一种铜基粉末冶金摩擦衬片及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及粉末冶金摩擦衬片技术领域，具体的，涉及一种铜基粉末冶金摩擦衬片及其制备方法和应用。


背景技术：

2.金属摩擦片由摩擦衬片和基板组成，铜基粉末冶金摩擦衬片广泛应用于飞机、高铁、风力发电、符合重载应用工况车辆的传动系统和制动装置中。
3.随着轻量化要求的提出及特殊车辆（如赛车、无人驾驶车辆）的特殊要求，一些车辆摩擦盘采用碳纤维增强碳化硅基复合材料制作而成的一种碳陶摩擦盘，其具有重量轻，耐高温等优点，但表面光滑、硬度高。在制动的过程中，普通摩擦片对应碳陶摩擦盘使用时，摩擦片上的摩擦衬片升温较快，摩擦系数普遍偏低，且摩擦衬片磨损较快。尤其在高温情况下，普通摩擦衬片散温性能较差，易造成摩擦衬片局部高温，导致摩擦衬片磨损较快，摩擦性能也会降低，从而影响其制动效果和使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明提出一种铜基粉末冶金摩擦衬片及其制备方法和应用，解决了相关技术中的摩擦衬片的摩擦系数高、摩擦损失量多的问题。
5.本发明的技术方案如下：一种铜基粉末冶金摩擦衬片，原料包括以下重量份组分：电解铜粉60-70份、锡粉4-8份、石墨9-28份、钴粉2-5份、还原铁粉5-10份、镍粉2-5份、碳化钨2-5份、二硫化钼1-6份、高碳铬铁粉5-10份、钼铁粉2-5份、氮化钛1-3份、雾化铜锡合金粉8-15份、二氧化硅3-5份、碳化硅3-5份、金属氧化物11-19份；所述金属氧化物为α-氧化铝、γ-氧化铁和二氧化锆。
6.作为进一步技术方案，所述α-氧化铝和γ-氧化铁的质量和与二氧化锆的质量比为9-14:3-5。
7.作为进一步技术方案，所述α-氧化铝、γ-氧化铁质量比为15:3-10。
8.作为进一步技术方案，所述α-氧化铝和γ-氧化铁的质量比为5:2。
9.作为进一步技术方案，所述电解铜粉粒径为100-150μm、锡粉粒径为10-25μm、鳞片石墨粒径为100-200μm、人造石墨粒径为150-200μm、钴粉粒径为35-55μm、还原铁粉粒径为100-200μm、镍粉粒径为40-60μm、碳化钨粒径为100-150μm。
10.作为进一步技术方案，所述二硫化钼粒径为100-150μm、高碳铬铁粉粒径为40-80μm、钼铁粉粒径为40-70μm、氮化钛粒径为40-70μm、雾化铜锡合金粉粒径为60-80μm、二氧化锆粒径为40-80μm、二氧化硅粒径为10-25μm、碳化硅粒径为50-80μm。
11.作为进一步技术方案，所述α-氧化铝的粒径为5-30μm。
12.作为进一步技术方案，所述γ-氧化铁的粒径为10-30μm。
13.本发明还包括一种铜基粉末冶金摩擦片的制备方法，包括以下步骤：
s1、将所述原料中各组分混合均匀后，加压成型、脱模，得到摩擦衬片；s2、将摩擦衬片与基板烧结后，得到摩擦片。
14.作为进一步技术方案，所述s1中加压成型时的压力为15-20mpa。
15.作为进一步技术方案，所述s2中烧结采用分段加压升温方式进行烧结；所述分段加压升温方式为：a1、在常压下，升温至400℃，升温时间为85-90min，保温55-65min；a2、在常压下，由400℃升温至700℃，升温时间为85-90min；a3、在压力为2.0-2.5mpa下，由700℃升温至950℃，升温时间为140-160min；a4、在压力为4.0-4.5mpa下，由950℃升温至980℃，升温时间为25-35min，保温170-190min。
16.作为进一步方案，所述s2中将摩擦衬片与基板烧结后，进行磨削，得到摩擦片。
