本發(fā)明屬于粉末冶金銅基摩擦材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種以霧化銅鐵合金粉末為原料制備fe相呈網(wǎng)狀均勻分布銅基摩擦材料的技術(shù)。
背景技術(shù)：
銅基摩擦材料是以銅作為基體，添加基體強(qiáng)化組元(ni、mo、ti、sn、zn、p等)，摩擦組元(fe、sio2、a12o3、sic、石棉、金屬、zro2等非金屬氧化物、碳化物、氮化物)和潤(rùn)滑組元(石墨、mos2、caf2、ws2、b4c、bn、pb、bi等)燒結(jié)而成的復(fù)合材料，具有耐磨性好、導(dǎo)熱性高、抗粘著性強(qiáng)等優(yōu)異特性，是高速列車制動(dòng)閘片用的主要材料。鐵在銅基摩擦材料中充當(dāng)摩擦組元，其硬度比基體銅大，在摩擦過(guò)程中當(dāng)較軟的基體磨損后，fe顆粒便突出于摩擦表面，直接與對(duì)偶表面相接觸，承受摩擦阻力，從而提高材料的摩擦系數(shù)，起到增磨作用，因此fe相的存在形式、分布特征對(duì)銅基摩擦材料的性能有重要影響。目前，鐵以鐵粉的形式添加到銅基摩擦材料中，燒結(jié)后的材料中鐵的顆粒較粗大，分布不均勻，并且主要分布在銅基體中，與銅基體結(jié)合處由于原子擴(kuò)散會(huì)產(chǎn)生孔隙，對(duì)于提高材料的摩擦性能有限，不能夠充分發(fā)揮出鐵相的優(yōu)良特性。
本發(fā)明以氬氣霧化銅鐵合金粉末作為粉末冶金摩擦材料的基體成分，由于鐵在銅基體中的溶解度很低，霧化銅鐵合金粉末中鐵以過(guò)飽和固溶體的形式存在于銅基體中，在特定溫度下燒結(jié)過(guò)程中，鐵從銅基體中析出，并沿顆粒邊界分布，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鐵相的寬度為0.1-0.3μm。與外加的鐵粉顆粒相比，重新析出的鐵相分布更均勻，并且主要分布在銅基體與石墨、二氧化硅等顆粒的界面處，對(duì)二氧化硅形成包裹，并與石墨發(fā)生發(fā)應(yīng)形成鐵的碳化物，從而改善了銅基體和外加顆粒之間顆粒之間的潤(rùn)濕性，提高了兩者之間的界面結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，硬質(zhì)鐵碳相牢固地鑲嵌在銅基體中，在摩擦表面形成均勻的微凸體網(wǎng)絡(luò)，起到高硬度、耐磨的作用，能夠有效降低材料的磨損量。此外，三維網(wǎng)狀分布的鐵相能夠?qū)θw磨粒磨損過(guò)程中形成的氧化膜起到保護(hù)作用，有助于氧化膜的形成，并能減少氧化膜在摩擦磨損過(guò)程中的剝落，使材料摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定，從而有效地提高銅基粉末冶金閘片的摩擦磨損性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是以氬氣霧化銅鐵合金粉末作為基體原料，采用粉末冶金工藝制備銅基摩擦材料，利用銅鐵合金粉末在燒結(jié)過(guò)程中形成的三維網(wǎng)狀骨架來(lái)提高復(fù)合材料的摩擦磨損性能。
一種fe相均勻分布的銅基摩擦材料的制備方法，其特征在于：
步驟一、以銅鐵合金粉末為銅基摩擦材料基體原料，添加基體強(qiáng)化組元、摩擦組元和潤(rùn)滑組元：基體強(qiáng)化組元為ni、sn；摩擦組元為sio2、莫來(lái)石；潤(rùn)滑組元為石墨、mos2、bi；質(zhì)量百分比為錫粉5-10％，鎳粉1-5％，鱗片狀石墨粉5-10％，二氧化硅粉1-10％，二硫化鉬1-5％，莫來(lái)石5-15％；
步驟二、將上述原料粉末與粘結(jié)潤(rùn)滑劑在雙錐混料機(jī)上進(jìn)行混合，粘結(jié)潤(rùn)滑劑及相應(yīng)百分?jǐn)?shù)為ebs蠟(25-55％)，聚酰胺蠟(20-40％)，月桂酸(5-15％)，異辛酸(0.1-1％)，硬脂酸(5-20％)，混合時(shí)間為8～10h；步驟三、將混合好的粉末進(jìn)行冷壓成形，壓制壓力為400～500mpa，保壓時(shí)間為1-3min；
步驟四、燒結(jié)，氬氣保護(hù)，壓力為2～4mpa。
進(jìn)一步的，步驟一所述銅鐵合金粉末采用氬氣霧化方式制得，鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％～4％，在摩擦材料中銅鐵合金粉末所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70-80％。
