CN107326205A - 一种以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法 - Google Patents

一种以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法 Download PDF

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Abstract

一种以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法，属于粉末冶金工艺制备铜基高速列车刹车片技术领域。其原料粉末中铜粉的质量分数为60‑75％，粒径为100‑150μm，铁粉粒径10‑25μm，镍粉粒径10‑25μm，锡粉粒径10‑25μm，SiO2粒径10‑25μm。在混料的过程中加入粘结润滑剂，并进行双锥喷雾粘结化处理，使得细小的粉末均匀包覆在大粒度的铜粉颗粒表面，将粉末按比例混合均匀后经过冷压成形，热压烧结后，得到以粘结化工艺制备的铜基粉末冶金刹车片。与传统刹车片制备工艺相比，粘结化工艺能够增强粉末混料的均匀性，降低了粉末在填充过程中所受的压力梯度，提高了材料在烧结过程中收缩的均匀性，使得材料成分、密度分布更加均匀，制得的粉末冶金铜基摩擦材料能够具有更好的摩擦磨损性能。

Description

一种以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法
技术领域
本发明属于粉末冶金工艺制备铜基高速列车刹车片技术领域，特别提供了一种以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法。
背景技术
铜基粉末冶金摩擦材料是以铜为基体，添加基体强化组元(Fe、Ni、Mo、Ti、Sn、Zn、P等)，摩擦组元(SiO2、A12O3、SiC、石棉、金属、ZrO2等非金属氧化物、碳化物、氮化物)和润滑组元(石墨、MoS2、CaF2、WS2、B4C、BN、Pb、Bi等)烧结而成的材料。铜基粉末冶金刹车片在上述组元经过混料、冷压和烧结之后共同作用下，在刹车过程中表现出良好的综合摩擦磨损性能，是目前应用广泛的高速列车刹车片材料。但是由于各种添加组元物理性质差异较大，导致在混料的过程中采用简单的混料方式不能使各种粉末混合均匀，并在冷压的过程中使得压坯的压应力分布不均，从而造成孔隙度分布不均，最终导致铜基粉末冶金闸片在摩擦的过程中摩擦系数不稳定及磨损量不均匀，直接影响到摩擦材料的使用性能。
本发明采用了大粒度的铜粉以及较为细小的其他添加组元，通过在混料的过程中加入粘结润滑剂，并进行双锥喷雾粘结化处理，将细小的添加组元均匀地包覆在大粒度的铜粉颗粒表面，防止成分偏析，以制得成分、密度均匀的高速铁路用铜基粉末冶金闸片。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使得铜基粉末冶金闸片材料密度、成分分布均匀的粘结化工艺，并使其在高速列车刹车过程中能够保持稳定的摩擦系数及较小的磨损量。
本发明具体制备步骤如下：
步骤一、以大粒度的铜粉为基体，石墨为润滑组元，二氧化硅、莫来石为摩擦组元，铁、锡、镍为基体强化组元；
步骤二、采用一种双锥回转真空干燥混料器，将一种粘结润滑剂盛放在桶中，通过高压氮气，以压力0.05MPa～0.1MPa喷雾的方式将粘结润滑剂溶液喷洒在混料筒内，使各组元之间充分混合，润滑组元、摩擦组元能够均匀地包裹在铜粉表面；
步骤三、在四柱万能压机下，压力400～500MPa冷压成型，保压1-3min；
步骤四、将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至800℃～1000℃，在氢氮混合气体中烧结，保温60～180分钟，热压压力为2MPa～4MPa，待冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。
进一步的，步骤一所述的铜粉质量分数为60-75％，粒径为100-150μm，铁粉粒径10-25μm(5-10％)，镍粉粒径10-25μm(1-5％)，锡粉粒径10-25μm(5-10％)，SiO2粒径10-25μm(5-10％)。
进一步的，步骤二中所述的双锥喷雾混料器带加热夹套，利用导热油进行加热，加热温度为50-100℃，混料器内压力为(0.2-0.5)×10-5Pa；混料筒的回转速度为100-200转/分，混料器的中心部位设置雾化喷嘴，高压气体携带粘结润滑剂溶液在喷嘴处雾化，雾化气体压力为0.05-0.1MPa，雾化用粘结润滑剂的流量为0.05-0.1L/h；粘结润滑剂的加热温度为100-150℃，混合时间为5-8h。
进一步的，步骤二中所述的粘结润滑剂成分为乙撑双硬脂酸酰胺(质量分数50％-70％)、月桂酸(质量分数5％-10％)、聚酰胺蜡(质量分数10％-30％)、硬脂酸(质量分数5％-15％)、异辛酸(质量分数10％-30％)；所述的溶剂为正庚烷；所述的粘结润滑剂溶液中粘结润滑剂的含量为0.05wt％～1wt％，粘结润滑剂的溶解温度为70℃-100℃。
本发明创新地采用了以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法，大大增强了粉末混料的均匀性，降低了粉末在填充过程中所受的压力梯度，提高了材料在烧结过程中收缩的均匀性，使得材料成分、密度分布更加均匀，因此制得的粉末冶金铜基摩擦材料能够具有更好的摩擦磨损性能。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明所采用的混料机(1.支撑轴；2.混料筒；3.夹层；4.真空管；5.高压气体；6.电机；7.出料口；8.底座；9.导热油；10.喷嘴)。
具体实施方式
实施例1：
1.准备原材料：质量配比为60％纯电解铜粉(150μm)，7％锡粉(25μm)，7％铁粉(25μm)，3％镍粉(25μm)，5％二氧化硅粉(25μm)，2％铋粉，7％石墨粉，2％二硫化钼，7％莫来石；
2.将上述粉末倒入改进后的双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，高压气体压力为0.1MPa，喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，与翻动的物料充分接触，混料5小时；
3.将混合均匀的粉末在模具中冷压成形，压力为400MPa；
4.将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至950℃，在氢氮混合气体中烧结，保温80分钟，热压压力为2MPa，保持恒定；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。
实施例2：
1.准备原材料：质量配比为65％纯电解铜粉(130μm)，7％锡粉(25μm)，7％铁粉(25μm)，3％镍粉(25μm)，2％二氧化硅粉(25μm)，7％石墨粉，2％二硫化钼，7％莫来石；
2.将上述粉末倒入改进后的双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，高压气体压力为0.08MPa，喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，与翻动的物料充分接触，混料6小时；
3.将混合均匀的粉末在模具中冷压成形，压力为400MPa；
4.将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至900℃，在氢氮混合气体中烧结，保温100分钟，热压压力为2.5MPa，保持恒定；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。
实施例3：
1.准备原材料：质量配比为70％纯电解铜粉(120μm)，7％锡粉(18μm)，4％铁粉(18μm)，3％镍粉(18μm)，2％二氧化硅粉(18μm)，7％石墨粉，2％二硫化钼，5％莫来石；
2.将上述粉末倒入改进后的双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，高压气体压力为0.06MPa，喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，与翻动的物料充分接触，混料7小时；
3.将混合均匀的粉末冷压成形，压力为450MPa；
4.将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至850℃，在氢氮混合气体中烧结，保温120分钟，热压压力为3MPa，保持恒定；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。
实施例4：
1.准备原材料：质量配比为75％纯电解铜粉(100μm)，4％锡粉(10μm)，6％铁粉(10μm)，3％镍粉(10μm)，5％二氧化硅粉(10μm)，7％石墨粉；
2.将上述粉末倒入改进后的双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，高压气体压力为0.05MPa，喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，与翻动的物料充分接触，混料8小时；
3.将混合均匀的粉末冷压成形，压力为500MPa；
4.将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至800℃，在氢氮混合气体中烧结，保温140分钟，热压压力为3.5MPa，保持恒定；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。

