[发明专利]利用钒钛磁铁矿真空碳热原位反应烧结制备铁基摩擦材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于铁基摩擦材料的制备技术领域，具体涉及一种利用钒钛磁铁矿真空碳热原位反应烧结制备铁基摩擦材料的方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，铁基摩擦材料因其具有耐高温、强度高、价廉等优点，已广泛用于飞机、坦克、汽车、船舶、拖拉机、工程机械和机床等的离合器或制动器中。铁基摩擦材料主要由铁及铁合金基体、固体润滑剂、摩擦剂三部分组成。基体成分以铁为主，铁的合金化可降低铁的塑性，提高强度、硬度、耐热强度、抗氧化性；润滑组元可以改善抗咬合性，提高材料的耐磨性；摩擦剂可提高材料摩擦系数，减少对偶表面的擦伤和磨损。

目前已商品化的铁基摩擦材料大多数采用“外加法”粉末冶金工艺制备，即以精细化工粉末为原料（成本较高），按照设计的成分配比，把各组份粉末进行称样，经过混合、压制、烧结等工序来获得材料。“外加法”中的摩擦剂是采用已合成好的粉末作为原料。此工艺主要是通过烧结致密化来提高材料的性能，一般没有形成新物质的化学反应发生，其主要缺点在于：所有组份均为外加，这些组元与基体之间容易出现界面污染，容易因它们之间的润湿性差而出现结合不良，以致组元在摩擦过程中从基体剥离出来，严重影响使用效果。

原位合成技术是20世纪80年代后期发展起来的制备金属基复合材料的有效方法，它是利用两种或两种以上组份在基体中相互反应生成增强相。与“外加法”相比，原位合成技术具有以下优点：生成相因是在基体中原位生成的热力学稳定相，表面无污染，避免了与基体浸润不良的问题，与基体结合为冶金结合，结合良好；生成相大小和分布较易控制，并且数量可在较大的范围内调整。

基于粉末冶金的反应烧结法是原位合成法中重要的一类，其不仅具有粉末冶金法的材料组元成分可灵活调整与控制、能近终成型等优点，同时还具有原位合成的上述优点。现有的利用原位合成制备的复合材料主要有TiC/Fe、SiC/Fe、VC/Fe复合材料等。如ZL201210256454.6就公开了一种利用钒钛磁铁矿原位反应烧结制备铁基摩擦材料的方法。该方法是将钒钛磁铁精矿粉、还原剂石墨粉、铁粉、润滑剂石墨粉、铜粉、锡粉、铅粉，硬脂酸锌粉按一定的摩尔比称料，然后将钒钛磁铁精矿粉和还原剂的石墨粉置于球磨机中混合均匀，再加入铁粉、铜粉、锡粉、铅粉、硬脂酸锌和润滑剂的石墨粉继续球磨得到均匀混合粉料；将混合粉料经冷压制成压坯，并将压坯放置于真空热压炉中，在烧结压力为0.5～2Mpa下，以升温速率10～15℃/min进行烧结，烧结温度为1000～1200℃，保温时间为2～4h。该发明虽填补了原位反应烧结制备铁基摩擦材料的空白，使获得的材料具有原位合成和粉末冶金技术的优点，而且制备工艺简便，大大缩短材料的制备周期，节约成本。但美中不足的是ZL201210256454.6公开的技术方案必须依赖于真空热压炉的热压烧结功能才能得到比较致密化的铁基摩擦材料，使得真空热压烧结炉的存在成为该技术方案实施的必要前提条件，导致制备条件苛刻，设备投资大。对于如何在既没有热压烧结条件下仍然能够利用真空碳热原位反应烧结法来制备铁基摩擦材料，且还能获得致密化程度与之媲美的铁基摩擦材料的信息，目前还没有文献报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种利用钒钛磁铁矿真空碳热原位反应烧结制备铁基摩擦材料的方法，该方法能够在不具备热压烧结条件下进行制备，且能获得致密化程度与现有技术媲美的铁基摩擦材料。

本发明提供的利用钒钛磁铁矿真空碳热原位反应烧结制备铁基摩擦材料的方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：

（1）将粒度为200～300目的钒钛磁铁精矿粉、还原剂石墨粉、铁粉、润滑剂石墨粉、铜粉、锡粉、铅粉，硬脂酸锌粉以1：1.69：0.7～2.65：0.87～2.69：0～0.14：0～0.04：0～0.03：0.002～0.004的摩尔比分别进行称料；

（2）将称料后的钒钛磁铁精矿粉和还原剂石墨粉先置于球磨机中球磨混合均匀，然后将混匀后的混合料于真空烧结炉中以升温速率8～12℃/min升温至1240～1290℃，保温1～4h进行真空碳热预还原，得预还原粉末；

（3）先将预还原粉末与第（1）步称料好的铁粉、铜粉、锡粉、铅粉置于球磨机中进行二次球磨混合至均匀，然后再将第（1）步称料好的润滑剂石墨粉和硬脂酸锌粉加入继续球磨混合至均匀，球磨时加入适量酒精；