金屬基燒結摩擦片制造工藝的制作方法

1、金屬基燒結摩擦片制造工藝的制作方法專利名稱 :金屬基燒結摩擦片制造工藝的制作方法技術領域本發(fā)明屬于摩擦材料制造技術領域， 特別涉及燒結摩擦片制造工藝。背景技術金屬基燒結摩擦材料由于具有強度高、耐磨損、導熱性好，并具有較高的摩擦系數(shù)、摩擦系數(shù)穩(wěn)定等特點而成為制造離合器、制動器的關鍵材料，廣泛用于汽車、摩托車、列車、飛機等運輸工具及石油鉆井、風力發(fā)電等機械中。在列車車輛制造領域，用于制造制動閘瓦和制動閘片。這類材料以金屬為基體， 含有均勻分布的硬質粒子和潤滑粒子。金屬基體的含量對材料的強度和韌性起主導作用， 硬質粒子和潤滑粒子均為脆性材料，其含量控制著制品的摩擦系數(shù)和磨損量。提高脆性材料的含量，有

2、利于增加摩擦系數(shù)、降低磨損量，同時，降低制品的強度和韌性。隨著制動負荷的增加，如列車速度的提高，載重量增加，對摩擦制動材料性能提出了越來越高的要求，這就要求材料在保證基體強度的同時，進一步提高摩擦系數(shù)和降低磨損量。 這對摩擦材料的制造工藝提出了更高的要求。目前國外傳統(tǒng)的制造工藝為原材料混合、冷壓制成型、壓力燒結成型。壓力燒結成型是將冷壓制成型的毛坯疊放在一起，放入加壓燒結爐中，在保護性氣氛下加壓燒結。由于爐溫分段固定加熱，溫區(qū)均勻性不足，造成制品質量難于均勻，同時，燒結壓力調節(jié)圍有限，一般為 1-5MPa 這個圍，難于進一步提高制品的密度和使制品有較復雜的形狀。另外，Word 文檔電阻加熱爐升

3、溫、降溫均需要較長時間，這使得每爐的燒結時間約為8-10 小時，因此，壓力燒結成型工序生產效率低、能耗大。為提高制品的密度和使制品具有較復雜的形狀， 滿足高速列車對高能量制動閘片的制造要求，國際專利 WO97/43560 采用的制造高速列車制動閘片的工藝為原材料混合、冷壓制成型、第一次燒結、熱鍛成型、第二次燒結。這種工藝可以提高制品密度，允許制品形狀較復雜和尺寸精度好，然而，由于工藝中采用了 3 次加熱工序，因此，制造時間長，制造成本顯著提高。發(fā)明容本發(fā)明的目的是提出一種金屬基燒結摩擦片制造工藝，工藝簡單，制造效率高、成本低、產品性能優(yōu)良，尺寸精度高。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是一種

4、金屬基燒結磨擦片制造工藝第一步混合原料粉末混合均勻； 第二步冷壓制成型將模具表面涂潤滑脂，將混合好的粉料及護套或護環(huán)置入模具中，在常溫及 100-600MPa 壓力下，壓制出所需的毛坯；第三步電流直加熱模壓燒結成型將冷壓制成型毛坯置入高強石墨或鋼質模具中，將模具連同毛坯置入爐中，爐通入氫氣和氮氣，或啟動真空系統(tǒng)，真空度達70mmHg，然后，對毛坯施加電壓3-15V 、大電流 10-200A，同時，對毛坯施加壓力5-100MPa，燒結溫度 750-1500，保溫時間為1-30 分鐘，隨爐冷卻至100出爐。所述第一步混合將各組份材料按比例加入混合器中進行混合，首先混合密度較大的金屬粉，如銅粉、錫粉

5、、鐵粉和鋁粉等，再加入硬質粒子如Al2O3 、SiO2、硬質合金等，最后加入石墨。Word 文檔所述各種粉末粒子的尺寸小于800m。在混合時， 可混入混合物重量的0.2-1的輕質油或易揮發(fā)性溶劑。所述第三步電流直加熱模壓燒結成型對毛坯施加壓力，壓力隨毛坯溫度升高而逐漸增加。所述第三步電流直加熱模壓燒結成型對于銅基燒結材料，燒結溫度為750-1000，保溫時間為1-20 分鐘；對于鐵基燒結材料，燒結溫度為900-1500，保溫時間為2-30 分鐘，隨爐冷卻至100出爐。本發(fā)明工藝簡單粉末原料混合、冷壓制成型、電流直加熱模壓燒結成型。這種工藝具有如下優(yōu)點1.基體金屬材料可以是銅基，也可以是鐵基；2

