CN102430756B - 一种imc氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法 - Google Patents

一种imc氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种IMC氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法是将Fe3Al/Si3N4复合材料机械合金化后，磨至1200目后，再将Fe3Al/Si3N4复合材料，石墨粉和Al2O3粉混合，在模具中真空热压烧结，制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料，然后再将刹车片原料加工成相应的刹车片，通过高温压制贴合制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车片。本发明制作成本低，工艺简单，对偶件摩损较小，长时间连续制动仍保持良好的制动效果。

Description

一种IMC氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法
技术领域
本发明涉及一种复合刹车片的制作方法，特别是一种铁铝金属间化合物作为基体的汽车制动刹车片的制作方法。
背景技术
汽车制动刹车片是控制和保障汽车安全行驶的重要功能零件。近年来，公路、铁路交通发展加速了汽车、火车等运输机械高速重载化的进程，从而对制动装置中摩擦材料的性能提出了更高的要求。车辆行驶速度的提升要求摩擦材料能够在较宽的速度、温度范围内具有稳定的摩擦性能。
现有技术中，已有刹车片材料多为金属制作，在使用中存在长时间刹车摩擦放热、刹车片金属软化、强度降低等缺陷，造成刹车失效，严重影响行车安全。分析大量国内外相关文献，根据国际上摩擦材料研究及应用情况，对新型陶瓷材料配方的摩擦材料综合性能评定、摩擦磨损机制等方面进行研究发现，采用陶瓷与金属或金属间化合物复合可在一定程度上改善摩擦材料的性能。而在实际应用当中，经常采用陶瓷与金属配副，由于陶瓷与金属硬度、热传导率有较大差异，严重影响着配副双方的使用寿命，不同的配副材料和使用不同的润滑剂其双方磨损速率差异比较大，尽管铜基和铁基为主的粉末冶金摩擦材料体获得了广泛的应用，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应用方面仍存在某些缺陷，例如铜基摩擦材料具有良好的导热性，耐磨性，摩擦性能稳定，对偶件磨损小等优点，但高温性能差，成本高，因而极大限地制了其应用；铁基摩擦材料的耐磨性、柔软性通常不如铜基材料，但其摩擦系数高，耐热性好，实际使用成本并不高于石棉基材料且无毒、安全可靠，因而日益受到人们的重视，但铁基摩擦材料仍然存在很多不足之处，如高温磨损严重，易与对偶件表面“粘着”，对偶件磨损大，而且抗氧化性差，易锈蚀，对其摩擦性能有很大影响。
基于上述现有技术，以Fe3Al/Si3N4作为基体材料可在一定程度上改善现有刹车片的缺陷，提高刹车片软化温度。金属间化合物（IMC）原子排列长程有序，结合力强，兼有金属键和共价键特征，具有高温结构材料所期望的优异性能而成为近二十年来材料研究的热点之一。其中，Fe-Al系金属间化合物原料易得、成本低廉、比重小、比强度高，且具有优异的抗高温氧化和耐腐蚀性能，是航空航天、汽车、化工等领域极具潜力的工程材料。Fe-Al系金属间化合物中最受关注的是Fe3A1和FeAl金属间化合物。Fe3A1金属间化合物一般是指铝含量为25-35 at%的Fe-A1合金，具有超点阵晶体结构，原子间的结合既有金属键，又有共价键和离子键，这种独特的结构决定了它的特殊性能，其抗氧化、硫化性，抗硝酸腐蚀性以及高温强度、高温蠕变性能都优于大部分金属材料，而导热性与塑性好于非金属材料，是介于合金与陶瓷之间的一种新型廉价材料，被称为半金属-半陶瓷材料。最近研究表明Fe3A1基合金还具有良好的抗粘着磨损、磨粒磨损和高温下抗腐蚀磨损的性能，是一种潜在的良好的耐磨材料。因此，尝试将Fe3Al金属间化合物作为摩擦材料的基体，利用其耐磨、耐腐蚀、高温强度好等方面的优势，添加起增摩、减磨作用的其他组元，通过成分设计和烧结工艺调整，获得一种综合性能良好且低成本的新型粉末冶金摩擦材料。
发明内容
为了克服上述现有汽车刹车片在汽车刹车过程中，由于摩擦过热、磨损严重等不足，本发明提供一种IMC氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法。
为了实现上述目的，本发明采取的措施是一种IMC氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法，该方法是通过下列步骤实现的：
（1）机械合金化制备Fe3Al/Si3N4复合材料；
（2）将步骤（1）所制备的Fe3Al/Si3N4复合材料磨成1200目；
（3）再将上述步骤（2）磨后的Fe3Al/Si3N4复合材料82-97份，石墨粉1-15份，Al2O3粉1-5份混合均匀，在石墨模具中，进行真空热压烧结，烧结温度为1300℃，升温速率5-20℃ /min，轴向压力为5-20 MPa，保温时间10-60min，自然随炉冷却，制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料；
（4）将步骤（3）制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料加工成相应的刹车片，即为Fe3Al/Si3N4基复合刹车片；
（5）将步骤（4）制得的Fe3Al/Si3N4基复合刹车片与相应的钢片通过高温压制贴合，制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车片。
在上述的技术方案中，所述机械合金化制备Fe3Al/Si3N4复合材料是将Fe3Al/Si3N4复合材料加入到球磨机中进行球磨混料，球磨机转速为380 r/min，球磨混料时间为4小时；所述加工成相应的刹车片是采用金刚石切割机或电火花线切割机对Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料进行加工切割成相应的刹车片；所述Fe3Al/Si3N4基复合刹车片与相应的钢片通过高温压制贴合是在温度为200-260℃，压力为8-12MPa下，在烧结炉内一次成型进行压制及固化。
