[发明专利]一种高强度耐磨材料、摩擦材料及其等离子转移弧焊接生产工艺

说明书

本发明提供了一种耐磨材料，按原料质量百分比计，包括1～28.5重量份的活性金属、0.5～30重量份的润滑组元以及70～95重量份的镍合金基体；所述润滑组元包括石墨和/或二氧化钼。本发明采用了等离子转移弧(PTA)焊接的方式，并基于此得到了一种新型配方的耐磨材料与之相配合，能够通过有效调节金属基体和摩擦材料中的石墨含量等原料粉末的组分，来生产对应不同工况和技术要求的摩擦材料，而且通过PTA焊接技术，在摩擦材料的衬体表面直接成型，大大简化了工艺流程、极大地提高了生产效率。

技术领域

本发明属于汽车制动系统和传动系统技术领域，涉及一种耐磨材料、摩擦材料及其生产工艺，尤其涉及一种高强度耐磨材料、摩擦材料及其等离子转移弧焊接生产工艺。

背景技术

摩擦材料，属于耐磨材料的一种，是一种应用在动力机械上，依靠摩擦作用来执行制动和传动功能的部件材料。任何机械设备与运动的各种车辆都必须要有制动或传动装置，而摩擦材料就是这种制动或传动装置上的关键性部件，其最主要的功能是通过摩擦来吸收或传递动力，由衬体（基体）和耐磨材料组成，主要包括制动器衬片（刹车片）和离合器面片（离合器片）。刹车片用于制动，吸收动能；而离合器片用于传动，传递动力，从而使得机械设备与各种机动车辆能够安全可靠地工作，所以说摩擦材料是一种应用广泛又甚关键地材料。汽车用摩擦材料主要是用于制造制动摩擦片和离合器片，从配方上分有半金属型摩擦材料、少金属型摩擦材料、复合纤维摩擦材料、陶瓷纤维摩擦材料以及石棉基摩擦材料（已基本废弃）等等。其中，刹车片包括用于盘式制动器的刹车片、用于鼓式制动器的刹车蹄和用于大卡车的来令片，通常刹车片就统指刹车片和刹车蹄，而不是刹车盘。离合器片也是一种以摩擦为主要功能、兼有结构性能要求的复合材料。以双离合变速箱的双离合模块为例，一种是干式，使用干式摩擦片作为离合器，一种是湿式，使用液力变矩器作为离合器。干式离合器通过多片金属摩擦片进行动力传输，摩擦片被压得越紧，传动比例越高，摩擦片被压死，满额传动，摩擦片分离，传动中断。而湿式的主动盘和从动盘的连接是靠封闭空间里面油液润滑，油压越高传动比例越高。

随着全社会对环保和汽车安全性能的要求越来越高，而摩擦材料则是汽车上主要用于制造制动系和传动系的零件，更加要求有足够高的而且稳定的摩擦系数和较好的耐磨性，而且由于是与摩擦副共同进行工作，与摩擦材料相匹配的摩擦副（芯片）一般是强化处理的合金钢，硬度和强度都比较高。所以相应的摩擦材料则是耗材，耐磨性需要适度，而不是越高越好。耐磨性差会使得在制动和传动过程中，在与摩擦副摩擦的时候，导致质量损耗，极大地影响了摩擦副的工作，功率输出以及使用寿命；而耐磨性过高又会导致摩擦副的不正常损耗。因而现有的摩擦片材料主要由金属片（衬体），以及覆盖在其表面的耐磨材料组成，其中耐磨材料主要是铜基粉末冶金或其他耐磨材料构成的复合耐磨材料。

在现有的摩擦材料中，金属烧结摩擦材料因为其优良的耐磨性能、耐高温性能、高的导热性能、高强度和稳定性在各行业里的制动部件拥有广泛的用途。一般说来，金属烧结耐磨材料主要有五个组元：金属粘接相，润滑剂，摩擦介质，耐磨剂和填充料。金属粘接相提供连续网络和摩擦部件的强度，大约重量比在50%~80%之间，一般是铜基或铁基，其中需要添加低熔点金属粉末比如锡和锌--低熔点在烧结过程中呈液态从而使得摩擦材料进行液相烧结致密化，同时和铁或者铜合金化增加强度。金属粘接相的选择主要是依据工作温度和摩擦材料的强度，铜基摩擦材料的广泛使用主要是因为其中等强度和良好的导热传热性能。润滑剂占重量的5%~25%，一般是铅，一氧化铅（铅黄），方铅矿，二硫化鉧，石墨等。摩擦剂占重量20%左右，一般是以下一种或者几种混和物：硅化物，氧化铝，氧化镁，碳化硅以及多种形式的铝硅化合物。耐磨剂一般以分离的颗粒或者在烧结过程中反应产生物（如渗碳体和铸铁颗粒），主要用在干性摩擦材料来降低摩擦系数和延长寿命。填料一般是出于经济原因考虑，比如铁在铜基摩擦材料中，一些其它形式的碳或者矿物质。

然而，现有的金属烧结摩擦材料仍然存在以下问题，1、预烧结很难保证粘结相和润滑组元的结合强度和工件质量的一致性；2、钢芯板和钢背需要进行复杂的电解电镀等前处理，工艺复杂，污染环境；3、因为金属的易氧化性，所以烧结在还原气氛下进行，工艺过程复杂，工艺成本和人力成本高。