1、金屬基燒結(jié)摩擦片制造工藝的制作方法專利名稱:金屬基燒結(jié)摩擦片制造工藝的制作方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于摩擦材料制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及燒結(jié)摩擦片制造工藝。背景技術(shù)金屬基燒結(jié)摩擦材料由于具有強度高、耐磨損、導熱性好，并具有較高的摩擦系數(shù)、摩擦系數(shù)穩(wěn)定等特點而成為制造離合器、制動器的關(guān)鍵材料，廣泛用于汽車、摩托車、列車、飛機等運輸工具及石油鉆井、風力發(fā)電等機械中。在列車車輛制造領(lǐng)域，用于制造制動閘瓦和制動閘片。這類材料以金屬為基體，含有均勻分布的硬質(zhì)粒子和潤滑粒子。金屬基體的含量對材料的強度和韌性起主導作用，硬質(zhì)粒子和潤滑粒子均為脆性材料，其含量控制著制品的摩擦系數(shù)和磨損量。提高脆性材料的含量，有利于增加

2、摩擦系數(shù)、降低磨損量，同時，降低制品的強度和韌性。隨著制動負荷的增加，如列車速度的提高，載重量增加，對摩擦制動材料性能提出了越來越高的要求，這就要求材料在保證基體強度的同時，進一步提高摩擦系數(shù)和降低磨損量。這對摩擦材料的制造工藝提出了更高的要求。目前國內(nèi)外傳統(tǒng)的制造工藝為原材料混合、冷壓制成型、壓力燒結(jié)成型。壓力燒結(jié)成型是將冷壓制成型的毛坯疊放在一起，放入加壓燒結(jié)爐中，在保護性氣氛下加壓燒結(jié)。由于爐溫分段固定加熱，溫區(qū)均勻性不足，造成制品質(zhì)量難于均勻，同時，燒結(jié)壓力調(diào)節(jié)范圍有限，一般為1-5MPa這個范圍，難于進一步提高制品的密度和使制品有較復雜的形狀。另外，電阻加熱爐升溫、降溫均需要較長時間

3、，這使得每爐的燒結(jié)時間約為8-10小時，因此，壓力燒結(jié)成型工序生產(chǎn)效率低、能耗大。為提高制品的密度和使制品具有較復雜的形狀，滿足高速列車對高能量制動閘片的制造要求，國際專利WO97/43560采用的制造高速列車制動閘片的工藝為原材料混合、冷壓制成型、第一次燒結(jié)、熱鍛成型、第二次燒結(jié)。這種工藝可以提高制品密度，允許制品形狀較復雜和尺寸精度好，然而，由于工藝中采用了3次加熱工序，因此，制造時間長，制造成本顯著提高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種金屬基燒結(jié)摩擦片制造工藝，工藝簡單，制造效率高、成本低、產(chǎn)品性能優(yōu)良，尺寸精度高。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝第一步混

4、合原料粉末混合均勻；第二步冷壓制成型將模具內(nèi)表面涂潤滑脂，將混合好的粉料及護套或護環(huán)置入模具中，在常溫及100-600MPa壓力下，壓制出所需的毛坯；第三步電流直加熱模壓燒結(jié)成型將冷壓制成型毛坯置入高強石墨或鋼質(zhì)模具中，將模具連同毛坯置入爐中，爐內(nèi)通入氫氣和氮氣，或啟動真空系統(tǒng)，真空度達70mmHg，然后，對毛坯施加電壓3-15V、大電流10-200A，同時，對毛坯施加壓力5-100MPa，燒結(jié)溫度750-1500，保溫時間為1-30分鐘，隨爐冷卻至100出爐。所述第一步混合將各組份材料按比例加入混合器中進行混合，首先混合密度較大的金屬粉，如銅粉、錫粉、鐵粉和鋁粉等，再加入硬質(zhì)粒子如Al2O3

