CN108367347B - 新型铁基复合粉末 - Google Patents
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Abstract
一种含有多个复合粒子的新型铁基粉末，所述复合粒子由具有分布在所述结构粒子的孔隙和空腔中的至少一种微粒摩擦改性剂并进一步含有至少一种微粒稳定剂‑封闭剂的铁素体铁或铁基多孔结构粒子构成。该复合粒子尤其适合用作摩擦配制物，如刹车片中的功能材料并能够替代此类摩擦材料配制物中所用的铜或铜基材料。
Description
技术领域
本发明的实施方案涉及新型铁基复合粉末和该粉末在制造摩擦材料中的用途。该复合粉末尤其适合用作摩擦配制物，如刹车片(brake pad)配制物中的功能材料并能够替代此类摩擦材料配制物中所用的铜或铜基材料。
背景
铁或铁基粉末用于多种用途和技术领域。能够在压力下形成成型体的粉末粒子用于制造压制和烧结金属部件。在各种化学工艺中利用其化学反应性。铁或铁基粉末也可用作手工金属电弧电极的涂层中或各种摩擦材料，如刹车片中的添加剂。
刹车片，特别是交通工具刹车片的摩擦材料必须满足大量要求并且也必须在不同环境中，在湿和干条件中，在高温和低温下，在高热负荷下等令人满意地工作。刹车片的摩擦材料含有大量粉状物质，它们各自起到重要作用——独立地或与其它物质组合，但是该作用并非总是可能精确界定或量化。因此，用于刹车片的摩擦材料的发展仍在很大程度上基于试验并有时被表征为现有技术。
摩擦材料中常用的一种物质是铜粉，其尤其起到在刹车过程中散热和在高温环境下稳定摩擦的作用。
但是，由于环境和健康担忧，铜的使用在刹车片中受到限制。当从刹车片配制物中移除铜时，面临如何解决如在刹车片使用过程中的热衰退(thermal fade)或过度刹车片(pad)和或刹车盘(rotor)磨损之类问题的巨大挑战。为寻找合适的替代品，已经作出一些尝试，但收效甚微。例如，已经使用铁粉作为铜的替代品，但已经遇到的情况是，在刹车片的使用过程中可形成硬质和磨蚀性的粒子，因为石墨——刹车片配制物中非常常用的物质，可扩散到铁中以通过摩擦热形成含渗碳体的相。含渗碳体的相与原始铁粉(其具有铁氧体相——硬度接近铜的软质相)相比是硬质相。这样的硬质相会造成不稳定摩擦和高的刹车片和或刹车盘磨损。因此，需要找到替代刹车片中的铜粉的合适替代物。
概述
本发明的第一个方面公开了一种含有多个复合粒子的粉末，其特征在于所述复合粒子由具有分布在所述结构粒子的孔隙和空腔中的至少一种微粒摩擦改性剂的铁或铁基多孔结构粒子构成，所述复合粒子进一步含有至少一种稳定剂-封闭剂。
本发明的第二个方面公开了一种制造根据第一方面的粉末的方法，且本发明的第三个方面公开此类粉末的用途。本发明的进一步的第四方面公开了含有所述粉末的刹车片。
由所附实施方案列表可见本发明的各种方面的具体实施方案：
1.一种含有多个复合粒子的粉末，其特征在于所述复合粒子由铁素体铁或铁基多孔结构粒子构成，所述铁素体铁或铁基多孔结构粒子具有分布在所述结构粒子的孔隙和空腔中的至少一种微粒摩擦改性剂并进一步含有至少一种微粒稳定剂-封闭剂，其中所述微粒摩擦改性剂和所述微粒稳定剂-封闭剂为自由形式。
2.根据实施方案1的粉末，其中摩擦改性剂含量为所述粉末的0.1-10重量％，优选1-8重量％，最优选2-6重量％。
3.根据实施方案1-2任一项的粉末，其中所述粉末的粒度分布使得100％低于20目(850微米)且90％高于635目(20微米)，优选100％低于40目(425微米)且90％高于325目(44微米)，最优选100％低于60目(250微米)且90％高于325目(44微米)。
4.根据实施方案1-3任一项的粉末，其中AD为1.2至2.5克/立方厘米。
5.根据实施方案1-4任一项的粉末，其具有1-30平方米/克，优选2-20平方米/克的SSA。
6.根据实施方案1-5任一项的粉末，其中所述铁素体含量为85重量％至97重量％，优选89重量％至97重量％。
7.根据实施方案1-6任一项的粉末，其中所述微粒摩擦改性剂选自：
-含碳材料，如石墨、焦炭、煤、活性炭、炭黑；
-矿物，如滑石、云母、钙萤石(calcium fluorite)；和
