一種銅基粉末合金剎車材料及剎車片的製備方法
2023-05-31 21:57:11 1
專利名稱：一種銅基粉末合金剎車材料及剎車片的製備方法
技術領域：
本發明屬於航空制動技術和粉末冶金技術，具體為一種銅基粉末合金剎車材料及其製備方法。
背景技術：
粉末合金剎車材料是一種常用的飛機剎車材料，現在正在航空公司和部隊使用的許多飛機，都在使用粉末合金剎車材料。鐵基粉末合金剎車材料基體強度較高，適用於重負荷工況條件，但是導熱性差，容易與摩擦對偶粘接，拉傷對偶表面，在對偶表面形成溝槽，摩擦性能穩定性差。銅及銅合金的導熱性能良好，摩擦性能穩定，適合於能載較輕的飛機制動裝置。本發明提出的銅基摩擦材料，大量使用了藍晶石原材料，既使剎車材料成本降低，又使剎車材料具有的良好的熱物理性能和穩定的摩擦磨損性能，可以滿足飛機的制動使用要求。在一般飛機使用條件下摩擦係數可以達到0. 25 0. 45範圍，對摩擦對偶材料沒有嚴格限制，低合金鋼、中碳鋼、鑄鐵等都可供選擇。檢索到的相關專利文獻包括CN87106352. 2 一種摩擦片及其製造方法；CN1594621 一種銅基粉末冶金摩擦材料；CN102002609A 海基風電機組用銅基粉末冶金制動閘片材料及製備工藝；CN200910190882. 1 一種銅基粉末冶金離合器摩擦體；CN200810000986. 7 溼式重負荷銅基粉末冶金摩擦材料；CN200910102972. 0 銅基粉末冶金偏航剎車片；CN201010609618. X 納米增強溼式銅基摩擦片的製作方法。上述技術方案中，一般用二氧化矽或類似粉末作為摩擦劑加入，未使用或者很少使用藍晶石粉末材料，基體銅粉含量往往較高，使得粉末合金材料與鋼材的摩擦係數較低， 並且摩擦性能不穩定，長期使用後會衰減。並且由於較多的使用銅粉，使原材料成本增加。剎車材料的性能鑑定是在慣性動力試驗臺上進行的，可以模擬飛機著陸剎車時的能量、速度、制動壓力等。將剎車材料做成剎車片，鉚接成剎車盤，裝在剎車裝置上，再與飛機機輪配合組裝於慣性動力試驗臺。
發明內容
為克服現有技術中存在的摩擦係數較低、摩擦性能不穩定，長期使用後會衰減，以及原材料成本較高的不足，本發明提出了一種銅基粉末合金剎車材料及剎車片的製備方法。本發明提出的銅基粉末合金剎車材料採用銅粉為基體，加入錫、鐵、鋅、鉬金屬粉末，以及碳化矽、石墨、藍晶石等非金屬粉末，並加入礦物油；其具體配方按重量比例為銅粉40-50 %，錫粉2-5 %，鐵粉5 % -15 %，鋅粉3_8 %，鉬粉2_8 %，碳化矽2_8 %，鱗狀石墨5-12%，藍晶石15-20% ；礦物油 為上述粉末總量的0. 1-0. 2%，礦物油用180號汽油和N32 機油按1 1兌制。本發明還提出了一種採用銅基粉末合金剎車材料製備剎車片的方法，其具體過程是第一步，原材料預處理；對碳化矽、石墨粉料烘乾；烘乾溫度為100-150°C，烘乾時間為1小時；對藍晶石在氫氣保護熱處理爐中熱處理，熱處理溫度為800-900°C，處理時間為1小時；第二步，配料；按比例稱取各組分用量；第三步，混料；將稱量好的原材料置於混料機中攪拌混合均勻，混料機轉速為 30-60轉/分，混料時間7-10小時;第四步，壓製成形；將得到的混合均勻的原料稱量並加入模具中，在壓力機上壓制剎車片生坯；壓制比壓為340-420MPa ；得到壓制好的剎車片生坯；第五步，燒結；把壓制好的生坯與同形狀的鋼背或者鋼盤疊合平放在燒結墊盤上，逐層堆壘，形成燒結料柱；把燒結柱吊入燒結箱，再把燒結箱吊入燒結爐中並輸入保護氣體，對燒結柱進行燒結；燒結時在壓坯上施加1-2. 4MPa的垂直方向比壓；加熱爐升溫至 820-9500C ；對加熱爐保溫並同時保壓；保溫並保壓時間為1-3小時出爐；冷卻時壓坯上仍然保持1-2. 4MPa的垂直方向比壓和燒結箱內氣氛；當燒結爐的溫度降至100°C以下出爐， 得到銅基粉末合金剎車片；燒結爐降溫中，按剎車片平面1. 5MPa的比壓加壓。第六步，機械加工；燒結之後根據設計精度要求對摩擦面進行磨削加工，對連接孔進行鑽削加工。所述的保護氣體為氫氣和氮氣。在本發明中銅、錫、鐵、鋅、鉬粉為基體組元，壓制、燒結後形成具有一定強度的材料基體。碳化矽、藍晶石為摩擦組元，均勻混合在基體中，使材料在使用中保持一定的摩擦係數。石墨為潤滑組元，均勻分布在基體中，在使用中使材料保持摩擦性能穩定並防止與對偶材料粘接。按照上述方法形成的粉末合金摩擦件可以與多種鋼材或者鑄鐵配對摩擦，常用的對偶件材料有30CrMnSi系列、25Cr2MoV系列、30CrSiMoV系列、耐磨鑄鐵等。