17.本发明的工作原理及有益效果为：1、本发明中，选择高导热性的电解铜粉，并添加锡粉、鳞片石墨、α-氧化铝、γ-氧化铁等组分制备摩擦衬片，通过对摩擦衬片中各组分的添加量设计与优化，提高了摩擦衬片的摩擦系数，减少了摩擦衬片的损失。
18.2、本发明通过限定α-氧化铝和γ-氧化铁的质量比为15:3-10，可以进一步提高摩擦衬片的摩擦系数，减少摩擦衬片的损失。
19.3、本发明通过限定α-氧化铝和γ-氧化铁的粒径，使制备得到的摩擦衬片具有较高的摩擦系数和耐磨性。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
21.下述实施例及对比例中：还原铁粉：货号222，购自河北友胜耐火材料有限公司；高碳铬铁粉：货号0314，购自清河县东福金属材料有限公司；钼铁粉：货号femo60，购自清河县宏桥焊接材料有限公司；雾化铜锡合金粉：牌号btg-04，购自南宫市锐腾合金材料有限公司。
22.实施例1s1、将电解铜粉60份（d97为100μm）、锡粉4份（d97为10μm）、鳞片石墨5份（d97为100μm）、人造石墨4份（d97为150μm）、α-氧化铝6份（d97为5μm）、γ-氧化铁3份（d97为10）、钴粉2份（d97为35μm）、还原铁粉5份（d97为100μm）、镍粉2份（d97为40μm）、碳化钨2份（d97为100μm）、二硫化钼1份（d97为100μm）、高碳铬铁粉5份（d97为40μm）、钼铁粉2份（d97为40μm）、氮化钛1份（d97为40μm）、雾化铜锡合金粉8份（d97为60μm）、二氧化锆3份（d97为40μm）、二氧化硅3份（d97为10μm）、碳化硅3份（d97为50μm）加入到混料机中搅拌3h，得到混合料；s2、将混合料加入到的模腔中，在15mpa下保压3s，成型后脱模，得到摩擦衬片；s3、将摩擦衬片与钢背板整齐码放在烧结炉中，采用分段加压升温方式进行烧结，
冷却、磨削，得到摩擦片；其中分段加压升温的方式为：a1、在常压下，升温至400℃，升温时间为85min，保温55min；a2、在常压下，由400℃升温至700℃，升温时间为85min；a3、在压力为2.0mpa下，由700℃升温至950℃，升温时间为140min；a4、在压力为4.0mpa下，由950℃升温至980℃，升温时间为25min，保温170min。
23.实施例2s1、将电解铜粉65份（d97为120μm）、锡粉5份（d97为20μm）、鳞片石墨10份（d97为150μm）、人造石墨10份（d97为170μm）、α-氧化铝9份（d97为30μm）、γ-氧化铁2份（d97为30μm）、钴粉4份（d97为50μm）、还原铁粉7份（d97为150μm）、镍粉4份（d97为50μm）、碳化钨4份（d97为120μm）、二硫化钼2份（d97为130μm）、高碳铬铁粉6份（d97为60μm）、钼铁粉4份（d97为60μm）、氮化钛2份（d97为50μm）、雾化铜锡合金粉9份（d97为70μm）、二氧化锆4份（d97为60μm）、二氧化硅4份（d97为20μm）、碳化硅4份（d97为70μm）加入到混料机中搅拌3.5h，得到混合料；s2、将混合料加入到的模腔中，在17mpa下保压3s，成型后脱模，得到摩擦衬片；s3、将摩擦衬片与钢背板整齐码放在烧结炉中，采用分段加压升温方式进行烧结，冷却、磨削，得到摩擦片；其中分段加压升温的方式为：a1、常压条件下，升温至400℃，升温时间为86min，保温50min；a2、常压条件下，由400℃升温至700℃，升温时间为86min；a3、在压力为2.2mpa下，由700℃升温至950℃，升温时间为150min；a4、在压力为4.2mpa下，由950℃升温至980℃，升温时间为30min保温180min。