-其它无机材料，如二硫化钼(MoS2)、六方氮化硼(h-BN)、硫化锰(MnS)、硫化锑(SbS3或Sb2S5)。
8.根据实施方案7的粉末，其中所述摩擦改性剂选自石墨、滑石、MoS2、h-BN、MnS和SbS3。
9.根据实施方案1-8任一项的粉末，其中微粒稳定剂-封闭剂的量为所述粉末的0.1-5重量％，优选1-3重量％。
10.根据实施方案1-9任一项的粉末，其中所述微粒稳定剂-封闭剂选自：
-粘土矿物，如膨润土和高岭土；
-水泥，如波特兰水泥；
-氧化钙(CaO)和氢氧化钙(Ca(OH)2)；
-水玻璃，如钠、钾或锂硅酸盐。
11.根据实施方案10的粉末，其中所述稳定剂-封闭剂选自膨润土、高岭土、波特兰水泥、氧化钙、硅酸钠。
12.一种制造实施方案1-11任一项的粉末的方法，其包含以下步骤：a)提供铁素体铁或铁基多孔粉末，其中所述铁或铁基多孔粉末的粒度低于850微米，优选低于425微米且最少90％的粒子高于45微米，优选90％的粒子高于75微米，并具有1-2克/立方厘米，优选1.2-1.8克/立方厘米的表观密度(AD)和，
提供摩擦改性剂，其选自：
-含碳材料，如石墨、焦炭、煤、活性炭、炭黑；
-矿物，如滑石、云母、钙萤石；和
-其它无机材料，如二硫化钼(MoS2)、六方氮化硼(h-BN)、硫化锰(MnS)、硫化锑(SbS3或Sb2S5)，
b)将所述铁或铁基粉末与所述粉末的0.1-10重量％，优选1-8重量％，最优选2-6重量％的所述摩擦改性剂混合1-30分钟，
c)提供稳定剂-封闭剂，其选自：
-粘土矿物，如膨润土和高岭土；
-水泥，如波特兰水泥；
-氧化钙(CaO)和氢氧化钙(Ca(OH)2)；
-水玻璃，如钠、钾或锂硅酸盐，
d)将所述粉末的0.1-5重量％，优选1-3重量％的所述稳定剂-封闭剂与步骤b)中获得的混合物混合1-30分钟，
e)任选加入所述粉末的0.5-10重量％，优选1-5重量％的水并混合1-30分钟，
f)对步骤e)中获得的混合物施以在50-150℃，优选75-125℃下的干燥过程，
g)回收所得粉末，
且步骤c)可以在步骤a)之前进行或可以在步骤b)之前进行。
13.根据实施方案1-11任一项的粉末的用途，用于制备增强摩擦性能和防止热衰退的组件。
14.根据实施方案13的粉末的用途，用于制备刹车片的摩擦材料。
15.一种刹车片，其含有根据实施方案1-11任一项的粉末。
详述
根据本发明的粉末的制备和所用原材料
铁或铁基粉末
铁或铁基粉末粒子可以根据各种制造技术制造，以赋予最终粉末粒子各种特征。根据铁或铁基粉末的最终用途，需要某些特征。
成熟的水雾化方法，其中通过用高压水射流撞击熔融蒸汽将含或不含有意加入的合金元素的铁水料流分割成较细粒子，通常产生具有有限孔隙率的不规则致密粒子。此类粉末非常适合压实成具有高密度的生坯部件。随后的烧结过程产生具有高密度及有限收缩的烧结部件。如果该粉末具有太大收缩，其可能不利地影响部件的尺寸精确度。
其它方法，如用氢气H2化学还原铁氧化物或用含碳材料化学还原铁氧化物(其中该含碳材料形成一氧化碳CO作为还原气体)产生具有不同特征的粉末粒子。例如，CO还原法产生多孔海绵铁饼，其在崩解后产生具有一定内部孔隙率的更不规则和更多孔的粒子。当用于制造压实部件时，此类粉末在压实后产生具有比雾化铁粉高的生坯强度但更低的生坯密度的生坯。
通过用H2气体还原铁氧化物制成的铁或铁粉粒子具有比雾化铁粉和CO还原铁粉更大的孔隙率和更不规则的形状以及更高的比表面积。含有多孔和不规则粒子的粉末具有比形状更球形的粒子低的表观密度AD。
根据本发明的复合粉末中所含的铁或铁基粉末粒子具有存在高开孔度的不规则和多孔的铁素体结构。碳含量应该小于0.2重量％。铁素体结构、铁素体冶金相在本文中是指根据光学显微结构检查和维氏显微硬度测试(ISO6507-1:2005)测得的该铁或铁基粉末的铁素体含量为至少90％，优选至少95％，最优选至少97重量％。
