3份、鋯剛玉粉4份、石英砂粉10份、二氧化鋯粉I份、鈷粉2份、氧化鋁粉2份、鉀長石粉2份、銅粉I份。
[0019]鐵粉為350目、錫粉為300目、二氧化錯粉為250目、鈷粉為300目、氧化招粉為300目和銅粉為300目。
[0020]碳化硅粉、二氧化鑰粉、鋯剛玉粉、石英砂粉和鉀長石粉均為60目。
[0021]制備方法如下:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.9T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至950°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.4MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護條件下進行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘40°C降溫至80°C以下后出爐。
[0022]經(jīng)過檢測，本實施例產(chǎn)品的硬度:HRF81 ;抗壓強度:320MPa ;摩擦系數(shù)0.340 ;密度(g/m3)5.25 ;磨損量(mm)0.0060。
[0023]實施例2
一種鐵基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:鐵粉61份、錫粉7份、碳化硅粉4份、二氧化鑰粉4份、鋯剛玉粉5份、石英砂粉11份、二氧化鋯粉2份、鈷粉3份、氧化鋁粉3份、鉀長石粉3份、銅粉2份。
[0024]鐵粉為350目、錫粉為300目、二氧化錯粉為250目、鈷粉為300目、氧化招粉為300目和銅粉為300目。
[0025]碳化硅粉、二氧化鑰粉、鋯剛玉粉、石英砂粉和鉀長石粉均為70目。
[0026]制備方法如下:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.9T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至945°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.4MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3.2h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護條件下進行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘45°C降溫至80°C以下后出爐。
[0027]經(jīng)過檢測，本實施例產(chǎn)品的硬度:HRF82 ;抗壓強度:326MPa ;摩擦系數(shù)0.344 ;密度(g/m3) 5.36 ;磨損量(mm) 0.0055。
[0028]實施例3
一種鐵基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:鐵粉64份、錫粉6-10份、碳化硅粉6份、二氧化鑰粉6份、鋯剛玉粉7份、石英砂粉14份、二氧化鋯粉4份、鈷粉5份、氧化鋁粉5份、鉀長石粉5份、銅粉4份。
[0029]鐵粉為350目、錫粉為300目、二氧化錯粉為250目、鈷粉為300目、氧化招粉為300目和銅粉為300目。
[0030]碳化硅粉、二氧化鑰粉、鋯剛玉粉、石英砂粉和鉀長石粉均為80目。
[0031]制備方法如下:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.9T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至950°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.4MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3.5h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護條件下進行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘450°C降溫至80°C以下后出爐。
[0032]經(jīng)過檢測，本實施例產(chǎn)品的硬度:HRF85 ;抗壓強度:336MPa ;摩擦系數(shù)0.345 ;密度(g/m3) 5.37 ;磨損量(mm) 0.0050。
[0033]實施例4
一種鐵基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:鐵粉63份、錫粉9份、碳化硅粉5份、二氧化鑰粉5份、鋯剛玉粉6份、石英砂粉13份、二氧化鋯粉4份、鈷粉4份、氧化鋁粉4份、鉀長石粉4份、銅粉3份。
[0034]鐵粉為350目、錫粉為300目、二氧化錯粉為250目、鈷粉為300目、氧化招粉為300目和銅粉為300目。
[0035]碳化硅粉、二氧化鑰粉、鋯剛玉粉、石英砂粉和鉀長石粉均為100目。
[0036]制備方法如下:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.9T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至940°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.4MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護條件下進行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘40°C降溫至80°C以下后出爐。
[0037]經(jīng)過檢測，本實施例產(chǎn)品的硬度:HRF84 ;抗壓強度:338MPa ;摩擦系數(shù)0.345 ;密度(g/m3) 5.40 ;磨損量(mm) 0.0050?
【權(quán)利要求】
1.一種鐵基粉末冶金摩擦材料，其特征在于由以下重量份配比的原料制成:鐵粉60-64份、錫粉6-10份、碳化硅粉3-6份、二氧化鑰粉3_6份、鋯剛玉粉4_7份、石英砂粉10-14份、二氧化錯粉1-4份、鈷粉2-5份、氧化招粉2-5份、鉀長石粉2_5份、銅粉1-4份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵基粉末冶金摩擦材料，其特征在于:所述鐵粉為350目、錫粉為300目、二氧化鋯粉為250目、鈷粉為300目、氧化鋁粉為300目和銅粉為300目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵基粉末冶金摩擦材料，其特征在于:所述碳化硅粉、二氧化鑰粉、鋯剛玉粉、石英砂粉和鉀長石粉均為60-100目。
4.一種權(quán)利要求1所述的鐵基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下制備步驟: 第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.9T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至940-950°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.4MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3?3.5h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護條件下進行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘40-50°C降溫至80°C以下后出爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于:第三步中，燒結(jié)處理，常壓升溫至945°C開始保溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于:第四步中，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘45°C降溫至80°C以下后出爐。
【文檔編號】C22C33/02GK104384501SQ201410594038
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】劉莉, 王爽, 邱晶 申請人:蘇州萊特復合材料有限公司