汽車剎車片用鋁基摩擦材料及其製備工藝的製作方法
2023-10-10 12:49:24 3
專利名稱：汽車剎車片用鋁基摩擦材料及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於材料工程，特別涉及一種汽車剎車片用鋁基複合材料及其製備工藝。
背景技術：
汽車用制動摩擦片，既是保安件、又是易損件，在汽車用材中佔有特殊重要的地位。由於傳統使用的石棉基摩擦材料的熱衰退性大(隨工作溫度升高，摩擦係數急劇降低)，而且又是強致癌物質，10年前的禁令使其停止了生產和應用。
目前研究和應用得最多的是半金屬摩擦材料。雖然半金屬摩擦材料較石棉摩擦材料性能優越，但由於半金屬摩擦材料中的有機填料在加工和使用中受熱能作用的影響，會發生高分子鏈的交聯和降解而引起劇烈磨損，溫升較大時(大於150℃)，甚至會產生熔化和分解現象，其工作溫度範圍小。
有些研究選用的另一種材料是陶瓷顆粒(例如SiC)增強的鋁基複合材料。此種材料雖然通過增加增強體的數量可以提高其耐磨性，但同時也會加劇對磨副間的磨損。另外，在高速頻繁的制動條件下，增強體的剝離、碎化也會加速兩者的磨損。
隨汽車等運輸工具高性能化和使用條件的苛刻化，亟需一種不含有害物質、工作溫度高且不存在熱衰退現象、耐磨減摩性能好並對摩副有良好保護作用、製備工藝簡單的汽車剎車片用新型摩擦材料。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供了一種具有高耐磨性，同時對摩副也有良好的保護作用，且不含石棉的汽車剎車片用鋁基摩擦材料及其製備工藝。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是首先將Cu，Zn，Mg，Ni+C和Al粉末在150-200℃真空加熱爐中烘乾1-2小時，SiC陶瓷粉末在650-850℃烘乾1-2小時；然後，按重量百分比將1.5-2.0％的Cu，5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，4.0-6.0％的Ni+C，5-10％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在200-500MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在350-400℃下進行1小時，450-500℃下進行1小時，550-650℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可；對需高強度的產品可在450-500℃下進行4小時固溶，水冷，160-180℃下進行12小時時效，出爐冷卻至室溫即可。
按照本發明的製備方法製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.5-2.0％的Cu，5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，3.0-4.5％的Ni，5-10％的SiC，1.0-1.5％的C，其餘為Al。
本發明將SiC粉末在650-850℃下預氧化處理，可使SiC表面生成SiO2薄膜以增加界面結合強度，有效解決在使用過程中SiC的脫落；採用分段式燒結工藝，解決低熔點和易揮發金屬(如Mg，Zn)的低溫熔融和揮發而造成的燒結缺陷和燒結空洞，使基體的強度和耐磨性得以提高；以Ni+C為減磨及減摩劑，以改善材料的耐磨性和調整其摩擦係數。
具體實施例方式
實施例1，首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C(鎳含碳)粉末在180℃真空加熱爐中烘乾1小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在650℃烘乾2小時；然後，按重量百分比將1.8％的Cu，6.0％的Zn，2.0％的Mg，4.0％(Ni+C)，6％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在300MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在350℃下進行1小時，500℃下進行1小時，600℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可，製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.8％的Cu，6.0％的Zn，2.0％的Mg，3.0％的Ni，1.0％的C，6％的SiC，餘量為Al。
實施例2，首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Al，和Ni+C粉末在160℃真空加熱爐中烘乾1.5小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在720℃烘乾1.3小時；然後，按重量百分比將1.6％的Cu，5.5％的Zn，3.0％的Mg，4.5％的Ni+C，9％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在500MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在400℃下進行1小時，450℃下進行1小時，550℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可，製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.6％的Cu，5.5％的Zn，3.0％的Mg，3.37％的Ni，1.13％的C，9％的SiC，餘量為Al。
實施例3，首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C粉末在200℃真空加熱爐中烘乾1.8小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在800℃烘乾1.5小時；然後，按重量百分比將2.0％的Cu，6.5％的Zn，2.6％的Mg，5.0％的Ni+C，7％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在200MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在380℃下進行1小時，475℃下進行1小時，600℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可，製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為2.0％的Cu，6.5％的Zn，2.6％的Mg，3.75％的Ni，1.25％的C，7％的SiC、餘量為Al。