通过低于2.0克/立方厘米，如1-2.0克/立方厘米，优选1.2-1,8克/立方厘米的低AD和如通过根据ISO 9277:2010的BET方法测得的例如0.15-1平方米/克，优选0.2-0.8平方米/克的与其粒度分布相关的高比表面积SSA，明显看出存在高开孔度的不规则和多孔的结构。选择粒度分布以使如根据ASTM E11测得，100％的粒子具有低于20目(850微米)，优选低于40目(425微米)的直径且最少90％的粒子具有高于325目(45微米)，优选高于200目(75微米)的直径。在本文中，重要的是要强调根据本发明的复合材料中所用的铁或铁基粉末粒子的影响该复合材料的性质的特定性质。因此，提供与上文提到的那些类似的铁或铁基粉末粒子性质的任何其它技术应被理解为有可能用于根据本发明的复合材料。
在本发明的某些实施方案中，该铁粉粒子含有合金元素，如铜、镍、钼、铬、硅、锌和铝，以赋予最终复合粒子定制性质。此类合金元素可以与铁粉预合金化，即添加到雾化前的熔体中的铁粉中，或扩散结合到铁粉上，即通过热过程结合到铁粉表面上。或者，可以借助粘合剂将合金元素粘合到铁粉表面上。合金元素的量应该小于50重量％。
摩擦改性剂
将至少一种微粒摩擦改性剂与铁或铁基粉末粒子合并以通过常规混合过程将摩擦改性剂的粒子置于铁或铁基粉末的孔隙或空腔中。这一混合步骤可以在标准混合程序中，如在螺条混合机、桨式混合机、高剪切混合机、V-掺合机、双锥掺合机和滚筒掺合机等中进行。根据混合机的类型和所用摩擦改性剂的量将混合时间设定为1至30分钟。
摩擦改性剂的量为0.1重量％至10重量％，优选1重量％至8重量％，更优选2重量％至6重量％。
根据本发明的复合粉末中所含的摩擦改性剂的作用是调节铁粉的摩擦特性以与铜粉的相应特性一致。
该摩擦改性剂选自：
-含碳材料，如石墨、焦炭、煤、活性炭、炭黑
-矿物，如滑石、云母、钙萤石
-其它无机材料，如二硫化钼(MoS2)、六方氮化硼(h-BN)、硫化锰(MnS)、硫化锑(SbS3或Sb2S5)。
优选的摩擦改性剂选自石墨、滑石、MoS2、h-BN、MnS和SbS3.
选择该摩擦改性剂的粒度以可通过混合将该粒子置于铁或铁基粉末粒子的孔隙和空腔中。因此，根据ISO 13320:2009(激光衍射法)测得的粒度为X50低于8μm且X95低于20μm，优选X50低于5μm且X95低于15μm；更优选X50低于3μm且X95低于10μm。
稳定剂-封闭剂
在将摩擦改性剂与铁或铁基粉末粒子合并的第一混合步骤后，进行第二混合步骤，其中将至少一种充当稳定剂和封闭剂的微粒粉末材料添加到该铁或铁基粉末/摩擦改性剂组合中。进行第二混合程序以使该稳定剂-封闭剂接触和覆盖摩擦改性剂的表面的至少一部分。
这种第二混合步骤可以在标准混合程序中，如在螺条混合机、桨式混合机、高剪切混合机、V-掺合机、双锥掺合机和滚筒掺合机等中进行。
根据混合机的类型和所用稳定剂-封闭剂的量将混合时间设定为1至30分钟。
稳定剂-封闭剂的量为0.1重量％至5重量％，优选1重量％至3重量％。
该稳定剂-封闭剂在本发明中起到双重作用。该物质应该确保将摩擦改性剂保持在铁和铁基粉末内。该稳定剂-封闭剂还应该防止在刹车片的使用过程中该摩擦材料配制物和/或用作摩擦改性剂的石墨中所含的例如石墨形式的碳与根据本发明的复合粉末中所含的铁反应并形成含渗碳体的相。因此，该稳定剂-封闭剂防止碳扩散到铁基质中以使铁粉在摩擦过程中经受高于奥氏体形成温度的温度时可保持其原始铁素体相或奥氏体相。
该稳定剂-封闭剂选自：
-粘土矿物，如膨润土和高岭土，
-水泥，如波特兰水泥，
-氧化钙(CaO)和氢氧化钙(Ca(OH)2)，
-水玻璃，如钠、钾或锂硅酸盐。
优选地，该稳定剂-封闭剂选自：膨润土、高岭土、波特兰水泥、氧化钙和硅酸钠。
选择该稳定剂-封闭剂的粒度以使该粒子容易分布在铁或铁剂粉末粒子的表面上并进一步将摩擦改性剂挤入铁或铁基粉末粒子的孔隙和空腔中。因此，根据ISO 13320:2009测得的粒度为X50低于8μm且X95低于20μm，优选X50低于5μm且X95低于15μm；更优选X50低于3μm且X95低于10μm。
为了进一步稳定根据本发明的复合粉末粒子，在第二混合步骤后可以施加进一步的制造步骤，其中对含有复合粒子的所得粉末施以湿混合步骤。这种湿混合步骤可以通过在标准混合程序中，如在螺条混合机、桨式混合机、高剪切混合机、V-掺合机、双锥掺合机和滚筒掺合机等中加入水，如自来水或去离子水进行。
