一種銅基粉末冶金摩擦材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅基粉末冶金摩擦材料及其制備方法。該材料由以下重量份配比的原料制成：銅粉60-64份、鐵粉6-10份、碳化硅粉3-6份、硫化錳粉3-6份、鋯剛玉粉4-7份、石墨粉10-14份、鎳粉1-4份、鈷粉2-5份、氧化鋁粉2-5份、鉀長石粉2-5份、硅微粉1-4份。其制備方法包括：配料和混料、壓制成型、燒結(jié)處理和冷卻處理。該方法制得的銅基粉末冶金摩擦材料的摩擦系數(shù)高，能很快吸收動(dòng)能，制動(dòng)、傳動(dòng)速度快、磨損??；強(qiáng)度高，耐高溫，導(dǎo)熱性好；抗咬合性好，耐腐蝕，受油脂、潮濕影響小。
【專利說明】一種銅基粉末冶金摩擦材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，特別涉及一種銅基粉末冶金摩擦材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制取金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工業(yè)技術(shù)。粉末冶金具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運(yùn)用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等，是一種少無切削工藝。粉末冶金與傳統(tǒng)熔鑄方法相比，具有以下特點(diǎn):
(I)粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料(如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等)具有重要的作用。
[0003](2)可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。
[0004](3)可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)。
[0005](4)可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
[0006](5)可以實(shí)現(xiàn)近凈形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。
[0007](6)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。
[0008]由于粉末冶金的種種優(yōu)點(diǎn)，粉末冶金相關(guān)企業(yè)已經(jīng)適用于汽車行業(yè)、裝備制造業(yè)、金屬行業(yè)、航空航天、軍事工業(yè)、儀器儀表、五金工具、電子家電等領(lǐng)域的零配件生產(chǎn)和研究，相關(guān)原料、輔料生產(chǎn)，各類粉末制備設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備制造。產(chǎn)品包括軸承、齒輪、硬質(zhì)合金刀具、模具、摩擦制品等等。軍工企業(yè)中，重型的武器裝備如穿甲彈，魚雷等，飛機(jī)坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)。粉末冶金汽車零件近年來已成為為中國粉末冶金行業(yè)最大的市場(chǎng)，約50%的汽車零部件為粉末冶金零部件。
[0009]目前，全球制造業(yè)正加速向中國轉(zhuǎn)移，汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了不可多得的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場(chǎng)空間。粉末冶金技術(shù)具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，非常適合于大批量生產(chǎn)。另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機(jī)械加工方法無法制備的材料和復(fù)雜零件也可用粉末冶金技術(shù)制造，因而備受工業(yè)界的重視。另外，粉末冶金產(chǎn)業(yè)被中國列入優(yōu)先發(fā)展和鼓勵(lì)外商投資項(xiàng)目，發(fā)展前景廣闊。
[0010]隨著我國加入WTO以后，市場(chǎng)逐漸國際化，粉末冶金市場(chǎng)將得到進(jìn)一步擴(kuò)大的機(jī)會(huì)；但是我國粉末冶金行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過了近10年的高速發(fā)展，但與國外的同行業(yè)仍存在很大的差距:絕大多數(shù)企業(yè)缺乏技術(shù)支持，研發(fā)能力落后，產(chǎn)品檔次低，難以與國外競(jìng)爭(zhēng)，工藝裝備、配套設(shè)施落后。粉末冶金分類主要為:粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。其中，粉末冶金摩擦材料是用粉末冶金的方法制成的、具有高摩擦系數(shù)和高耐磨性的金屬與非金屬組成的材料，也稱燒結(jié)摩擦材料。這種材料通常由基體金屬(銅、鐵或其合金)、潤滑組元(鉛、石墨、二硫化鑰等)、摩擦組元(二氧化硅、石棉等)3部分組成。其組織特點(diǎn)是:具有特殊性能的各種質(zhì)點(diǎn)均勻地分布在連續(xù)的金屬基體中。金屬基體發(fā)揮良好的導(dǎo)熱性并承受機(jī)械應(yīng)力，均勻分布的質(zhì)點(diǎn)保證所需的摩擦性能。粉末冶金摩擦材料按基體成分可分為銅基和鐵基兩大類。銅基的比鐵基的有較好的導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和小的磨損。但是其粉末冶金摩擦材料的密度較小，且硬度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、摩擦系數(shù)和磨損量的綜合性能較差。而我國目前有關(guān)粉末冶金減摩材料的原料配方和燒結(jié)工藝相對(duì)于國外還處于落后階段，從而導(dǎo)致粉末冶金減摩材料的物理性能和工藝性能偏低。