5、、SiO2、硬質(zhì)合金等，最后加入石墨。所述各種粉末粒子的尺寸小于800m。在混合時，可混入混合物重量的0.2-1的輕質(zhì)油或易揮發(fā)性溶劑。所述第三步電流直加熱模壓燒結(jié)成型對毛坯施加壓力，壓力隨毛坯溫度升高而逐漸增加。所述第三步電流直加熱模壓燒結(jié)成型對于銅基燒結(jié)材料，燒結(jié)溫度為750-1000，保溫時間為1-20分鐘；對于鐵基燒結(jié)材料，燒結(jié)溫度為900-1500，保溫時間為2-30分鐘，隨爐冷卻至100出爐。本發(fā)明工藝簡單粉末原料混合、冷壓制成型、電流直加熱模壓燒結(jié)成型。這種工藝具有如下優(yōu)點1.基體金屬材料可以是銅基，也可以是鐵基；2.制品在模具內(nèi)成型，成型壓力調(diào)節(jié)范圍大，使制品密度高、尺寸精度好

6、、允許形狀復雜，可實現(xiàn)摩擦材料與護套、護環(huán)完整結(jié)合；3.將低電壓、大電流直接施加在坯料上進行加熱，燒結(jié)時間短、效率高、節(jié)能效果顯著；4.燒結(jié)壓力和燒結(jié)溫度可靈活匹配，調(diào)節(jié)范圍大，可實現(xiàn)半凝固狀態(tài)下的壓力燒結(jié)，這允許進一步提高脆性粒子的含量，使材料的摩擦磨損性能實現(xiàn)在更大范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。本發(fā)明尤其適用于制造鐵路車輛制動閘片和風力發(fā)電設(shè)備制動閘片。制造的閘片在高溫高速制動條件下，具有高的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性，更適于時速200公里以上的高速列車和大功率風力發(fā)電機使用。附圖說明圖1是閘片制動塊的制造工序。圖2是定速摩擦試驗機轉(zhuǎn)速為200r/Min時制動塊的摩擦系數(shù)。圖3是定速摩擦試驗機轉(zhuǎn)速為500r/

7、Min時制動塊的摩擦系數(shù)。圖4是定速摩擦試驗機轉(zhuǎn)速為2000r/Min時制動塊的摩擦系數(shù)。圖5是定速摩擦試驗機轉(zhuǎn)速為3000r/Min時制動塊的摩擦系數(shù)。圖6是11制動試驗臺測試的最高速度為300km/H時制動閘片的瞬時摩擦系數(shù)。具體實施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細敘述實施例1各組份重量百分比如下銅粉54，錫粉6，鋁粉3，鐵粉12，Al2O36，SiO29，石墨10。首先將金屬粉進行混合3-5min，再加入Al2O3和SiO2混合3-5min，最后加入石墨和混合粉重量的0.5煤油，混合5-10min。將適合重量的混合粉放入模具中，在500MPa的壓力下壓制5-10秒，取出后成為冷壓制毛坯。將冷

8、壓制毛坯置入熱模壓模具3中，啟動真空系統(tǒng)，當真空度達70mmHg時，通過上下凸模4、5對毛坯施加3MPa壓力，同時，啟動加熱電流6，加熱時間在2-3min左右，毛坯溫度達到800，對毛坯施加50MPa壓力，保溫2min，隨爐冷卻至100出爐，制成制動塊。制得的材料的硬度HB70，密度為5.6g/Cm3。在GF150D型定速摩擦試驗機上，比壓為0.6MPa，摩擦轉(zhuǎn)速為200，500，2000，3000r/Min，測得的摩擦系數(shù)為0.49(圖2)，0.45(圖3)，0.42(圖4)，0.36(圖5)，磨損量為0.41cm3/MJ。同樣條件下，采用傳統(tǒng)工藝制造制動塊，將冷壓制毛坯置入鐘罩式加壓燒結(jié)爐

9、中，燒結(jié)氣氛為氫氣，壓力為3.5MPa，經(jīng)2-3h加熱，溫度達到800，保溫時間為1小時，隨爐冷卻4-6h至100出爐，制成制動塊。制得的材料的硬度HB60，密度為5.0g/Mm3。在GF150D型定速摩擦試驗機上，比壓為0.6Mpa，摩擦轉(zhuǎn)速為200，500，2000，3000r/Min，測得的摩擦系數(shù)為0.44，0.45，0.39，0.35，磨損量為0.65cm3/MJ。兩種工藝比較可知，本發(fā)明工藝的燒結(jié)成型時間遠小于傳統(tǒng)工藝，而制品的密度高于傳統(tǒng)工藝，由于制品的密度高，使耐磨性能明顯提高。采用本發(fā)明制造出了符合國際鐵路聯(lián)盟標準的高速列車銅基燒結(jié)制動閘片，將制動閘片在11制動試驗臺上進行了