根据混合机的类型和所用水量将混合时间设定为1至30分钟。
水量为0.5重量％至10重量％，优选1重量％至5重量％。在湿混合后，该粉末复合粒子在50至150℃，优选75至125℃下干燥。
这种湿和干法进一步增强稳定剂-封闭剂的作用以确保其均匀分布和粘合在铁或铁基粉末粒子的表面上。在根据本发明的方法的一个实施方案中，铁素体铁或铁基结构粒子同时，即在一个混合步骤中与摩擦改性剂和稳定剂-封闭剂混合。
根据本发明的实施方案的粉末的特征
根据本发明的粉末的特征在于含有多个复合粒子，其具有分布在铁或铁基结构粒子的孔隙和空腔中的至少一种微粒摩擦改性剂。该铁或铁基结构粒子进一步含有至少一种微粒稳定剂-封闭剂。该铁或铁基结构粒子在经受高于奥氏体形成温度的温度时是铁素体或奥氏体。摩擦改性剂含量为该粉末的0.1重量％至10重量％，优选1重量％至8重量％，最优选2重量％至6重量％。稳定剂-封闭剂的量为该粉末的0.1重量％至5重量％，优选1重量％至3重量％。该复合粒子的铁素体含量为85重量％至97重量％，优选89％至97重量％。
摩擦改性剂和稳定剂-封闭剂都是自由形式，即它们没有与铁和铁基粉末化学结合并可用物理分离法，如超声水和/或溶剂洗涤与铁或铁基粉末粒子分离。该摩擦改性剂和稳定剂-封闭剂的粒子没有嵌在铁或铁基粉末粒子的基质中，而是以粘结力(cohesiveforce)存在于或粘合到铁或铁基粉末粒子的表面上。
此外，在根据本发明的实施方案中，该粉末的粒度分布为使得100％低于20目(850微米)且90％高于635目(20微米)，优选100％低于40目(425微米)且90％高于325目(44微米)，最优选100％低于60目(250微米)且90％高于325目(44微米)。
在一个实施方案中，该粉末的AD为1.2至2.5克/立方厘米。
在另一些实施方案中，该粉末可具有1-30平方米/克，优选2-20平方米/克的比表面积。
附图简述
图1显示来自参比刹车片和含有根据本发明的一个实施方案的粉末复合粒子的刹车片的功率计(测功机)试验的结果。
实施例
根据用于金属粉末和粉末冶金产品的MPIF标准试验方法No.03:2012测量表观密度AD。
根据ISO 9277:2010BET方法测量比表面积SSA。
根据ISO 13320:2009激光衍射法测量X50和X95。
根据用于金属粉末和粉末冶金产品的MPIF标准试验方法No.02:2012测量流量。
根据用于金属粉末和粉末冶金产品的MPIF标准试验方法No.43:2012测量硬度。
根据用于金属粉末和粉末冶金产品的MPIF标准试验方法No.41:2012测量强度。
实施例1、粉末复合粒子的制备
1000克具有大于98％铁含量的多孔氢气(H2)还原铁粉与50克石墨在桨式混合机中混合10分钟。在这种第一混合步骤后，将30克粘土矿物膨润土添加到该混合机中并进一步混合6分钟。此后在混合过程中将25毫升水喷入该混合机并继续混合5分钟。在湿混合后，该粉末复合粒子在60℃下干燥2小时。
下表1显示所用铁粉、石墨和粘土的性质。
表1、用于制造粉末复合粒子的材料的性质
| 铁粉 | 石墨 | 粘土 | |
| AD[g/cm<sup>3</sup>] | 1.43 | 0.09 | 0.34 |
| SSA[m<sup>2</sup>/g] | 0.25 | 250 | 75 |
| X<sub>50</sub>[μm] | - | 2.0 | 3.5 |
| X<sub>95</sub>[μm] | - | 9.4 | 10.0 |
| 流量[s/25g] | 33.5 | 不流动 | 不流动 |
| 筛分分析 | |||
| +40目(+420μm)[％] | 0 | N.A. | N.A. |
| +100目(+149μm)[％] | 65.5 | N.A. | N.A. |
| +200目(+74μm)[％] | 26.0 | N.A. | N.A. |
| -200目(-74μm)[％] | 8.5 | N.A. | N.A. |
下表2显示所用铁粉、中间产物和最终复合粉末(1)的性质。
表2
