權(quán)利要求

1.球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于，由以下百分比的原料制成：銅粉40％～60％，鐵粉10％～20％，鉻鐵粉5～15％，石墨5％～15％，二硫化鉬2～5％，球形陶瓷顆粒1～8％，鉻粉1～5％，鎳粉1～5％。

2.如權(quán)利要求1所述球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述球形陶瓷顆粒為Al 2O 3、SiO 2、SiC、ZrO 2或其組合物。 

3.如權(quán)利要求1所述球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述球形陶瓷顆粒的直徑為70～150μm。 

4.球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，用于制備如權(quán)利要求1-3任意所述一種球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于，包括以下步驟： S1.混料，按質(zhì)量稱取上述原料，加入有機(jī)粘結(jié)劑，預(yù)混合30min，再放入V型混料機(jī)中充分混合，得到混合均勻的混合粉料； S2.壓制，將所述混合粉料放入模具中進(jìn)行冷壓成型得到坯料； S3.燒結(jié)，將所述坯料放入鐘罩式加壓燒結(jié)爐中燒結(jié)； S4.冷卻。 

5.如權(quán)利要求4所述球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述V型混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為20～40r/min，混料時間為4～8h。 

6.如權(quán)利要求4所述球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中所述冷壓成型的成型壓力為400～800MPa，保壓時間為10～30s。 

7.如權(quán)利要求4所述球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，步驟S3中所述鐘罩式加壓燒結(jié)爐的燒結(jié)氣氛為氮?dú)浠旌蠚怏w氣氛。 

8.如權(quán)利要求7所述球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，步驟S3中所述鐘罩式加壓燒結(jié)爐的燒結(jié)氣氛氮?dú)浔壤秊?：1～5。 9.如權(quán)利要求4所述一種球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，步驟S3中所述鐘罩式加壓燒結(jié)爐的燒結(jié)壓力為2～8MPa，燒結(jié)溫度為900～1000℃，燒結(jié)時間為60～180min。

說明書

球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料及其制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前我國高鐵客運(yùn)列車的時速已經(jīng)突破350Km/h，列車在高速制動過程中動能會轉(zhuǎn)化成大量的熱能，銅基粉末冶金摩擦材料是由金屬與非金屬粉末經(jīng)粉末冶金工藝制備的多組分復(fù)合材料，因其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能以及機(jī)械性能而廣泛應(yīng)用于高速列車制動閘片。

目前銅基粉末冶金摩擦材料主要由基體組元、摩擦組元、潤滑組元三大部分組成，基體通過機(jī)械咬合或界面反映等方式把持住摩擦組元。然而在制備過程中，摩擦材料的壓制會使不規(guī)則形狀的摩擦組元的分布存在一定的取向性，即尺寸較大的平面會趨向平行于壓制方向分布，這對摩擦組元分布的均勻性也會造成一定影響。在工作過程中，特別是基體因高溫軟化把持力降低時，摩擦組元的脫落概率大大增加，從而使得閘片的摩擦系數(shù)以及穩(wěn)定性降低，磨耗增加。

因此，提高摩擦組元的分布均勻性，增加基體對摩擦組元的把持能力是獲得穩(wěn)定摩擦系數(shù)和降低磨耗的關(guān)鍵因素，目前，也急需此類材料以及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料，由以下百分比的原料制成：銅粉40％～60％，鐵粉10％～20％，鉻鐵粉5～15％，石墨5％～15％，二硫化鉬2～5％，球形陶瓷顆粒1～8％，鉻粉1～5％，鎳粉1～5％。

優(yōu)選的，所述球形陶瓷顆粒為Al 2O 3、SiO 2、SiC、ZrO 2中的一種或兩種以上的組合物。

優(yōu)選的，所述球形陶瓷顆粒的直徑為70～150μm。

本發(fā)明還提供了一種球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，用于制備如上任意所述一種球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于，包括以下步驟：

S1.混料，按質(zhì)量稱取上述原料，加入有機(jī)粘結(jié)劑，預(yù)混合30min，再放入V型混料機(jī)中充分混合，得到混合均勻的混合粉料；

S2.壓制，將所述混合粉料放入模具中進(jìn)行冷壓成型得到坯料；

S3.燒結(jié)，將所述坯料放入鐘罩式加壓燒結(jié)爐中燒結(jié)；

S4.冷卻。

優(yōu)選的，步驟S1中所述V型混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為20～40r/min，混料時間為 4～8h。

優(yōu)選的，步驟S2中所述冷壓成型的成型壓力為400～800MPa，保壓時間為10～30s。

優(yōu)選的，步驟S3中所述鐘罩式加壓燒結(jié)爐的燒結(jié)氣氛為氮?dú)浠旌蠚怏w氣氛。

優(yōu)選的，步驟S3中所述鐘罩式加壓燒結(jié)爐的燒結(jié)氣氛氮?dú)浔壤秊?： 1～5。

優(yōu)選的，步驟S3中所述鐘罩式加壓燒結(jié)爐的燒結(jié)壓力為2～8MPa，燒結(jié)溫度為900～1000℃，燒結(jié)時間為60～180min。