實施例4，首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg、Ni+C、Al粉末在170℃真空加熱爐中烘乾2小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在750℃烘乾1.8小時；然後，按重量百分比將1.7％的Cu，5.0％的Zn，2.3％的Mg，5.5％的Ni+C，10.0％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在400MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在360℃下進行1小時，486℃下進行1小時，580℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可，製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.7％的Cu，5.0％的Zn，2.3％的Mg，4.12％的Ni，1.38％的C，10％的SiC，餘量為Al。
實施例5，首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Ni+C粉和Al粉末在150℃真空加熱爐中烘乾1.3小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在850℃烘乾1小時；然後，按重量百分比將1.9％的Cu，7.0％的Zn，2.5％的Mg，6％的Ni+C，5％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在350MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫；對需高強度的產品採用固溶時效處理，在450℃下進行4小時固溶，水冷，160℃下進行12小時時效，出爐冷卻至室溫即可。製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.9％的Cu，7.0％的Zn，2.5％的Mg，1.5％的C，4.5％的Ni，5％的SiC，餘量為Al。
實施例6，首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Ni+C粉和Al粉末在190℃真空加熱爐中烘乾1.6小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在700℃烘乾1.6小時；然後，按重量百分比將1.5％的Cu，6.8％的Zn，2.1％的Mg，5.8％的Ni+C粉，8％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在450MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫；對需高強度的產品採用固溶時效處理，在500℃下進行4小時固溶，水冷，180℃下進行12小時時效，出爐冷卻至室溫即可。製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.5％的Cu，6.8％的Zn，2.1％的Mg，1.5％的C，4.3％的Ni，8％的SiC，餘量為Al。
本發明的製備方法工藝簡單、價格低廉、原材料的標準要求低(一般工業標準)、無需特殊設備的技術優勢，同時具有高的耐磨、減摩性能，具有良好的散熱性能、寬的工作溫度範圍，不存在低溫脆性和熱衰退現象的性能優勢。本發明製備的汽車摩擦材料與現有相同產品用摩擦材料相比，由於本發明材料不含石棉等對環境尤其是一線工人有嚴重危害的元素和原材料，因此不會對環境造成汙染和對一線生產人員造成健康危害；本發明材料中不含有機粘結劑，故與目前半金屬摩擦材料相比，使用溫度高、力學性能好；且主要原料為純鋁，散熱性能好，無低溫脆性；選取的增磨劑為少量SiC及燒結反應中生成的金屬間化合物(Al\Cu\Mg\Zn)，減摩劑為C(石墨)。
按本發明的製備方法製得的鋁基摩擦材料在-40℃～350℃工作溫度範圍內無冷脆和熱衰退現象、密度ρ≤3.0g/cm3。
權利要求
1.一種汽車剎車片用鋁基摩擦材料的製備工藝，其特徵在於1)首先將Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C粉末在150-200℃真空加熱爐中烘乾1-2小時，SiC陶瓷粉末在650-850℃烘乾1-2小時；2)然後，按重量百分比將1.5-2.0％的Cu，5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，4.0-6.0％的Ni+C，5-10％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在200-500MPa下壓製成型；3)將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在350-400℃下進行1小時，450-500℃下進行1小時，550-600℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫；對需高強度的產品可再採用450-500℃下進行4小時固溶，水冷，160-180℃下時效進行12小時的固溶-時效處理，出爐冷卻至室溫即可。
2.根據權利要求1所述的汽車剎車片用鋁基摩擦材料的製備工藝，其特徵在於所說的Cu，Zn，Mg，Al，Ni+C和SiC陶瓷粉末的粒度為200-400目。
3.根據權利要求1所述的汽車剎車片用鋁基摩擦材料的製備工藝，其特徵在於首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C粉末在180℃真空加熱爐中烘乾1小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在650℃烘乾2小時；然後，按重量百分比將1.8％的Cu，6.0％的Zn，2.0％的Mg，4.0％的Ni+C，6％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在300MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在350℃下進行1小時，500℃下進行1小時，600℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可，製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.8％的Cu，6.0％的Zn，2.0％的Mg，3.0％的Ni，1.0％的C，6％的SiC，餘量為Al。