从表2中可以看出，在所用铁粉和最终复合粉末之间没有显著的粒度分布变化。与由于添加精细添加剂而无法自由流动的中间产物相比，该复合粉末表现出良好的流速，表明该稳定剂-封闭剂通过湿和干法成功涂布在铁粒子的表面上以将摩擦改性剂封闭在铁粒子内。良好的流速也促进该粉末的处理和摩擦材料的制造。AD在轻微程度上改变，表明该粉末复合粒子保持其粒子形态。但是，由于添加摩擦改性剂和稳定剂-封闭剂，最终复合粉末的SSA与铁粉相比极大提高。改进的流动、类似的AD和粒度分布和提高的SSA是用摩擦改性剂和稳定剂-封闭剂适当构成的复合粉末的证据。
实施例2
根据实施例1中所述的程序制备第二复合粉末，复合粉末(2)，只是代替50克石墨作为摩擦改性剂，使用40克相同类型的石墨和10克六方氮化硼。表3显示六方氮化硼的性质。
表3
| h-BN | |
| AD[g/cm<sup>3</sup>] | 0.16 |
| SSA[m<sup>2</sup>/g] | 12.5 |
| X<sub>50</sub>[μm] | 0.9 |
| X<sub>95</sub>[μm] | 6.5 |
测量中间产物和最终复合粉末，复合粉末(2)的性质，测量结果根据表4。
表4
从表4中可以看出，在所用铁粉和最终复合粉末之间没有显著的粒度分布变化。与由于添加精细添加剂而无法自由流动的中间产物相比，该复合粉末表现出良好的流速，表明该稳定剂-封闭剂通过湿和干法成功涂布在铁粒子的表面上以将摩擦改性剂封闭在铁粒子内。良好的流速也促进该粉末的处理和摩擦材料的制造。AD在轻微程度上改变，表明该粉末复合粒子保持其粒子形态。但是，由于添加摩擦改性剂和稳定剂-封闭剂，最终复合粉末的SSA与铁粉相比极大提高。改进的流动、类似的AD和粒度分布和提高的SSA是用摩擦改性剂和稳定剂-封闭剂适当构成的复合粉末的证据。
实施例3
根据实施例1中所述的程序制备第三复合粉末，复合粉末(3)，只是代替50克石墨作为摩擦改性剂，使用70克硫化锰(MnS)和30克云母。表5显示硫化锰和云母的性质。
表5
| MnS | 云母 | |
| AD[g/cm<sup>3</sup>] | 1.02 | 0.21 |
| SSA[m<sup>2</sup>/g] | 1.3 | 9.3 |
| D<sub>50</sub>[μm] | 5.6 | 4.9 |
| D<sub>95</sub>[μm] | 8.8 | 14.3 |
测量中间产物和最终复合粉末，复合粉末(3)的性质，测量结果根据表6。
表6
从表6中可以看出，在所用铁粉和最终复合粉末之间没有显著的粒度分布变化。与由于添加精细添加剂而无法自由流动的中间产物相比，该复合粉末表现出良好的流速，表明该稳定剂-封闭剂通过湿和干法成功涂布在铁粒子的表面上以将摩擦改性剂封闭在铁粒子内。良好的流速也促进该粉末的处理和摩擦材料的制造。AD在轻微程度上改变，表明该粉末复合粒子保持其粒子形态。由于添加摩擦改性剂和稳定剂-封闭剂，最终复合粉末的SSA也与铁粉相比提高。改进的流动、类似的AD和粒度分布和提高的SSA是用摩擦改性剂和稳定剂-封闭剂适当构成的复合粉末的证据。
实施例4、对复合粉末的相稳定性的评估
使用实施例1和2中获得的复合粉末1和复合粉末2与添加和未添加石墨的铁粉相比评估它们在升高的温度下的铁素体相稳定性。在与作为压实润滑剂的1重量％Acrawax C混合后，根据用于金属粉末和粉末冶金产品的MPIF标准试验方法No.41:2012将该粉末混合物压实成在6.5克/立方厘米下的横向断裂强度(TRS)试样。该压实样品然后在100％氮气气氛中分别在900℃和1120℃下加热30分钟。在将加热的样品冷却至室温后，测量各加热材料的根据用于金属粉末和粉末冶金产品的MPIF标准试验方法No.43:2012的硬度和根据用于金属粉末和粉末冶金产品的MPIF标准试验方法No.41:2012的强度。结果显示在表7中。
表7
从表7中可以看出，该复合粉末表现出与没有添加石墨的铁粉类似的硬度和强度，表明该复合粉末仍充分保持铁素体相，即使其含有大量石墨并分别在900℃和1120℃下热处理。但是，对于添加了0.8％石墨的铁粉，由于来自添加的石墨的碳扩散以形成含渗碳体的相，其表现出比该复合粉末硬得多和高得多的强度。该试验提供根据本发明的复合粉末在经受高达1120℃的温度时在结构铁粉中具有稳定的铁素体相或奥氏体相的证据。