本發(fā)明的有益效果在于，通過加入球形陶瓷顆粒，利用了球形顆粒更好的流動性，提高摩擦組元的分布均勻性，避免因成分偏析造成的性能不穩(wěn)定。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施方式的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發(fā)明一部分實施方式，而不是全部的實施方式?；诒景l(fā)明中的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。因此，以下對本發(fā)明的實施方式的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施方式。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。

一種球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于，由以下百分比的原料制成：銅粉40％～60％，鐵粉10％～20％，鉻鐵粉5～15％，石墨5％～15％，二硫化鉬2～5％，球形陶瓷顆粒1～8％，鉻粉1～5％，鎳粉1～5％。

傳統(tǒng)的粉末狀的陶瓷顆粒微觀形態(tài)為不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明中選用了微觀形態(tài)為球狀的陶瓷顆粒，相比傳統(tǒng)的不規(guī)則塊狀塊狀結(jié)構(gòu)，球狀顆粒具有更好的流動性，能提高摩擦組元的分布均勻性，避免因成分偏析造成的性能不穩(wěn)定。

除此之外，粉料壓制過程中，片狀以及塊狀的顆粒會沿著壓制方向形成一定的取向分布，既不利于摩擦組元的均勻分布，也不利于基體對其的把持，磨損過程中顆粒更容易脫落。而球形顆粒在形狀上沒有取向差異，不會受到壓制過程的影響，基體能更為牢固的把持住顆粒，利于穩(wěn)定摩擦系數(shù)和減小磨損。

優(yōu)選的，所述球形陶瓷顆粒為Al 2O 3、SiO 2、SiC、ZrO 2中的一種或兩種以上的組合物。相比單一成分顆粒，混合組分的陶瓷顆粒具有更好的摩擦性能。

優(yōu)選的，所述球形陶瓷顆粒的直徑為70～150μm。

本發(fā)明還提供了一種球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，用于制備如上任意所述一種球形陶瓷顆粒銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于，包括以下步驟：

S1.混料，按質(zhì)量稱取上述原料，加入有機(jī)粘結(jié)劑，預(yù)混合30min，再放入V型混料機(jī)中充分混合，得到混合均勻的混合粉料；

S2.壓制，將所述混合粉料放入模具中進(jìn)行冷壓成型得到坯料；

S3.燒結(jié)，將所述坯料放入鐘罩式加壓燒結(jié)爐中燒結(jié)；

S4.冷卻。

優(yōu)選的，步驟S1中所述V型混料機(jī)的轉(zhuǎn)速為20～40r/min，混料時間為 4～8h。

優(yōu)選的，步驟S2中所述冷壓成型的成型壓力為400～800MPa，保壓時間為10～30s。

優(yōu)選的，步驟S3中所述鐘罩式加壓燒結(jié)爐的燒結(jié)氣氛為氮?dú)浠旌蠚怏w氣氛。

優(yōu)選的，步驟S3中所述鐘罩式加壓燒結(jié)爐的燒結(jié)氣氛氮?dú)浔壤秊?： 1～5。

優(yōu)選的，步驟S3中所述鐘罩式加壓燒結(jié)爐的燒結(jié)壓力為2～8MPa，燒結(jié)溫度為900～1000℃，燒結(jié)時間為60～180min。

以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

實施例一、

本實施方案中各粉料按質(zhì)量占比分別為銅粉55％，鐵粉12％，鉻鐵粉10％，石墨10％，二硫化鉬2％，球形陶瓷顆粒8％，鎳粉2％，鉻粉1％。先加入適量煤油預(yù)混合30min，再放入“V”型混料機(jī)中混合6h，轉(zhuǎn)速30r/min?；旌暇鶆虻姆哿戏湃氤尚湍＞咧?，在600MPa壓力下冷壓成型，保壓時間30s。再將冷壓形成的壓坯置于鐘罩燒結(jié)爐中，在氮?dú)浔壤?：3的混合氣氛中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度為980℃，燒結(jié)壓力4MPa，保溫時間為120min。

實施例二、

本實施方案中各粉料按質(zhì)量占比分別為銅粉57％，鐵粉12％，鉻鐵粉10％，石墨10％，二硫化鉬2％，球形陶瓷顆粒6％，鎳粉2％，鉻粉1％。先加入適量煤油預(yù)混合30min，再放入“V”型混料機(jī)中混合6h，轉(zhuǎn)速30r/min?；旌暇鶆虻姆哿戏湃氤尚湍＞咧校?00MPa壓力下冷壓成型，保壓時間30s。再將冷壓形成的壓坯置于鐘罩燒結(jié)爐中，在氮?dú)浔壤?：3的混合氣氛中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度為980℃，燒結(jié)壓力4MPa，保溫時間為120min。

