CN112555310A - 一种粉末冶金铜基摩擦块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于粉末冶金技术领域，公开了一种粉末冶金铜基摩擦块及其制备方法，所述粉末冶金铜基摩擦块包括粉末冶金背板、过渡层和粉末冶金摩擦体；所述过渡层连接粉末冶金背板和粉末冶金摩擦体，形成一体化结构。所述粉末冶金铜基摩擦块的粉末冶金背板上开有粉末冶金铜基摩擦块的螺栓孔。本发明提供的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法进行煅烧后粉末冶金背板与粉末冶金摩擦体生胚的组合，使用锰铜合金层作为过渡层进行组合烧结，能够实现粉末冶金铜基摩擦块一体成型，过渡层分别与粉末冶金背板与粉末冶金摩擦体完全冶金熔合，减少了粉末冶金背板与粉末冶金摩擦体结合面之间的界面应力，摩擦块不易分层，提高了使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，尤其涉及一种粉末冶金铜基摩擦块及其制备方法。
背景技术
目前，摩擦材料与对偶材料组成的摩擦副是现代航空器、船舶、车辆、列车、工程机械离合器和制动器的重要部件，其工作的可靠性、安全性、使用舒适性和寿命，在很多情况下也关系到人身安全。摩擦材料必须具有优异的综合性能：即足够的稳定的摩擦系数，具有高的抗压性能，耐磨性好，导热性好，耐腐蚀，工作中不发生粘结和咬合。同时，经济的发展对生产成本、材料节能、环境保护提出了更高的要求。
传统的摩擦块制作方法为钟罩炉中加压烧结法，该方法是将压制好的粉末冶金摩擦层放在表面镀铜的钢背上，用胶带固定好摆放在烧结垫板上，一层层码放到一定高度，然后吊上马弗罩和钟罩炉体，通入保护气体，开动油泵加压烧结。加热到450~550℃，保温1.5~2.5h，继续加热至780~820℃，保温2~3h后，泄压、停电随炉冷却至500~600℃，钟罩炉体吊离，在马弗罩中冷却6~8h至室温，出炉然后进行磨削成为成品工件。此方法生产效率低，成本高且易污染环境，并且生产的摩擦块的性能较差，无法满足实践的需求。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统方法生产摩擦块的效率低，成本高且易污染环境，并且生产的摩擦块的性能较差，无法满足实践的需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种粉末冶金铜基摩擦块及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种粉末冶金铜基摩擦块的制备方法，所述粉末冶金铜基摩擦块的制备方法包括以下步骤：
步骤一，利用模具设计装置的计算单元和设定单元分别进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的设计。
步骤二，将人造石墨放入研磨机中，进行初步研磨；将初步研磨后的人造石墨粉末放入球磨机中，启动所述球磨机，使所述球磨机中的球磨机钢球对所述人造石墨进行粉碎，得到人造石墨粉末。
步骤三，分别将铜粉、化合碳粉、锡粉、石英粉、钨粉、镍粉置于搅拌机中进行混合，加入步骤二制备的人造石墨粉末，进行混粉得到混合粉料A。
步骤四，将步骤三制备置于粉末冶金背板模具中，并使用旋转刮板将其表层刮平，采用全自动分体式多级浮动模架进行多级浮动，压制成型后进行烧结，得到粉末冶金背板。
步骤五，对步骤四制备的粉末冶金背板进行表面修饰，使用砂纸磨平表面尖锐部分，得到表面光滑的粉末冶金背板。
步骤六，将人造石墨和鳞片石墨依次置于混合装置中进行混合，研磨后进行球磨，得到石墨混合粉末。
步骤七，将铜粉、锌粉、铁粉、硅酸锆、二氧化硅、石英粉、碳化硼粉依次置于连续振动搅拌机中进行混合，加入步骤六制备的石墨混合粉末，进行混粉得到混合粉料B。
步骤八，将混合粉料B撒入压制模具中，将压制模具送入粉末冶金自动压机中进行压制处理，得到粉末冶金摩擦体生胚。