实施例5、摩擦材料的制备和测试
为摩擦试验选择典型的非石棉有机(NAO)刹车片配制物。这一配制物根据下表8含有8重量％铜粉以及粘合剂、润滑剂、磨料、填料等各种粉状材料作为参比摩擦材料。用于制备参比材料的相同粉状材料用于制备受试摩擦材料，只是分别用相同量(按重量计)的复合粉末1和复合粉末2完全替代铜粉。复合粉末1和复合粉末2分别由实施例1和2制成。其它粉状材料包括酚醛树脂、槚如坚壳油、石墨、三硫化锑、硅酸锆、硅酸铝、磁铁矿、云母、钛酸钾、橡胶、芳纶纤维、重晶石。
表8、摩擦材料的组成(重量％)
所有粉状材料，包括铜和复合粉末，根据它们的指定量精确称重，添加到用于混合的立式混合机中并混合15分钟。对于各混合，制造总共2千克混合材料。然后将混合物加载到刹车片模具中，其匹配全尺寸功率计上的Ford Crown Victoria(1999)试验组装件。模制的刹车片样品在175℃下热压制15分钟并在炉中在180℃下后固化4小时。
摩擦试验
制成的刹车片样品在单端惰性型制动功率计上使用SAE J2430程序测试。在该试验中使用原始设备制造商(OEM)级铸铁圆盘刹车盘和卡尺。基于全尺寸功率计试验结果，使用刹车效能评价方法(Brake Effectiveness Evaluation Procedure(BEEP))评估摩擦性能。BEEP评估结果显示在表9中。
表9
从表9中显而易见，所有受试刹车片通过该试验。还可以指出，含有根据本发明的复合粒子的刹车片在一些方面(如热性能)甚至超过参比刹车片的性能。
耐热衰退性试验
SAE J2430全尺寸功率计试验还评估刹车片样品的耐热衰退性。在刹车片样品的摩擦表面下方嵌入热电偶。在120km/小时的速度下对刹车片施以反复停止而不冷却刹车总成(brake assembly)，以使温度从开始时的50℃提高到试验结束时的325℃。
图1显示热衰退试验结果。显而易见，含有根据本发明的复合粒子的刹车片具有良好的耐热衰退性，其甚至超过参比材料。
磨损试验
SAE J2430全尺寸功率计试验还评估在试验完成后的刹车片和圆盘磨损。在该试验之前和之后精确测量刹车片样品和圆盘刹车盘的厚度和重量。表10显示各受试刹车片样品的磨损结果。
表10
与参比刹车片相比，含复合材料的刹车片表现出在内侧和外侧刹车片中都类似的刹车片厚度磨损但低得多的重量损失，和在圆盘刹车盘中较低的磨损。
Claims (65)
1.一种含有多个复合粒子的粉末，其特征在于所述复合粒子由铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子构成，所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子具有分布在所述结构粒子的孔隙和空腔中的至少一种微粒摩擦改性剂并进一步含有至少一种微粒稳定剂-封闭剂，其中所述微粒摩擦改性剂和所述微粒稳定剂-封闭剂为自由形式，其中所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子的粒度低于850微米且最少90%的铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子高于45微米，并且所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子具有1-2克/立方厘米的表观密度。
2.根据权利要求1的粉末，其中所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子的粒度低于425微米。
3.根据权利要求1的粉末，其中最少90%的铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子高于75微米。
4.根据权利要求1的粉末，其中所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子具有1.2-1.8克/立方厘米的表观密度。