進(jìn)一步的，步驟四要求的燒結(jié)溫度需在850-950℃，保溫時(shí)間應(yīng)在2-3h。
本發(fā)明創(chuàng)新地采用了一種fe相均勻分布的銅基摩擦材料的制備方法，在特定的溫度下進(jìn)行相應(yīng)的加熱和保溫之后，鐵相能夠均勻分布在相界面，在摩擦組元周圍形成一層保護(hù)膜，并與石墨反應(yīng)生成鐵的碳化物，從而改善了銅基體和石墨，摩擦組元顆粒之間的潤(rùn)濕性，提高了兩者之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，并且生成的三維網(wǎng)狀硬質(zhì)相對(duì)氧化膜和第三體有釘扎作用，使得銅基閘片材料表現(xiàn)出更加優(yōu)異的摩擦磨損性能。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的骨架相電鏡照片。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
1.準(zhǔn)備原材料：質(zhì)量配比為70％的銅鐵合金粉，7％錫粉，3％鎳粉，7％石墨粉(鱗片狀)，5％二氧化硅粉，1％二硫化鉬，7％莫來(lái)石；
2.將上述粉末倒入改進(jìn)后的雙錐混料機(jī)中，混料筒不斷回轉(zhuǎn)使物料翻動(dòng)，高壓氣體壓力在0.1mpa左右，噴射出的粘結(jié)潤(rùn)滑劑溶液形成霧狀，與翻動(dòng)的物料充分接觸，混料8小時(shí)；
3.將混合均勻的粉末冷壓成形，壓力為400mpa；
4.將冷坯體在熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，加熱至850℃，在氫氮混合氣體中燒結(jié)，保溫180分鐘，熱壓壓力為2mpa，保持恒定；
5.冷卻至100℃以下取出，冷卻過(guò)程保持壓力恒定。
實(shí)施例2：
1.準(zhǔn)備原材料：質(zhì)量配比為73％的銅鐵合金粉，7％錫粉，3％鎳粉，7％石墨粉(鱗片狀)，2％二氧化硅粉，1％二硫化鉬，7％莫來(lái)石；
2.將上述粉末倒入改進(jìn)后的雙錐混料機(jī)中，混料筒不斷回轉(zhuǎn)使物料翻動(dòng)，高壓氣體壓力在0.1mpa左右，噴射出的粘結(jié)潤(rùn)滑劑溶液形成霧狀，與翻動(dòng)的物料充分接觸，混料8小時(shí)；
3.將混合均勻的粉末冷壓成形，壓力為400mpa；
4.將冷坯體在熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，加熱至880℃，在氫氮混合氣體中燒結(jié)，保溫160分鐘，熱壓壓力為2.3mpa，保持恒定；
5.冷卻至100℃以下取出，冷卻過(guò)程保持壓力恒定。
實(shí)施例3：
1.準(zhǔn)備原材料：質(zhì)量配比為77％的銅鐵合金粉，5％錫粉，2％鎳粉，5％石墨粉(鱗片狀)，3％二氧化硅粉，1％二硫化鉬，7％莫來(lái)石；
2.將上述粉末倒入改進(jìn)后的雙錐混料機(jī)中，混料筒不斷回轉(zhuǎn)使物料翻動(dòng)，高壓氣體壓力在0.1mpa左右，噴射出的粘結(jié)潤(rùn)滑劑溶液形成霧狀，與翻動(dòng)的物料充分接觸，混料8小時(shí)；
3.將混合均勻的粉末冷壓成形，壓力為400mpa；
4.將冷坯體在熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，加熱至920℃，在氫氮混合氣體中燒結(jié)，保溫140分鐘，熱壓壓力為2.7mpa，保持恒定；
5.冷卻至100℃以下取出，冷卻過(guò)程保持壓力恒定。
實(shí)施例4：
1.準(zhǔn)備原材料：質(zhì)量配比為80％的銅鐵合金粉，5％錫粉，2％鎳粉，5％石墨粉(鱗片狀)，1％二硫化鉬，3％二氧化硅粉，5％莫來(lái)石；
2.將上述粉末倒入改進(jìn)后的雙錐混料機(jī)中，混料筒不斷回轉(zhuǎn)使物料翻動(dòng)，高壓氣體壓力在0.1mpa左右，噴射出的粘結(jié)潤(rùn)滑劑溶液形成霧狀，與翻動(dòng)的物料充分接觸，混料8小時(shí)；
3.將混合均勻的粉末冷壓成形，壓力為400mpa；
4.將冷坯體在熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，加熱至950℃，在氫氮混合氣體中燒結(jié)，保溫120分鐘，熱壓壓力為3mpa，保持恒定；
5.冷卻至100℃以下取出，冷卻過(guò)程保持壓力恒定。