步骤九，将步骤五制备的粉末冶金背板和步骤八制备的粉末冶金摩擦体生胚进行组合，中间***锰铜合金层，置于烧结炉中进行烧结。
步骤十，烧结过程中，使用机械臂在粉末冶金摩擦体生胚上覆盖锰铜合金层，并将粉末冶金背板精确地定位在上层覆盖锰铜合金层的粉末冶金摩擦体生胚上，得到粉末冶金铜基摩擦块组合物。
步骤十一，在烧结炉中注入氩气，将粉末冶金铜基摩擦块组合物置于烧结炉中；进行预加热，设定预加热温度为550~600℃，加热30min。
步骤十二，进行第一次烧结，设定第一次烧结的温度为750~780℃，加热时间为30min；进行第二次烧结，设定第二次烧结的温度为800~850℃，加热时间为1h；进行第三次烧结，设定第三次烧结的温度为850~1000℃，加热时间为30min；进行逐级降温，降温速率为80℃/h，直至烧结料冷却。
步骤十三，烧结结束后，将摩擦块置于冷却装置中冷却处理2~3h，即可得到所述粉末冶金铜基摩擦块。
进一步，步骤一中，所述进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具设计的方法，包括：
（I）利用模具设计装置的计算单元计算在铸造条件下粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的合模面的接触面压力的分布；
（II）利用设定单元根据所述接触面压力的分布来设定粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的所述合模面的加工量；
（III）依据设定的加工量分别进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的设计。
进一步，步骤三中，所述进行混粉的方法为：将粉料置于双锥形混料机中进行混粉，混粉时间为30~40min。
进一步，步骤四中，所述采用全自动分体式多级浮动模架进行多级浮动，包括以下步骤：
（1）将全自动分体式多级浮动模架安装在全自动液压机上；
（2）设定压制力为7~8T/cm2，单次压制时间为3~5s，压制面降落高度为0.8~1.4m，压制面降落时间为0.5~0.7s；
（3）通过多级浮动，使粉末冶金背板一次成型。
进一步，步骤四中，所述压制成型后进行烧结的方法为：
1）粉末冶金背板一次成型后将其至于烧结炉中进行第一次烧结，常压下设定烧结温度为1050~1105℃，烧结时间为2~3h，进行烧结；
2）第一次烧结结束后进行保温，保温时间为2~4h；
3）进行缓慢降温，直至温度降低至800℃时进行第二次烧结，烧结温度为1095~1175℃，烧结时间为1~2h，进行烧结；
4）停止加热，进行1h保温；
5）缓慢降温，打开烧结炉进行通风，得到粉末冶金背板。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法制备得到的粉末冶金铜基摩擦块，所述粉末冶金铜基摩擦块包括粉末冶金背板、过渡层和粉末冶金摩擦体；
所述过渡层连接粉末冶金背板和粉末冶金摩擦体，形成一体化结构。
进一步，所述粉末冶金铜基摩擦块的粉末冶金背板上开有粉末冶金铜基摩擦块的螺栓孔。
进一步，所述粉末冶金背板按照质量份数由铜粉15~19份、化合碳粉2~3份、锡粉4~6份、人造石墨5~6份、石英粉3~5份、钨粉2~3份、镍粉2~4份组成。
进一步，所述过渡层为锰铜合金层，且所述过渡层的厚度为0.40~0.75mm。
进一步，所述粉末冶金摩擦体按照质量份数由铜粉48~35份、锌粉7~12份、铁粉3~4份、硅酸锆3~4份、二氧化硅1~2份、人造石墨5~8份、鳞片石墨1~2份、石英粉3~5份、碳化硼粉2~4份组成。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法，通过将煅烧后粉末冶金背板与粉末冶金摩擦体生胚的组合，使用锰铜合金层作为过渡层进行二者的组合烧结，能够实现粉末冶金铜基摩擦块一体成型，克服现有摩擦块中背板与摩擦体粘接强度低导致两者分离易脱落的缺点，过渡层分别与粉末冶金背板与粉末冶金摩擦体完全冶金熔合，减少了粉末冶金背板与粉末冶金摩擦体结合面之间的界面应力，摩擦块不易分层，大大提高了由该摩擦块制成的粉末冶金闸片的使用寿命；制备中严格控制煅烧温度和煅烧时间，能够减少能耗，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的粉末冶金铜基摩擦块的结构图。