實施例三、

本實施方案中各粉料按質(zhì)量占比分別為銅粉59％，鐵粉12％，鉻鐵粉10％，石墨10％，二硫化鉬2％，球形陶瓷顆粒2％，鎳粉2％，鉻粉1％。先加入適量煤油預(yù)混合30min，再放入“V”型混料機(jī)中混合6h，轉(zhuǎn)速30r/min?；旌暇鶆虻姆哿戏湃氤尚湍＞咧?，在600MPa壓力下冷壓成型，保壓時間30s。再將冷壓形成的壓坯置于鐘罩燒結(jié)爐中，在氮?dú)浔壤?：3的混合氣氛中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度為980℃，燒結(jié)壓力4MPa，保溫時間為120min。

實施例四、

本實施方案中各粉料按質(zhì)量占比分別為銅粉55％，鐵粉12％，鉻鐵粉10％，石墨10％，二硫化鉬2％，球形陶瓷顆粒8％，鎳粉2％，鉻粉1％。先加入適量煤油預(yù)混合30min，再放入“V”型混料機(jī)中混合6h，轉(zhuǎn)速25r/min?；旌暇鶆虻姆哿戏湃氤尚湍＞咧?，在560MPa壓力下冷壓成型，保壓時間30s。再將冷壓形成的壓坯置于鐘罩燒結(jié)爐中，在氮?dú)浔壤?：3的混合氣氛中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度為930℃，燒結(jié)壓力3.5MPa，保溫時間為100min

對比例一、

本實施方案中各粉料按質(zhì)量占比分別為銅粉55％，鐵粉12％，鉻鐵粉10％，石墨10％，二硫化鉬2％，粒狀SiO 28％，鎳粉2％，鉻粉1％。先加入適量煤油預(yù)混合30min，再放入“V”型混料機(jī)中混合6h，轉(zhuǎn)速30r/min?；旌暇鶆虻姆哿戏湃氤尚湍＞咧?，在600MPa壓力下冷壓成型，保壓時間30s。再將冷壓形成的壓坯置于鐘罩燒結(jié)爐中，在氮?dú)浔壤?：3的混合氣氛中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度為980℃，燒結(jié)壓力4MPa，保溫時間為120min。

對比例二、

本實施方案中各粉料按質(zhì)量占比分別為銅粉57％，鐵粉12％，鉻鐵粉10％，石墨10％，二硫化鉬2％，粒狀SiO 26％，鎳粉2％，鉻粉1％。先加入適量煤油預(yù)混合30min，再放入“V”型混料機(jī)中混合6h，轉(zhuǎn)速30r/min。混合均勻的粉料放入成型模具中，在600MPa壓力下冷壓成型，保壓時間30s。再將冷壓形成的壓坯置于鐘罩燒結(jié)爐中，在氮?dú)浔壤?：3的混合氣氛中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度為980℃，燒結(jié)壓力4MPa，保溫時間為120min。

對比例三、

本實施方案中各粉料按質(zhì)量占比分別為銅粉59％，鐵粉12％，鉻鐵粉10％，石墨10％，二硫化鉬2％，粒狀SiO 22％，鎳粉2％，鉻粉1％。先加入適量煤油預(yù)混合30min，再放入“V”型混料機(jī)中混合6h，轉(zhuǎn)速30r/min?；旌暇鶆虻姆哿戏湃氤尚湍＞咧?，在600MPa壓力下冷壓成型，保壓時間30s。再將冷壓形成的壓坯置于鐘罩燒結(jié)爐中，在氮?dú)浔壤?：3的混合氣氛中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度為980℃，燒結(jié)壓力4MPa，保溫時間為120min。

對上述實施例1～4和對比例1～3進(jìn)行物理性能測試，測試項目包括硬度、抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等，測試結(jié)果如表1，實施例1～3與對比例1～3之間各項性能對比差異較小，實施例1與實施例4以及對比例1之間各項性能差異較小。所得材料的物理性能主要隨陶瓷基體的含量降低而降低，在工藝參數(shù)范圍之內(nèi)的物理性能下降幅度較小。

表1.實施例與對比例物理性能測試表

在MM3000摩擦磨損試驗臺上進(jìn)一步對實施例1～4和對比例1～3進(jìn)行 350km/h速度下的摩擦磨損性能測試，測試結(jié)果如表2。實施例1～4平均摩擦系數(shù)衰退約3.3％，相比對比例摩擦系數(shù)衰退9.3％，摩擦系數(shù)穩(wěn)定性得到有效提高。實施例1～4平均磨耗2.255g，相比對比例1～3的平均磨耗3.043g 降低了34.9％，磨耗得到顯著改善。綜上所述，實施例1～4綜合性能均優(yōu)于對比例1～3?？梢宰C實換用球形陶瓷顆?？梢杂行У奶岣卟牧系哪ズ男阅?。

表2.實施例與對比例摩擦磨損性能對比表

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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