4.根據權利要求1所述的汽車剎車片用鋁基摩擦材料的製備工藝，其特徵在於首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Al，和Ni+C粉末在160℃真空加熱爐中烘乾1.5小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在720℃烘乾1.3小時；然後，按重量百分比將1.6％的Cu，5.5％的Zn，3.0％的Mg，4.5％的Ni+C，9％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在500MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在400℃下進行1小時，450℃下進行1小時，550℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可，製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.6％的Cu，5.5％的Zn，3.0％的Mg，3.37％的Ni，1.13％的C，9％的SiC，餘量為Al。
5.根據權利要求1所述的汽車剎車片用鋁基摩擦材料的製備工藝，其特徵在於首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Al和Ni+C粉末在200℃真空加熱爐中烘乾1.8小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在800℃烘乾1.5小時；然後，按重量百分比將2.0％的Cu，6.5％的Zn，2.6％的Mg，5.0％的Ni+C，7％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在200MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在380℃下進行1小時，475℃下進行1小時，600℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可，製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為2.0％的Cu，6.5％的Zn，2.6％的Mg，3.75％的Ni，1.25％的C，7％的SiC、餘量為Al。
6.根據權利要求1所述的汽車剎車片用鋁基摩擦材料的製備工藝，其特徵在於首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg、Ni+C、Al粉末在170℃真空加熱爐中烘乾2小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在750℃烘乾1.8小時；然後，按重量百分比將1.7％的Cu，5.0％的Zn，2.3％的Mg，5.5％的Ni+C，10.0％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在400MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫在360℃下進行1小時，486℃下進行1小時，580℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可，製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.7％的Cu，5.0％的Zn，2.3％的Mg，4.12％的Ni，1.38％的C，10％的SiC，餘量為Al。
7.根據權利要求1所述的汽車剎車片用鋁基摩擦材料的製備工藝，其特徵在於首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Ni+C粉和Al粉末在150℃真空加熱爐中烘乾1.3小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在850℃烘乾1小時；然後，按重量百分比將1.9％的Cu，7.0％的Zn，2.5％的Mg，6％的Ni+C，5％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在350MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫；對需高強度的產品可採用固溶時效處理，即在450℃下進行4小時(固溶，水冷)，160℃下(時效)進行12小時，出爐冷卻至室溫即可。製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.9％的Cu，7.0％的Zn，2.5％的Mg，1.5％的C，4.5％的Ni，5％的SiC，餘量為Al。
8.根據權利要求1所述的汽車剎車片用鋁基摩擦材料的製備工藝，其特徵在於首先將粒度為200-400目的Cu，Zn，Mg，Ni+C粉和Al粉末在190℃真空加熱爐中烘乾1.6小時，粒度為200-400目的SiC陶瓷粉末在700℃烘乾1.6小時；然後，按重量百分比將1.5％的Cu，6.8％的Zn，2.1％的Mg，5.8％的Ni+C粉，8％的SiC和Al粉末混合均勻，其中Ni+C中Ni與C的質量比為3∶1，將混合均勻的粉末在450MPa下壓製成型；將壓製成型的坯體置於加熱爐中燒結，燒結為階段式升溫；對需高強度的產品採用固溶時效處理，即在500℃下進行4小時固溶，水冷，180℃下時效進行12小時，出爐冷卻至室溫即可。製得的鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.5％的Cu，6.8％的Zn，2.1％的Mg，1.5％的C，4.3％的Ni，8％的SiC，餘量為Al。
9.一種按照權利要求1所述的製備工藝製得的汽車剎車片用鋁基摩擦材料，其特徵在於該鋁基摩擦材料的成分按重量百分比為1.5-2.0％的Cu，5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，3.0-4.5％的Ni，5-10％的SiC，1.0-1.5％的C，其餘為Al。
全文摘要
汽車剎車片用鋁基摩擦材料及其製備工藝，首先將Cu，Zn，Mg，Ni+C和Al粉末在150－200℃真空加熱爐中烘乾1－2小時，SiC陶瓷粉末在650－850℃烘乾1－2小時；然後，按重量百分比將1.5－2.0％的Cu，5.0－7.0％的Zn，2.0－3.0％的Mg，4.0－6.0％的Ni+C，5－10％的SiC和Al粉末混合均勻，將混合均勻的粉末在200－500MPa下壓製成型後在350－400℃下進行1小時，450－500℃下進行1小時，550－600℃下進行2小時，出爐冷卻至室溫即可；對需高強度的產品可再採用450－500℃下進行4小時固溶，160－180℃下進行12小時進行固溶－時效處理。按本發明的製備方法製得的鋁基摩擦材料在－40℃～350℃工作溫度範圍內無冷脆和熱衰退現象、密度ρ≤3.0g/cm
文檔編號F16D69/02GK1811215SQ20061004183
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月27日 優先權日2006年2月27日
發明者柴東朗 申請人:西安交通大學