5.根据权利要求1的粉末，其中所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子具有0.2-0.8平方米/克的比表面积。
6.根据权利要求1的粉末，其中微粒摩擦改性剂含量为所述粉末的0.1-10重量%。
7.根据权利要求6的粉末，其中微粒摩擦改性剂含量为所述粉末的1-8重量%。
8.根据权利要求7的粉末，其中微粒摩擦改性剂含量为所述粉末的2-6重量%。
9.根据权利要求2的粉末，其中微粒摩擦改性剂含量为所述粉末的0.1-10重量%。
10.根据权利要求3的粉末，其中微粒摩擦改性剂含量为所述粉末的0.1-10重量%。
11.根据权利要求4的粉末，其中微粒摩擦改性剂含量为所述粉末的0.1-10重量%。
12.根据权利要求1的粉末，其中所述粉末的粒度分布使得100%低于20目且90%高于635目。
13.根据权利要求12的粉末，其中所述粉末的粒度分布使得100%低于60目且90%高于325目。
14.根据权利要求13的粉末，其中所述粉末的粒度分布使得100%低于40目且90%高于325目。
15.根据权利要求2的粉末，其中所述粉末的粒度分布使得100%低于20目且90%高于635目。
16.根据权利要求3的粉末，其中所述粉末的粒度分布使得100%低于20目且90%高于635目。
17.根据权利要求4的粉末，其中所述粉末的粒度分布使得100%低于20目且90%高于635目。
18.根据权利要求5的粉末，其中所述粉末的粒度分布使得100%低于20目且90%高于635目。
19.根据权利要求1的粉末，其中粉末的表观密度为1.2至2.5克/立方厘米。
20.根据权利要求2的粉末，其中粉末的表观密度为1.2至2.5克/立方厘米。
21.根据权利要求3的粉末，其中粉末的表观密度为1.2至2.5克/立方厘米。
22.根据权利要求4的粉末，其中粉末的表观密度为1.2至2.5克/立方厘米。
23.根据权利要求5的粉末，其中粉末的表观密度为1.2至2.5克/立方厘米。
24.根据权利要求6的粉末，其中粉末的表观密度为1.2至2.5克/立方厘米。
25.根据权利要求1的粉末，其中粉末具有1-30平方米/克的比表面积。
26.根据权利要求25的粉末，其中粉末具有2-20平方米/克的比表面积。
27.根据权利要求2的粉末，其中粉末具有1-30平方米/克的比表面积。
28.根据权利要求3的粉末，其中粉末具有1-30平方米/克的比表面积。
29.根据权利要求4的粉末，其中粉末具有1-30平方米/克的比表面积。
30.根据权利要求5的粉末，其中粉末具有1-30平方米/克的比表面积。
31.根据权利要求6的粉末，其中粉末具有1-30平方米/克的比表面积。
32.根据权利要求12的粉末，其中粉末具有1-30平方米/克的比表面积。
33.根据权利要求1的粉末，其中所述铁素体含量为85重量%至97重量%。
34.根据权利要求33的粉末，其中所述铁素体含量为89重量%至97重量%。
35.根据权利要求2的粉末，其中所述铁素体含量为85重量%至97重量%。
36.根据权利要求3的粉末，其中所述铁素体含量为85重量%至97重量%。
37.根据权利要求4的粉末，其中所述铁素体含量为85重量%至97重量%。
38.根据权利要求5的粉末，其中所述铁素体含量为85重量%至97重量%。
39.根据权利要求6的粉末，其中所述铁素体含量为85重量%至97重量%。
40.根据权利要求12的粉末，其中所述铁素体含量为85重量%至97重量%。
41.根据权利要求19的粉末，其中所述铁素体含量为85重量%至97重量%。
42.根据权利要求1-41任一项的粉末，其中所述微粒摩擦改性剂选自：
- 含碳材料，其中所述含碳材料选自石墨、焦炭、煤、活性炭、炭黑；
- 矿物，其中所述矿物选自滑石、云母、钙萤石；和
- 其它无机材料，其中所述其它无机材料选自二硫化钼、六方氮化硼、硫化锰、硫化锑。
43.根据权利要求33的粉末，其中所述微粒摩擦改性剂选自石墨、滑石、MoS2、六方氮化硼、MnS和SbS3。
44.根据权利要求1-41任一项的粉末，其中微粒稳定剂-封闭剂的量为所述粉末的0.1-5重量%。
45.根据权利要求44的粉末，其中微粒稳定剂-封闭剂的量为所述粉末的1-3重量%。