與國外技術(shù)相比還存在很大的差距。所以，要想將以上種種不足和弱點(diǎn)得以改善，那粉末冶金及相關(guān)的技術(shù)水平必需得到提高和發(fā)展。因此迫切需要尋找一種具有密度適當(dāng)、硬度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、摩擦系數(shù)和磨損量的綜合性能較好等優(yōu)點(diǎn)的銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有密度適當(dāng)、硬度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、摩擦系數(shù)和磨損量的綜合性能較好等優(yōu)點(diǎn)的銅基粉末冶金減摩材料及其制備方法。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種銅基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:銅粉60-64份、鐵粉6-10份、碳化硅粉3-6份、硫化錳粉3_6份、鋯剛玉粉4-7份、石墨粉10-14份、鎳粉1-4份、鈷粉2-5份、氧化招粉2_5份、鉀長石粉2_5份、娃微粉1-4份。
[0013]所述銅粉為350目、鐵粉為300目、鎳粉為250目、鈷粉為300目、氧化鋁粉為300目。
[0014]所述碳化硅粉、硫化錳粉、鋯剛玉粉、石墨粉、鉀長石粉和硅微粉均為60-100目。
[0015]一種銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，該方法包括以下制備步驟:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.7T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至900-910°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.2MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3?3.5h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護(hù)條件下進(jìn)行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘40-50°C降溫至80°C以下后出爐。
[0016]第三步中，燒結(jié)處理，常壓升溫至905°C開始保溫。
[0017]第四步中，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘45 0C降溫至80 °C以下后出爐。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明制得的產(chǎn)品的摩擦系數(shù)高，能很快吸收動(dòng)能，制動(dòng)、傳動(dòng)速度快、磨損?。粡?qiáng)度高，耐高溫，導(dǎo)熱性好；抗咬合性好，耐腐蝕，受油脂、潮濕影響小。

【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
一種銅基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:銅粉60份、鐵粉6份、碳化硅粉3份、硫化錳粉3份、鋯剛玉粉4份、石墨粉10份、鎳粉I份、鈷粉2份、氧化鋁粉2份、鉀長石粉2份、硅微粉I份。
[0020]銅粉為350目、鐵粉為300目、鎳粉為250目、鈷粉為300目、氧化鋁粉為300目。
[0021]碳化硅粉、硫化錳粉、鋯剛玉粉、石墨粉、鉀長石粉和硅微粉均為60目。
[0022]制備方法如下:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.7T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至910°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.2MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護(hù)條件下進(jìn)行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘40°C降溫至80°C以下后出爐。
[0023]經(jīng)過檢測(cè)，本實(shí)施例產(chǎn)品的硬度:HRF84 ;抗壓強(qiáng)度:350MPa ;摩擦系數(shù)0.340 ;密度(g/m3) 5.45 ;磨損量(mm) 0.0050?
[0024]實(shí)施例2
一種銅基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:銅粉61份、鐵粉7份、碳化硅粉4份、硫化錳粉4份、鋯剛玉粉5份、石墨粉11份、鎳粉2份、鈷粉3份、氧化鋁粉3份、鉀長石粉3份、硅微粉2份。
[0025]銅粉為350目、鐵粉為300目、鎳粉為250目、鈷粉為300目、氧化鋁粉為300目。
[0026]碳化硅粉、硫化錳粉、鋯剛玉粉、石墨粉、鉀長石粉和硅微粉均為70目。
[0027]制備方法如下:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.7T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至905°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.2MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3.2h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護(hù)條件下進(jìn)行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘45°C降溫至80°C以下后出爐。
[0028]經(jīng)過檢測(cè)，本實(shí)施例產(chǎn)品的硬度:HRF85 ;抗壓強(qiáng)度:336MPa ;摩擦系數(shù)0.330 ;密度(g/m3) 5.46 ;磨損量(mm) 0.0045?