24.实施例3s1、将电解铜粉70份（d97为150μm）、锡粉8份（d97为25μm）、鳞片石墨13份（d97为200μm）、人造石墨15份（d97为200μm）、α-氧化铝10份（d97为15μm）、γ-氧化铁4份（d97为20μm）、钴粉5份（d97为55μm）、还原铁粉10份（d97为200μm）、镍粉5份（d97为60μm）、碳化钨5份（d97为150μm）、二硫化钼6份（d97为150μm）、高碳铬铁粉10份（d97为80μm）、钼铁粉5份（d97为70μm）、氮化钛3份（d97为70μm）、雾化铜锡合金粉15份（d97为80μm）、二氧化锆5份（d97为80μm）、二氧化硅5份（d97为25μm）、碳化硅5份（d97为80μm）加入到混料机中搅拌4h，得到混合料；s2、将混合料加入到的模腔中，在20mpa下保压3s，成型后脱模，得到摩擦衬片；s3、将摩擦衬片与钢背板整齐码放在烧结炉中，采用分段加压升温方式进行烧结，冷却、磨削，得到摩擦片；其中分段加压升温的方式为：a1、常压条件下，升温至400℃，升温时间为90min，保温65min；a2、常压条件下，由400℃升温至700℃，升温时间为90min；a3、在压力为2.5mpa下，由700℃升温至950℃，升温时间为160min；a4、在压力为4.5mpa下，由950℃升温至980℃，升温时间为35min保温190min。
25.实施例4
与实施例3相比，实施例4的不同之处在于，α-氧化铝为11.7份、γ-氧化铁为2.3份。
26.实施例5与实施例3相比，实施例5的不同之处在于，α-氧化铝为8.4份、γ-氧化铁为5.6份。
27.实施例6与实施例3相比，实施例6的不同之处在于，α-氧化铝的d97为6μm。
28.实施例7与实施例3相比，实施例7的不同之处在于，α-氧化铝的d97为25μm。
29.实施例8与实施例3相比，实施例8的不同之处在于，γ-氧化铁的d97为12μm。
30.实施例9与实施例3相比，实施例9的不同之处在于，γ-氧化铁的d97为28μm。
31.对比例1与实施例1相比，对比例1不添加α-氧化铝，其他与实施例1相同。
32.对比例2与实施例1相比，对比例2不添加γ-氧化铁，其他与实施例1相同。
33.对比例3与实施例1相比，对比例3不添加α-氧化铝和γ-氧化铁，其他与实施例1相同。
34.对比例4与实施例1相比，对比例4将α-氧化铝替换为等量的γ-氧化铝，其他与实施例1相同。
35.对比例5与实施例1相比，对比例5将γ-氧化铁替换为等量的α-氧化铁，其他与实施例1相同。
36.试验例测定实施例1-9及对比例1-5制备得到的摩擦片的性能；分别将实施例1-9及对比例1-5制备得到的摩擦片切割成20mm
×
12mm
×
10mm的试样，采用济南斯派mmw-1a型微机控制立方万能摩擦磨损试验机在7000r/min转速下进行刹车实验，测定摩擦系数和磨损量；测定结果如表1所示。
37.表1实施例1-9及对比例1-5制备得到的摩擦片的性能测定结果
与实施例3相比，实施例4-5改变α-氧化铝和γ-氧化铁的质量比，结果实施例4-5制备得到的摩擦片的摩擦系数均低于实施例3，磨损量均多于实施例3，说明当α-氧化铝和γ-氧化铁的质量比为5:2时制备得到的摩擦片的摩擦系数高、磨损量少。
38.与实施例3相比，实施例6-9改变α-氧化铝或γ-氧化铁的粒径，结果实施例6-9制备得到的摩擦片的摩擦系数均低于实施例3，磨损量均多于实施例3。说明当α-氧化铝粒径为15μm，γ-氧化铁的粒径为20μm时，制备得到的摩擦片的摩擦系数高、磨损量少。