实施本发明所提供的一种IMC氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法，与现有技术相比，其制作成本低廉，工艺简单，有利于规模化生产，所制得的刹车片对对偶件的摩擦磨损较小，无噪音、无震颤、不伤盘，摩擦系数优异，长时间连续制动时仍然保持良好的制动效果，平均磨损率较低，抗热衰退性能和摩擦磨损稳定性能优异。
具体实施方式   
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明，以所属技术领域的技术人员能够实现为准：
实施本发明所提供的一种IMC（金属间化合物）氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法，其所述制作方法如下：
（1）采用现有的机械合金化设备及其方法制备Fe3Al/Si3N4复合材料，或者是将Fe3Al/Si3N4复合材料加入到行星式高能球磨机中，进行球磨混料，球磨混料时间为4小时，球磨机转速为380 r/min，球磨罐为树脂罐；
（2）将所制备的Fe3Al/Si3N4复合材料磨碎至细度为1200目；
（3）将Fe3Al/Si3N4复合材料82-97份，石墨粉1-15份，Al2O3粉1-5份混合均匀，在石墨模具中，进行真空热压烧结至1300℃，升温速率5-20℃ /min，轴向压力为5-20 MPa，保温时间10-60min，自然随炉冷却，得到Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料；
（4）将上述步骤（3）得到的Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料采用金刚石切割机或电火花线切割机对Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料进行加工切割成相应的刹车片，即制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车摩擦片；
（5）将上述步骤（4）制得的Fe3Al/Si3N4基复合刹车片与相应的钢片，在温度为：200-260℃，压力为：8-12MPa下，在烧结炉内一次成型进行压制及固化贴合，制得所述Fe3Al/Si3N4基复合刹车片。
为了更好地实现本发明所提供的一种IMC（金属间化合物）氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法，本发明通过具体实施例来进一步详细说明本发明的具体实施方式如下：
实施例1
将Fe3Al/Si3N4复合材料加入到球磨罐为树脂罐的行星式高能球磨机中进行球磨混料，球磨混料时间为：4小时，球磨机转速为：380 r/min；将所制备的Fe3Al/Si3N4复合材料磨碎至细度1200目，再将Fe3Al/Si3N4复合材料82份、石墨粉15份，Al2O3粉3份，在球磨机种混合均匀，并置于60cm×60cm×20cm的石墨模具中，进行真空热压烧结温度为：1300℃，升温速率为：5-20℃ /min，轴向压力为：5-20 MPa，保温时间为：10-60min，自然随炉冷却后；即制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料，根据汽车刹车片大小的需要，采用金刚石切割机或电火花线切割机对Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料进行加工切割成中小型相应的汽车刹车片，即制得本发明所述的Fe3Al/Si3N4基复合刹车摩擦片，用于中小型汽车刹车片使用。
实施例2
机械合金化制备Fe3Al/Si3N4复合材料，并将所制备的Fe3Al/Si3N4复合材料磨碎至细度1200目，再将Fe3Al/Si3N4复合材料92份、石墨粉5份，Al2O3粉3份球磨混合均匀，置于60cm×60cm×20cm的石墨模具中，进行真空热压烧结至1350℃，升温速率15℃ /min，轴向压力为5-20 MPa，保温时间为10-60min，自然随炉冷却后的产品，即为Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料，根据中型汽车吨位，设计需要的刹车片，后将制得的Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料加工成合适形状的汽车刹车片，即为最终产品，用于1.5吨的中型汽车刹车片使用。
实施例3
机械合金化制备Fe3Al/Si3N4复合材料，将所制备的Fe3Al/Si3N4复合材料磨碎至细度1200目，将Fe3Al/Si3N4复合材料87份、石墨粉10份，Al2O3粉3份球磨混合均匀，置于100cm×100cm×30cm的石墨模具中，进行真空热压烧结至1350℃，升温速率为：12℃ /min，轴向压力为：10 MPa，保温时间为：40min，自然随炉冷却后的产品，即为Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料，根据汽车刹车设计需要，将以上得到的原料加工成合适形状，即为最终产品，作为中小型汽车刹车盘及鼓片使用。
实施例4
    机械合金化制备Fe3Al/Si3N4复合材料，将所制备的Fe3Al/Si3N4复合材料磨碎至细度1200目，将磨细的Fe3Al/Si3N4复合材料97份、石墨粉0.5份，Al2O3粉2.5份球磨混合均匀，置于60cm×60cm×20cm的石墨模具中，进行真空热压烧结至1350℃，升温速率15℃ /min，轴向压力为20 MPa，保温时间为60min，自然随炉冷却后的产品即为Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料，根据汽车刹车设计需要，将以上得到的原料加工成合适形状即为最终产品，用于3.5吨以上货载车刹车片使用。 

