[发明专利]一种含矿石粉的粉末冶金摩擦材料

说明书

本发明涉及一种用粉末冶金方法制造的铁粉与矿石粉混合的摩擦材料，其用于如汽车刹车片之类的制动装置中。

汽车在行驶过程中，需频繁地制动，因此要求汽车刹车片具有较高的强度、硬度和优良的摩擦性能。以往的刹车片大多采用石棉树脂材料制成，但因为“热衰退现象”常导致刹车力矩的急剧下降，甚至热裂和崩溃。加之其对油、水的敏感性、不仅使用寿命短，而且易造成制动失灵。此外，石棉产生的致癌作用的挥发物质也影响人身的健康。而普通的粉末冶金刹车片如美国专利3019514;日本专利昭58-147481;英国专利GB-207378IA;苏联专利379665;欧洲专利EP0055205    A2等。虽然能克服石棉树脂材料的缺点，且广泛应用于飞机制动装置中，但由于成本过高，影响其在汽车刹车上的推广。为了改善上述摩擦性能，有采用玻璃纤维代替石棉以增加摩擦系数，但使用温度较低、磨损率较高。如美国专利4411851;日本专利昭59-25867;英国专利GB2083062A等。有采用碳纤维、复合纤维和代用纤维取代石棉，但价格昂贵。如美国专利8794509;日本专利昭59-54644;有采用钢纤维的“半金属摩擦材料”，但易锈蚀，加剧磨损、且热传导率高，产生低频噪音等缺陷，如美国专利3434998;日本专利昭58-34885等。

本发明的目的是提供一类强度高，摩擦性能优良，热稳定性好，且价格低廉的铁粉与矿石粉混合并经压制、烧结的刹车片材料。它既克服了石棉树脂材料使用性能上的缺点，又比一般粉末冶金摩擦材料价格便宜，利于在车辆上广泛应用。

为了达到上述目的，本发明以铁粉和铜粉作为基体和强化基体成份。石墨起润滑作用，连续的金属相发挥其优良的导热性。并承受机械应力，以一定粒度、硬度的锰铁矿、辉钼矿粉作为耐磨质点均布于金属相中以保证所需的摩擦性能。本发明提供一类由锰铁矿、辉钼矿、石墨和铁粉组成的烧结摩擦材料。在此类材料中添加了锰铁矿及辉钼矿。而提供的另一类则由铜、石墨、氧化铅、氧化铝、辉钼矿及铁粉组成的烧结摩擦材料，在此类材料中，添加了辉钼矿和氧化铅。

第一类材料采用的成分按重量百分比表示如下：

锰铁矿：31～50

石墨：10～15

辉钼矿：2～5

铁：余量

第二类材料采用的成份按重量百分比表示如下：

铜：3～5

石墨：8～13

辉钼矿：1～4

氧化铅：2～4

氧化铝：1～4

铁：余量

本发明材料中所添加的矿石应清洗、烘干、粉碎和过筛、锰铁矿、辉钼矿的粒度一般在一150目（153微米），其他材料粉末也都要进行筛分、粒度一般在50～80目，并根据它们在材料中的重量百分比称重。将配制好的各种粉末在V型混料器中加入煤油进行混合5～6小时，然后将混合料在5～6吨/厘米²压力下，在压模中压制成型，压制好的料坯装入烧结盒中在1020～1040℃的温度下，在分解氨（或煤气）气氛下置于烧结炉内烧结2～3小时，得到符合性能要求的产品。

该类材料的平均摩擦系数（I＝2kg·cm、S，P＝0.98 MPa.V＝3.35～13.40m/s时）为0.46～0.28;磨损率为0.23×10^-12～0.38×10^-12m³/J;密度为4.8～5.2g/cm³;硬度HB40～65kgf/mm²;抗压强度20～30kgf/mm²;抗拉强度5～7kgf/mm²。和通常的粉末冶金汽车刹车材料相比，其耐磨性提高1～2倍，而原料成本却降低了50～65%。

对于第一类材料，其最佳配方按重量百分比为Fe-31Mn-Fe粉-10C-2辉钼矿粉。最佳工艺参数为干混6小时，压制压力为6吨/厘米²，烧结温度1030±5℃，烧结时间为2.5小时。

对于第二类材料，其最佳配方按重量百分比为Fe-13C-3Cu-2Al₂O₃-2PbO-2辉钼矿粉，最佳工艺参数为干混6小时，压制压力为6吨/厘米²，烧结温度1025±5℃，烧结时间为2小时。