图2是本发明实施例提供的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法流程图。
图3是本发明实施例提供的进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具设计的方法流程图。
图4是本发明实施例提供的采用全自动分体式多级浮动模架进行多级浮动的方法流程图。
图5是本发明实施例提供的压制成型后进行烧结的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种粉末冶金铜基摩擦块及其制备方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的粉末冶金铜基摩擦块包括粉末冶金背板、过渡层和粉末冶金摩擦体；所述过渡层连接粉末冶金背板和粉末冶金摩擦体，形成一体化结构。
本发明实施例提供的粉末冶金铜基摩擦块的粉末冶金背板上开有粉末冶金铜基摩擦块的螺栓孔。
本发明实施例提供的粉末冶金背板按照质量份数由铜粉15~19份、化合碳粉2~3份、锡粉4~6份、人造石墨5~6份、石英粉3~5份、钨粉2~3份、镍粉2~4份组成。
本发明实施例提供的过渡层为锰铜合金层，且所述过渡层的厚度为0.40~0.75mm。
本发明实施例提供的粉末冶金摩擦体按照质量份数由铜粉48~35份、锌粉7~12份、铁粉3~4份、硅酸锆3~4份、二氧化硅1~2份、人造石墨5~8份、鳞片石墨1~2份、石英粉3~5份、碳化硼粉2~4份组成。
如图2所示，本发明实施例提供的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法包括以下步骤：
S101，利用模具设计装置的计算单元和设定单元分别进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的设计。
S102，将人造石墨放入研磨机中，进行初步研磨；将初步研磨后的人造石墨粉末放入球磨机中，启动所述球磨机，使所述球磨机中的球磨机钢球对所述人造石墨进行粉碎，得到人造石墨粉末。
S103，分别将铜粉、化合碳粉、锡粉、石英粉、钨粉、镍粉置于搅拌机中进行混合，加入S102制备的人造石墨粉末，进行混粉得到混合粉料A。
S104，将S103制备置于粉末冶金背板模具中，并使用旋转刮板将其表层刮平，采用全自动分体式多级浮动模架进行多级浮动，压制成型后进行烧结，得到粉末冶金背板。
S105，对S104制备的粉末冶金背板进行表面修饰，使用砂纸磨平表面尖锐部分，得到表面光滑的粉末冶金背板。
S106，将人造石墨和鳞片石墨依次置于混合装置中进行混合，研磨后进行球磨，得到石墨混合粉末。
S107，将铜粉、锌粉、铁粉、硅酸锆、二氧化硅、石英粉、碳化硼粉依次置于连续振动搅拌机中进行混合，加入S106制备的石墨混合粉末，进行混粉得到混合粉料B。
S108，将混合粉料B撒入压制模具中，将压制模具送入粉末冶金自动压机中进行压制处理，得到粉末冶金摩擦体生胚。
S109，将S105制备的粉末冶金背板和步骤S108制备的粉末冶金摩擦体生胚进行组合，中间***锰铜合金层，置于烧结炉中进行烧结。
S110，烧结结束后，将摩擦块置于冷却装置中冷却处理2~3h，即可得到所述粉末冶金铜基摩擦块。
如图3所示，本发明实施例提供的步骤S101中，所述进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具设计的方法，包括：
S201，利用模具设计装置的计算单元计算在铸造条件下粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的合模面的接触面压力的分布。