[0029]實(shí)施例3
一種銅基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:銅粉64份、鐵粉6-10份、碳化硅粉6份、硫化錳粉6份、鋯剛玉粉7份、石墨粉14份、鎳粉4份、鈷粉5份、氧化鋁粉5份、鉀長石粉5份、硅微粉4份。
[0030]銅粉為350目、鐵粉為300目、鎳粉為250目、鈷粉為300目、氧化鋁粉為300目。
[0031]碳化硅粉、硫化錳粉、鋯剛玉粉、石墨粉、鉀長石粉和硅微粉均為80目。
[0032]制備方法如下:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.7T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至910°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.2MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3.5h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護(hù)條件下進(jìn)行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘450°C降溫至80°C以下后出爐。
[0033]經(jīng)過檢測(cè)，本實(shí)施例產(chǎn)品的硬度:HRF88 ;抗壓強(qiáng)度:366MPa ;摩擦系數(shù)0.345 ;密度(g/m3) 5.47 ;磨損量(mm) 0.00500
[0034]實(shí)施例4
一種銅基粉末冶金摩擦材料，由以下重量份配比的原料制成:銅粉63份、鐵粉9份、碳化硅粉5份、硫化錳粉5份、鋯剛玉粉6份、石墨粉13份、鎳粉4份、鈷粉4份、氧化鋁粉4份、鉀長石粉4份、硅微粉3份。
[0035]銅粉為350目、鐵粉為300目、鎳粉為250目、鈷粉為300目、氧化鋁粉為300目。
[0036]碳化硅粉、硫化錳粉、鋯剛玉粉、石墨粉、鉀長石粉和硅微粉均為100目。
[0037]制備方法如下:
第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.7T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至900°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.2MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護(hù)條件下進(jìn)行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘40°C降溫至80°C以下后出爐。
[0038]經(jīng)過檢測(cè)，本實(shí)施例產(chǎn)品的硬度:HRF87 ;抗壓強(qiáng)度:356MPa ;摩擦系數(shù)0.340 ;密度(g/m3) 5.50 ;磨損量(mm) 0.0045?
【權(quán)利要求】
1.一種銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于由以下重量份配比的原料制成:銅粉60-64份、鐵粉6_10份、碳化娃粉3_6份、硫化猛粉3_6份、錯(cuò)剛玉粉4_7份、石墨粉10-14份、鎳粉1_4份、鈷粉2-5份、氧化招粉2-5份、鉀長石粉2-5份、娃微粉1-4份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于:所述銅粉為350目、鐵粉為300目、鎳粉為250目、鈷粉為300目、氧化鋁粉為300目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于:所述碳化硅粉、硫化錳粉、鋯剛玉粉、石墨粉、鉀長石粉和硅微粉均為60-100目。
4.一種權(quán)利要求1所述的銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下制備步驟: 第一步，配料和混料，按照配比稱取原料，將各組分粉末混合均勻；第二步，壓制成型，將混合料壓制成壓坯，壓制壓力為4.7T/cm2 ；第三步，燒結(jié)處理，常壓升溫至900-910°C開始保溫，燒結(jié)保溫壓力控制在燒結(jié)壓力為2.2MPa，保持壓力狀態(tài)恒溫3?3.5h，燒結(jié)過程在通入氨分解氣保護(hù)條件下進(jìn)行；第四步，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘40-50°C降溫至80°C以下后出爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于:第三步中，燒結(jié)處理，常壓升溫至905°C開始保溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于:第四步中，冷卻處理，燒結(jié)件在氨分解氣中以每分鐘45°C降溫至80°C以下后出爐。
【文檔編號(hào)】C22C9/00GK104384504SQ201410594765
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】劉莉, 王爽, 邱晶 申請(qǐng)人:蘇州萊特復(fù)合材料有限公司