Claims (4)

1.一种以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法，其特征在于：
步骤一、以大粒度的铜粉为基体，石墨为润滑组元，二氧化硅、莫来石为摩擦组元，铁、锡、镍为基体强化组元；
步骤二、采用一种双锥回转真空干燥混料器，将配好的粘结润滑剂盛放在桶中，通过高压氮气，以压力0.05MPa～0.1MPa喷雾的方式将粘结润滑剂溶液喷洒在混料筒内，使各组元之间充分混合，润滑组元、摩擦组元能够均匀地包裹在铜粉表面；
步骤三、在四柱万能压机下，压力400～500MPa冷压成形，保压1-3min；
步骤四、将冷坯体在热压烧结炉中烧结，加热至800℃～1000℃，在氢氮混合气体中烧结，保温60～180分钟，热压压力为2MPa～4MPa，待冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力恒定。
2.根据权利要求1所述一种以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法，其特征在于：步骤一所述的铜粉质量分数为60-75％，粒径为100-150μm，铁粉粒径10-25μm(5-10％)，镍粉粒径10-25μm(1-5％)，锡粉粒径10-25μm(5-10％)，SiO2粒径10-25μm(5-10％)。
3.根据权利要求1所述的一种以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法，其特征在于：步骤二中所述的粘结润滑剂成分为乙撑双硬脂酸酰胺(质量分数50％-70％)、月桂酸(质量分数5％-10％)、聚酰胺蜡(质量分数10％-30％)、硬脂酸(质量分数5％-15％)、异辛酸(质量分数10％-30％)；所述的溶剂为正庚烷；所述的粘结润滑剂溶液中粘结润滑剂的含量为0.05wt％～1wt％，粘结润滑剂的溶解温度为70℃-100℃。
4.所述的一种以粘结化工艺制备粉末冶金铜基摩擦材料的方法，其特征在于：步骤二中所述的双锥喷雾混料器带加热夹套，利用导热油进行加热，加热温度为50-100℃，混料器内压力为(0.2-0.5)×10-5Pa；混料筒的回转速度为100-200转/分，混料器的中心部位设置雾化喷嘴，高压气体携带粘结润滑剂溶液在喷嘴处雾化，雾化气体压力为0.05-0.1MPa，雾化用粘结润滑剂的流量为0.05-0.1L/h；粘结润滑剂的加热温度为100-150℃，混合时间为5-8h。
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