按本發明製造的剎車副在一般飛機使用條件下摩擦係數在0.25 0.45範圍內改變。所以本發明的成本較低，摩擦係數較高。本發明的配方中使用了按重量15%以上的藍晶石粉末，銅粉含量不超過50%，得到的粉末合金材料與鋼材的摩擦係數高於其它材料，而且摩擦性能穩定，長期使用後衰減很少。藍晶石粉末價格低廉，大量使用後材料成本降低。本發明使用了 B737飛機的剎車機輪，試驗參數根據B737飛機剎車裝置技術規範確定。為了方便比較，對國外某種剎車片也進行了試驗，其摩擦係數在50次著陸制動後出現衰減。慣性動力臺的試驗參數為剎車能量33MJ、剎車速度228km/h、機輪載荷163kN、剎車壓力6. 9 20. 7MPa ；試驗結果顯示摩擦係數為0. 25 0. 45,50次著陸剎車後衰減率小於 3%、磨損率小於0. 003mm/面次，均優於對比樣件。
具體實施例方式實施例一
本實施例是一種用於飛機剎車片的銅基粉末合金，以銅粉為基體，加入錫、鐵、鋅和鉬金屬粉末，以及碳化矽、石墨和藍晶石非金屬粉末，並加入礦物油；其具體配方按重量比例為銅粉46 %，錫粉4 %，鐵粉8 %，鋅粉5 %，鉬粉5 %，碳化矽4 %，鱗狀石墨8 %，藍晶石20% ；礦物油為上述粉末總量的0. 125%。所述的礦物油用180號汽油和N32機油按 1 1兌制而成。本實施例還提出 了一種利用上述銅基粉末合金製備飛機剎車片的方法，其具體過程是第一步，原材料預處理。將碳化矽、石墨粉料在烘箱中120°C乾燥1小時，藍晶石在氫氣保護熱處理爐中處理ι小時，處理溫度為800°c。第二步，配料。按表1稱取各組分用量，按粉料總重的0. 125%加入礦物油，礦物油用180號汽油和N32機油按1 1兌制。表1銅基剎車材料重量配比
權利要求
1.一種銅基粉末合金剎車材料，其特徵在於採用銅粉為基體，加入錫、鐵、鋅、鉬金屬粉末，以及碳化矽、石墨、藍晶石等非金屬粉末，並加入礦物油；其具體配方按重量比例為銅粉40-50 %，錫粉2-5 %，鐵粉5 % -15 %，鋅粉3_8 %，鉬粉2_8 %，碳化矽2_8 %，鱗狀石墨 5-12%，藍晶石15-20% ；礦物油為上述粉末總量的0. 1-0. 2%，礦物油用180號汽油和N32 機油按1 1兌制。
2.一種利用權利要求1所述銅基粉末合金剎車材料製備剎車片的方法，其特徵在於具體過程是第一步，原材料預處理；對碳化矽、石墨粉料烘乾；烘乾溫度為100-15(TC，烘乾時間為 1小時；對藍晶石在氫氣保護熱處理爐中熱處理，熱處理溫度為800-900°C，處理時間為1小時；第二步，配料；按比例稱取各組分用量；第三步，混料；將稱量好的原材料置於混料機中攪拌混合均勻，混料機轉速為30-60轉 /分，混料時間7-10小時;第四步，壓製成形；將得到的混合均勻的原料稱量並加入模具中，在壓力機上壓制剎車片生坯；壓制比壓為340-420MPa ；得到壓制好的剎車片生坯；第五步，燒結；把壓制好的生坯與同形狀的鋼背或者鋼盤疊合平放在燒結墊盤上， 逐層堆壘，形成燒結料柱；把燒結柱吊入燒結箱，再把燒結箱吊入燒結爐中並輸入保護氣體，對燒結柱進行燒結；燒結時在壓坯上施加1-2. 4MPa的垂直方向比壓；加熱爐升溫至 820-950°C ；對加熱爐保溫並同時保壓；保溫並保壓時間為1-3小時出爐；冷卻時壓坯上仍然保持1-2. 4MPa的垂直方向比壓和燒結箱內氣氛；當燒結爐的溫度降至100°C以下出爐， 得到銅基粉末合金剎車片；燒結爐降溫中，按剎車片平面1. 5MPa的比壓加壓。第六步，機械加工；燒結之後根據設計精度要求對摩擦面進行磨削加工，對連接孔進行鑽削加工。
3.如權利要求2所述銅基粉末合金剎車材料製備剎車片的方法，其特徵在於所述的保護氣體為氫氣和氮氣。
全文摘要
一種銅基粉末合金剎車材料及剎車片製備方法，按重量加入銅粉40-50％，錫粉2-5％，鐵粉5％-15％，鋅粉3-8％，鉬粉2-8％，碳化矽2-8％，鱗狀石墨5-12％，藍晶石15-20％；礦物油為上述粉末總量的0.1-0.2％，礦物油用180號汽油和N32機油按1∶1兌制。通過原材料預處理、配料、混料、壓制、燒結和機械加工，形成扇形粉末合金摩擦片，能夠與耐熱合金鋼或者耐磨鑄鐵配對，形成摩擦對偶，適用於飛機多盤式剎車裝置，或者重型車輛制動器、離合器等用途。
文檔編號F16D69/02GK102329980SQ20111032159
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月20日 優先權日2011年10月20日
發明者楊尊社 申請人:西安航空制動科技有限公司