10、最高速度達300km/H測試，測試結(jié)果表明，瞬時摩擦系數(shù)完全處于國際鐵路聯(lián)盟標準的控制范圍內(nèi)(圖6)，磨損量為0.38cm3/MJ。實施例2各組份重量百分比如下鐵粉60，銅粉10，錫粉5，鋁粉5，Al2O35，SiO25，石墨10。首先將金屬粉進行混合3-5min，再加入Al2O3和SiO2混合3-5min，最后加入石墨和混合粉重量的0.5煤油，混合5-10min。將適合重量的混合粉放入模具中，在600MPa的壓力下壓制5-10秒，取出后成為冷壓制毛坯。將冷壓制毛坯置入熱模壓模具3中，啟動真空系統(tǒng)，當真空度達70mmHg時，通過上下凸模4、5對毛坯施加5MPa壓力，同時，啟動加熱電流6，加熱時

11、間在2-3min左右，毛坯溫度達到1000，對毛坯施加60MPa壓力，保溫2min，隨爐冷卻至100出爐，制成制動塊。制得的材料的硬度HB210，密度為4.8g/Cm3。在GF150D型定速摩擦試驗機上，比壓為0.6MPa，摩擦轉(zhuǎn)速為200，500，2000，3000r/Min，測得的摩擦系數(shù)為0.39，0.35，0.32，0.29，磨損量為0.39cm3/MJ。同樣條件下，采用傳統(tǒng)工藝制造制動塊，將冷壓制毛坯置入鐘罩式加壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)氣氛為氫氣，壓力為3.5MPa，經(jīng)3-4h加熱，溫度達到1000，保溫時間為1.5小時，隨爐冷卻4-6h至100出爐，制成制動塊。制得的材料的硬度HB150，

12、密度為4.6g/Mm3。在GF150D型定速摩擦試驗機上，比壓為0.6Mpa，摩擦轉(zhuǎn)速為200，500，2000，3000r/Min，測得的摩擦系數(shù)為0.34，0.35，0.29，0.28，磨損量為0.45cm3/MJ。權(quán)利要求1.一種金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝，其特征是第一步混合原料粉末混合均勻；第二步冷壓制成型將模具內(nèi)表面涂潤滑脂，將混合好的粉料及護套或護環(huán)置入模具中，在常溫及100-600MPa壓力下，壓制出所需的毛坯；第三步電流直加熱模壓燒結(jié)成型將冷壓制成型毛坯置入高強石墨或鋼質(zhì)模具中，將模具連同毛坯置入爐中，爐內(nèi)通入氫氣和氮氣，或啟動真空系統(tǒng)，真空度達70mmHg，然后，對毛坯施加電壓

13、3-15V、大電流10-200A，同時，對毛坯施加壓力5-100MPa，燒結(jié)溫度750-1500，保溫時間為1-30分鐘，隨爐冷卻至100出爐。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝，其特征是第一步混合將各組份材料按比例加入混合器中進行混合，首先混合密度較大的金屬粉，如銅粉、錫粉、鐵粉和鋁粉等，再加入硬質(zhì)粒子如A12O3、SiO2、硬質(zhì)合金等，最后加入石墨。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝，其特征是各種原料粉末粒子的尺寸小于800m。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝，其特征是第一步混合可混入混合物重量的0.2-1的輕質(zhì)油或易揮發(fā)性溶劑。5.

14、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝，其特征是第三步電流直加熱模壓燒結(jié)成型對毛坯施加壓力，壓力隨毛坯溫度升高而逐漸增加。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝，其特征是第三步電流直加熱模壓燒結(jié)成型對于銅基燒結(jié)材料，燒結(jié)溫度為750-1000，保溫時間為1-20分鐘。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝，其特征是對于鐵基燒結(jié)材料，燒結(jié)溫度為900-1500，保溫時間為2-30分鐘，隨爐冷卻至100出爐。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的一種金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝，其特征是熱壓模具材料為高密度石墨、鋼或石墨與鋼的復合模。專利摘要本發(fā)明涉及屬于摩擦材料制造技術(shù)領(lǐng)域，一種金屬基燒結(jié)摩擦片制造工藝，金屬基燒結(jié)摩擦片由銅、鐵等金屬材料為基體