Claims (4)

1.一种IMC氮化硅陶瓷基复合刹车片的制作方法，其所述制作方法如下：
（1）机械合金化制备Fe3Al/Si3N4复合材料；
（2）将步骤（1）所制备的Fe3Al/Si3N4复合材料磨成1200目；
（3）再将步骤（2）磨后的Fe3Al/Si3N4复合材料82-97份，石墨粉1-15份，Al2O3粉1-5份混合均匀，在石墨模具中，进行真空热压烧结，烧结温度为1300℃，升温速率5-20℃ /min，轴向压力为5-20 MPa，保温时间10-60min，自然随炉冷却，制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料；
（4）将步骤（3）制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料加工成相应的刹车片，即为Fe3Al/Si3N4基复合刹车片；
（5）将步骤（4）制得的Fe3Al/Si3N4基复合刹车片与相应的钢片通过高温压制贴合，制得Fe3Al/Si3N4基复合刹车片。
2.如权利要求1所述的方法，所述机械合金化制备Fe3Al/Si3N4复合材料是将Fe3Al/Si3N4复合材料加入到球磨机中进行球磨混料，球磨机转速为380 r/min，球磨混料时间为4小时。
3.如权利要求1所述的方法，所述加工成相应的刹车片是采用金刚石切割机或电火花线切割机对Fe3Al/Si3N4基复合刹车片原料进行加工切割成相应的刹车片。
4.如权利要求1所述的方法，所述Fe3Al/Si3N4基复合刹车片与相应的钢片通过高温压制贴合是在温度为200-260℃，压力为8-12MPa下，在烧结炉内一次成型进行压制及固化。
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