S202，利用设定单元根据所述接触面压力的分布来设定粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的所述合模面的加工量。
S203，依据设定的加工量分别进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的设计。
本发明实施例提供的步骤S103中，所述进行混粉的方法为：将粉料置于双锥形混料机中进行混粉，混粉时间为30~40min。
如图4所示，本发明实施例提供的步骤S104中，所述采用全自动分体式多级浮动模架进行多级浮动的方法包括以下步骤：
S301，将全自动分体式多级浮动模架安装在全自动液压机上。
S302，设定压制力为7~8T/cm2，单次压制时间为3~5s，压制面降落高度为0.8~1.4m，压制面降落时间为0.5~0.7s。
S303，通过多级浮动，使粉末冶金背板一次成型。
如图5所示，本发明实施例提供的步骤S104中，所述压制成型后进行烧结的方法为：
S401，粉末冶金背板一次成型后将其至于烧结炉中进行第一次烧结，常压下设定烧结温度为1050~1105℃，烧结时间为2~3h，进行烧结。
S402，第一次烧结结束后进行保温，保温时间为2~4h。
S403，进行缓慢降温，直至温度降低至800℃时进行第二次烧结，烧结温度为1095~1175℃，烧结时间为1~2h，进行烧结。
S404，停止加热，进行1h保温；缓慢降温，打开烧结炉进行通风，得到粉末冶金背板。
本发明实施例提供的步骤S109中，本发明实施例提供的置于烧结炉中进行烧结的方法为：
（1）使用机械臂在粉末冶金摩擦体生胚上覆盖锰铜合金层，并将粉末冶金背板精确地定位在上层覆盖锰铜合金层的粉末冶金摩擦体生胚上，得到粉末冶金铜基摩擦块组合物；
（2）在烧结炉中注入氩气，将粉末冶金铜基摩擦块组合物置于烧结炉中；
（3）进行预加热，设定预加热温度为550~600℃，加热30min；
（4）进行第一次烧结，设定第一次烧结的温度为750~780℃，加热时间为30min；
（5）进行第二次烧结，设定第二次烧结的温度为800~850℃，加热时间为1h；
（6）进行第三次烧结，设定第三次烧结的温度为850~1000℃，加热时间为30min；
（7）进行逐级降温，降温速率为80℃/h，直至烧结料冷却。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种粉末冶金铜基摩擦块的制备方法，其特征在于，所述粉末冶金铜基摩擦块的制备方法包括以下步骤：
步骤一，利用模具设计装置的计算单元和设定单元分别进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的设计；
步骤二，将人造石墨放入研磨机中，进行初步研磨；将初步研磨后的人造石墨粉末放入球磨机中，启动所述球磨机，使所述球磨机中的球磨机钢球对所述人造石墨进行粉碎，得到人造石墨粉末；
步骤三，分别将铜粉、化合碳粉、锡粉、石英粉、钨粉、镍粉置于搅拌机中进行混合，加入步骤二制备的人造石墨粉末，进行混粉得到混合粉料A；
步骤四，将步骤三制备置于粉末冶金背板模具中，并使用旋转刮板将其表层刮平，采用全自动分体式多级浮动模架进行多级浮动，压制成型后进行烧结，得到粉末冶金背板；
步骤五，对步骤四制备的粉末冶金背板进行表面修饰，使用砂纸磨平表面尖锐部分，得到表面光滑的粉末冶金背板；
步骤六，将人造石墨和鳞片石墨依次置于混合装置中进行混合，研磨后进行球磨，得到石墨混合粉末；
步骤七，将铜粉、锌粉、铁粉、硅酸锆、二氧化硅、石英粉、碳化硼粉依次置于连续振动搅拌机中进行混合，加入步骤六制备的石墨混合粉末，进行混粉得到混合粉料B；
步骤八，将混合粉料B撒入压制模具中，将压制模具送入粉末冶金自动压机中进行压制处理，得到粉末冶金摩擦体生胚；
步骤九，将步骤五制备的粉末冶金背板和步骤八制备的粉末冶金摩擦体生胚进行组合，中间***锰铜合金层，置于烧结炉中进行烧结；
