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(dǎo)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(fēng)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(dǎo)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

2、利于增加摩擦系數(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)圍有限，一般為 1-5MPa 這個圍，難于進一步提高制品的密度和使制品有較復(fù)雜的形狀。另外，Word 文檔電阻加熱爐升

3、溫、降溫均需要較長時間，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(fù)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(fù)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

4、金屬基燒結(jié)磨擦片制造工藝第一步混合原料粉末混合均勻； 第二步冷壓制成型將模具表面涂潤滑脂，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

5、、鐵粉和鋁粉等，再加入硬質(zhì)粒子如Al2O3 、SiO2、硬質(zhì)合金等，最后加入石墨。Word 文檔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

6、.制品在模具成型，成型壓力調(diào)節(jié)圍大，使制品密度高、尺寸精度好、允許形狀復(fù)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)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)在更大圍的調(diào)節(jié)。 本發(fā)明尤其適用于制造鐵路車輛制動閘片和風(fēng)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(fēng)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

7、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/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)。Word 文檔圖 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

8、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。將冷壓制毛坯置入熱模壓模具 3 中，啟動真空系統(tǒng)，當(dāng)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 200，500，2000，30

9、00r/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Word 文檔得的摩擦系數(shù)為0.44，0.45，0.39，

10、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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的控制圍(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 3-5mi

11、n，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(dāng)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，

12、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Word 文檔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 ，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

13、/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。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

14、，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Word 文檔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.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(fù)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