6、.制品在模具成型，成型壓力調節(jié)圍大，使制品密度高、尺寸精度好、允許形狀復雜，可實現(xiàn)摩擦材料與護套、護環(huán)完整結合；3.將低電壓、大電流直接施加在坯料上進行加熱，燒結時間短、 效率高、節(jié)能效果顯著；4.燒結壓力和燒結溫度可靈活匹配，調節(jié)圍大，可實現(xiàn)半凝固狀態(tài)下的壓力燒結，這允許進一步提高脆性粒子的含量，使材料的摩擦磨損性能實現(xiàn)在更大圍的調節(jié)。 本發(fā)明尤其適用于制造鐵路車輛制動閘片和風力發(fā)電設備制動閘片。 制造的閘片在高溫高速制動條件下，具有高的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性，更適于時速200 公里以上的高速列車和大功率風力發(fā)電機使用。附圖說明圖 1 是閘片制動塊的制造工序。圖 2 是定速摩擦試驗機轉速為

7、200r/Min 時制動塊的摩擦系數(shù)。圖 3 是定速摩擦試驗機轉速為 500r/Min 時制動塊的摩擦系數(shù)。圖 4 是定速摩擦試驗機轉速為 2000r/Min 時制動塊的摩擦系數(shù)。Word 文檔圖 5 是定速摩擦試驗機轉速為3000r/Min 時制動塊的摩擦系數(shù)。圖 6 是 11 制動試驗臺測試的最高速度為300km/H 時制動閘片的瞬時摩擦系數(shù)。具體實施方式結合附圖對本發(fā)明進行詳細敘述實施例1 各組份重量百分比如下銅粉 54，錫粉 6，鋁粉 3，鐵粉 12，Al2O36 ，SiO29，石墨 10。首先將金屬粉進行混合 3-5min，再加入 Al2O3 和 SiO2 混合3-5min，最后加入

8、石墨和混合粉重量的 0.5煤油，混合 5-10min。將適合重量的混合粉放入模具中， 在 500MPa 的壓力下壓制 5-10 秒，取出后成為冷壓制毛坯。將冷壓制毛坯置入熱模壓模具 3 中，啟動真空系統(tǒng)，當真空度達 70mmHg 時，通過上下凸模 4、5 對毛坯施加 3MPa 壓力，同時，啟動加熱電流 6，加熱時間在 2-3min 左右，毛坯溫度達到 800，對毛坯施加 50MPa 壓力，保溫 2min，隨爐冷卻至 100出爐，制成制動塊。制得的材料的硬度 HB70，密度為 5.6g/Cm3。在 GF150D 型定速摩擦試驗機上，比壓為 0.6MPa，摩擦轉速為 200，500，2000，30

9、00r/Min ，測得的摩擦系數(shù)為 0.49(圖 2)，0.45(圖 3)，0.42(圖 4)，0.36(圖 5)，磨損量為 0.41cm3/MJ。同樣條件下， 采用傳統(tǒng)工藝制造制動塊， 將冷壓制毛坯置入鐘罩式加壓燒結爐中，燒結氣氛為氫氣，壓力為 3.5MPa，經 2-3h 加熱，溫度達到800，保溫時間為 1 小時，隨爐冷卻 4-6h 至 100出爐，制成制動塊。制得的材料的硬度HB60，密度為 5.0g/Mm3 。在 GF150D 型定速摩擦試驗機上，比壓為0.6Mpa，摩擦轉速為 200，500，2000，3000r/Min ，測Word 文檔得的摩擦系數(shù)為0.44，0.45，0.39，

10、0.35，磨損量為 0.65cm3/MJ。兩種工藝比較可知， 本發(fā)明工藝的燒結成型時間遠小于傳統(tǒng)工藝，而制品的密度高于傳統(tǒng)工藝，由于制品的密度高，使耐磨性能明顯提高。采用本發(fā)明制造出了符合國際鐵路聯(lián)盟標準的高速列車銅基燒結制動閘片，將制動閘片在11 制動試驗臺上進行了最高速度達300km/H 測試，測試結果表明， 瞬時摩擦系數(shù)完全處于國際鐵路聯(lián)盟標準的控制圍(圖 6)，磨損量為 0.38cm3/MJ。實施例 2 各組份重量百分比如下鐵粉60，銅粉 10，錫粉 5，鋁粉5，Al2O35 ，SiO25，石墨 10。首先將金屬粉進行混合3-5min，再加入 Al2O3 和 SiO2 混合 3-5mi