46.根据权利要求42的粉末，其中微粒稳定剂-封闭剂的量为所述粉末的0.1-5重量%。
47.根据权利要求1-41任一项的粉末，其中所述微粒稳定剂-封闭剂选自：
- 粘土矿物，
- 水泥，
- 氧化钙和氢氧化钙，和
- 水玻璃。
48.根据权利要求47的粉末，其中粘土矿物选自膨润土和高岭土。
49.根据权利要求47的粉末，其中水泥为波特兰水泥。
50.根据权利要求47的粉末，其中水玻璃选自钠、钾或锂硅酸盐。
51.根据权利要求42的粉末，其中所述微粒稳定剂-封闭剂选自：
- 粘土矿物，
- 水泥，
- 氧化钙和氢氧化钙，和
- 水玻璃。
52.根据权利要求43的粉末，其中所述微粒稳定剂-封闭剂选自：
- 粘土矿物，
- 水泥，
- 氧化钙和氢氧化钙，和
- 水玻璃。
53.根据权利要求44的粉末，其中所述微粒稳定剂-封闭剂选自膨润土、高岭土、波特兰水泥、氧化钙、硅酸钠。
54.一种制造权利要求1-53任一项的粉末的方法，其包含以下步骤：
a) 提供所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子和提供所述微粒摩擦改性剂，
b) 将所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子与所述微粒摩擦改性剂混合1-30分钟，
c) 提供所述微粒稳定剂-封闭剂，
d) 将所述微粒稳定剂-封闭剂与步骤b)中获得的混合物混合1-30分钟，
e) 任选地，加入所述粉末的0.5-10重量%的水、混合1-30分钟并对获得的混合物施以在50-150°C下的干燥过程，和
f) 回收所得粉末。
55.根据权利要求54的方法，其中实施步骤e)并且步骤e)中加入的水的量为所述粉末的1-5重量%。
56.根据权利要求54的方法，其中实施步骤e)并且步骤e)中干燥过程的温度为75-125°C。
57.一种制造权利要求1-53任一项的粉末的方法，其包含以下步骤：
a) 提供所述微粒稳定剂-封闭剂，
b) 提供所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子和 提供所述微粒摩擦改性剂，
c) 将所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子与所述微粒摩擦改性剂混合1-30分钟，
d) 将所述微粒稳定剂-封闭剂与步骤c)中获得的混合物混合1-30分钟，
e) 任选地，加入所述粉末的0.5-10重量%的水、混合1-30分钟并对获得的混合物施以在50-150°C下的干燥过程，和
f) 回收所得粉末。
58.根据权利要求54的方法，其中实施步骤e)并且步骤e)中加入的水的量为所述粉末的1-5重量%。
59.根据权利要求54的方法，其中实施步骤e)并且步骤e)中干燥过程的温度为75-125°C。
60.一种制造权利要求1-53任一项的粉末的方法，其包含以下步骤：
a) 提供所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子和 提供所述微粒摩擦改性剂，
b) 提供所述微粒稳定剂-封闭剂，
c) 将所述铁素体铁多孔结构粒子或铁基多孔结构粒子与所述微粒摩擦改性剂混合1-30分钟，
d) 将所述微粒稳定剂-封闭剂与步骤c)中获得的混合物混合1-30分钟，
e) 任选地，加入所述粉末的0.5-10重量%的水、混合1-30分钟并对获得的混合物施以在50-150°C下的干燥过程，和
f) 回收所得粉末。
61.根据权利要求54的方法，其中实施步骤e)并且步骤e)中加入的水的量为所述粉末的1-5重量%。
62.根据权利要求54的方法，其中实施步骤e)并且步骤e)中干燥过程的温度为75-125°C。
63.根据权利要求1-52任一项的粉末的用途，用于制备增强摩擦性能和防止热衰退的组件。
64.根据权利要求1-52任一项的粉末的用途，用于制备刹车片的摩擦材料。
65.一种刹车片，其含有根据权利要求1-52任一项的粉末。
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