39.与实施例1相比，对比例1不添加α-氧化铝，对比例2不添加γ-氧化铁，对比例3不添加α-氧化铝和γ-氧化铁，对比例4将α-氧化铝替换为γ-氧化铝，对比例5将γ-氧化铁替换为α-氧化铁，结果对比例1-5制备得到的摩擦片的摩擦系数均低于实施例1，磨损量均多于实施例1，说明同时添加α-氧化铝和γ-氧化铁可以提高摩擦片的摩擦系数，减少磨损量。
40.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种铜基粉末冶金摩擦衬片，其特征在于，原料包括以下重量份组分：电解铜粉60-70份、锡粉4-8份、石墨9-28份、钴粉2-5份、还原铁粉5-10份、镍粉2-5份、碳化钨2-5份、二硫化钼1-6份、高碳铬铁粉5-10份、钼铁粉2-5份、氮化钛1-3份、雾化铜锡合金粉8-15份、二氧化硅3-5份、碳化硅3-5份、金属氧化物11-19份；所述金属氧化物为α-氧化铝、γ-氧化铁和二氧化锆。2.根据权利要求1所述的一种铜基粉末冶金摩擦衬片，其特征在于，所述α-氧化铝和γ-氧化铁的质量和与二氧化锆的质量比为9-14:3-5。3.根据权利要求2所述的一种铜基粉末冶金摩擦衬片，其特征在于，所述α-氧化铝、γ-氧化铁质量比为15:3-10。4.根据权利要求1所述的一种铜基粉末冶金摩擦衬片，其特征在于，所述石墨包括鳞片石墨、人造石墨中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种铜基粉末冶金摩擦衬片，其特征在于，所述α-氧化铝的粒径为5-30μm。6.根据权利要求1所述的一种铜基粉末冶金摩擦衬片，其特征在于，所述γ-氧化铁的粒径为10-30μm。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种铜基粉末冶金摩擦片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将所述的原料中各组分混合均匀后，加压成型、脱模，得到摩擦衬片；s2、将摩擦衬片与基板烧结后，得到摩擦片。8.根据权利要求7所述的一种铜基粉末冶金摩擦片的制备方法，其特征在于，所述s1中加压成型时的压力为15-20mpa。9.根据权利要求7所述的一种铜基粉末冶金摩擦片的制备方法，其特征在于，所述s2中烧结采用分段加压升温方式进行烧结；所述分段加压升温方式为：a1、在常压下，升温至400℃，升温时间为85-90min，保温55-65min；a2、在常压下，由400℃升温至700℃，升温时间为85-90min；a3、在压力为2.0-2.5mpa下，由700℃升温至950℃，升温时间为140-160min；a4、在压力为4.0-4.5mpa下，由950℃升温至980℃，升温时间为25-35min，保温170-190min。10.根据权利要求7所述的一种铜基粉末冶金摩擦片的制备方法，其特征在于，所述s2中将摩擦衬片与基板烧结后，进行磨削，得到摩擦片。

技术总结
本发明涉及粉末冶金摩擦衬片技术领域，提出了一种铜基粉末冶金摩擦衬片及其制备方法和应用，所述摩擦衬片原料包括以下重量份组分：电解铜粉60-70份、锡粉4-8份、石墨9-28份、钴粉2-5份、还原铁粉5-10份、镍粉2-5份、碳化钨2-5份、二硫化钼1-6份、高碳铬铁粉5-10份、钼铁粉2-5份、氮化钛1-3份、雾化铜锡合金粉8-15份、二氧化硅3-5份、碳化硅3-5份、金属氧化物11-19份；所述金属氧化物包括α-氧化铝、γ-氧化铁、二氧化锆中的一种或多种。通过上述技术方案，解决了现有技术中摩擦衬片的摩擦系数高、摩擦损失量多的问题。损失量多的问题。


技术研发人员：穆崇 李瑞峰 孙利亚 刘伟
受保护的技术使用者：衡水众成摩擦材料有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/8/14