11、n，最后加入石墨和混合粉重量的0.5煤油，混合 5-10min。將適合重量的混合粉放入模具中， 在 600MPa 的壓力下壓制 5-10 秒，取出后成為冷壓制毛坯。將冷壓制毛坯置入熱模壓模具3 中，啟動真空系統(tǒng)，當真空度達 70mmHg時，通過上下凸模 4、5 對毛坯施加 5MPa 壓力，同時，啟動加熱電流 6，加熱時間在 2-3min 左右，毛坯溫度達到 1000，對毛坯施加 60MPa 壓力，保溫 2min，隨爐冷卻至 100出爐，制成制動塊。制得的材料的硬度HB210，密度為 4.8g/Cm3。在 GF150D 型定速摩擦試驗機上，比壓為0.6MPa，摩擦轉速為200，500，2000，

12、3000r/Min ，測得的摩擦系數(shù)為0.39，0.35，0.32，0.29，磨損量為 0.39cm3/MJ。同樣條件下， 采用傳統(tǒng)工藝制造制動塊，將冷壓制毛坯置入鐘罩式加壓燒結爐中，燒結氣氛為氫氣，壓力為3.5MPa，經 3-4h 加熱，溫度達到Word 文檔1000，保溫時間為1.5 小時，隨爐冷卻4-6h 至 100出爐，制成制動塊。制得的材料的硬度HB150 ，密度為 4.6g/Mm3 。在 GF150D 型定速摩擦試驗機上，比壓為 0.6Mpa，摩擦轉速為 200，500，2000，3000r/Min ，測得的摩擦系數(shù)為0.34，0.35，0.29，0.28，磨損量為 0.45cm3

13、/MJ。權利要求1.一種金屬基燒結磨擦片制造工藝，其特征是第一步混合原料粉末混合均勻；第二步冷壓制成型將模具表面涂潤滑脂，將混合好的粉料及護套或護環(huán)置入模具中， 在常溫及 100-600MPa 壓力下，壓制出所需的毛坯；第三步電流直加熱模壓燒結成型將冷壓制成型毛坯置入高強石墨或鋼質模具中，將模具連同毛坯置入爐中，爐通入氫氣和氮氣，或啟動真空系統(tǒng)，真空度達70mmHg ，然后，對毛坯施加電壓3-15V 、大電流10-200A ，同時，對毛坯施加壓力5-100MPa，燒結溫度 750-1500，保溫時間為 1-30 分鐘，隨爐冷卻至100出爐。2.根據(jù)權利要求1 所述的一種金屬基燒結磨擦片制造工藝

14、，其特征是第一步混合將各組份材料按比例加入混合器中進行混合， 首先混合密度較大的金屬粉，如銅粉、錫粉、鐵粉和鋁粉等，再加入硬質粒子如A12O3 、SiO2、硬質合金等，最后加入石墨。3.根據(jù)權利要求1 所述的一種金屬基燒結磨擦片制造工藝，其特征是各種原料粉末粒子的尺寸小于 800m。4.根據(jù)權利要求Word 文檔1 所述的一種金屬基燒結磨擦片制造工藝，其特征是第一步混合可混入混合物重量的 0.2-1的輕質油或易揮發(fā)性溶劑。5.根據(jù)權利要求1 所述的一種金屬基燒結磨擦片制造工藝，其特征是第三步電流直加熱模壓燒結成型對毛坯施加壓力，壓力隨毛坯溫度升高而逐漸增加。6.根據(jù)權利要求1 所述的一種金屬基燒結磨擦片制造工藝，其特征是第三步電流直加熱模壓燒結成型對于銅基燒結材料， 燒結溫度為 750-1000，保溫時間為1-20 分鐘。7.根據(jù)權利要求1 所述的一種金屬基燒結磨擦片制造工藝， 其特征是對于鐵基燒結材料，燒結溫度為 900-1500，保溫時間為 2-30 分鐘，隨爐冷卻至 100出爐。8.根據(jù)權利要求1-7 任一所述的一種金屬基燒結磨擦片制造工藝，其特征是熱壓模具材料為高密度石墨、鋼或石墨與鋼的復合模。專利摘要本發(fā)明涉及屬于摩擦材料制造技術領域，一種金屬基燒結摩擦片制造工藝，金屬基燒結摩擦片由