步骤十，烧结过程中，使用机械臂在粉末冶金摩擦体生胚上覆盖锰铜合金层，并将粉末冶金背板精确地定位在上层覆盖锰铜合金层的粉末冶金摩擦体生胚上，得到粉末冶金铜基摩擦块组合物；
步骤十一，在烧结炉中注入氩气，将粉末冶金铜基摩擦块组合物置于烧结炉中；进行预加热，设定预加热温度为550~600℃，加热30min；
步骤十二，进行第一次烧结，设定第一次烧结的温度为750~780℃，加热时间为30min；进行第二次烧结，设定第二次烧结的温度为800~850℃，加热时间为1h；进行第三次烧结，设定第三次烧结的温度为850~1000℃，加热时间为30min；进行逐级降温，降温速率为80℃/h，直至烧结料冷却；
步骤十三，烧结结束后，将摩擦块置于冷却装置中冷却处理2~3h，即可得到所述粉末冶金铜基摩擦块。
2.如权利要求1所述的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具设计的方法，包括：
（I）利用模具设计装置的计算单元计算在铸造条件下粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的合模面的接触面压力的分布；
（II）利用设定单元根据所述接触面压力的分布来设定粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的所述合模面的加工量；
（III）依据设定的加工量分别进行粉末冶金背板模具和粉末冶金摩擦体模具的设计。
3.如权利要求1所述的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述进行混粉的方法为：将粉料置于双锥形混料机中进行混粉，混粉时间为30~40min。
4.如权利要求1所述的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述采用全自动分体式多级浮动模架进行多级浮动，包括以下步骤：
（1）将全自动分体式多级浮动模架安装在全自动液压机上；
（2）设定压制力为7~8T/cm2，单次压制时间为3~5s，压制面降落高度为0.8~1.4m，压制面降落时间为0.5~0.7s；
（3）通过多级浮动，使粉末冶金背板一次成型。
5.如权利要求1所述的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述压制成型后进行烧结具体为：
1）粉末冶金背板一次成型后将其至于烧结炉中进行第一次烧结，常压下设定烧结温度为1050~1105℃，烧结时间为2~3h，进行烧结；
2）第一次烧结结束后进行保温，保温时间为2~4h；
3）进行缓慢降温，直至温度降低至800℃时进行第二次烧结，烧结温度为1095~1175℃，烧结时间为1~2h，进行烧结；
4）停止加热，进行1h保温；
5）缓慢降温，打开烧结炉进行通风，得到粉末冶金背板。
6.一种应用如权利要求1~5任意一项所述的粉末冶金铜基摩擦块的制备方法制备得到的粉末冶金铜基摩擦块，其特征在于，所述粉末冶金铜基摩擦块包括粉末冶金背板、过渡层和粉末冶金摩擦体；
所述过渡层连接粉末冶金背板和粉末冶金摩擦体，形成一体化结构。
7.如权利要求6所述的粉末冶金铜基摩擦块，其特征在于，所述粉末冶金铜基摩擦块的粉末冶金背板上开有粉末冶金铜基摩擦块的螺栓孔。
8.如权利要求6所述的粉末冶金铜基摩擦块，其特征在于，所述粉末冶金背板按照质量份数由铜粉15~19份、化合碳粉2~3份、锡粉4~6份、人造石墨5~6份、石英粉3~5份、钨粉2~3份、镍粉2~4份组成。
9.如权利要求6所述的粉末冶金铜基摩擦块，其特征在于，所述过渡层为锰铜合金层，且所述过渡层的厚度为0.40~0.75mm。
10.如权利要求6所述的粉末冶金铜基摩擦块，其特征在于，所述粉末冶金摩擦体按照质量份数由铜粉48~35份、锌粉7~12份、铁粉3~4份、硅酸锆3~4份、二氧化硅1~2份、人造石墨5~8份、鳞片石墨1~2份、石英粉3~5份、碳化硼粉2~4份组成。
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