[发明专利]利用钒钛磁铁矿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弥散相。与“外加法”相比，原位合成技术具有以下优点：生成相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，能实现合成与烧结一体化，一步原位合成制备复合材料。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。但遗憾的是目前还没有利用反应烧结法来原位制备铁基摩擦材料的文献报道，更没有利用我国丰富的钒钛磁铁资源来原位制备铁基摩擦材料的文献报道。

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原位反应烧结制备铁基摩擦材料的方法。

本发明提供的利用钒钛磁铁矿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的摩尔比进行称料，然后先将钒钛磁铁精矿粉和作为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、硬脂酸锌和作为润滑剂的石墨粉继续球磨直至得到均匀混合粉料；

（2）将获得的二次混合粉料装入模具中，经冷压制制成相对密度为80～90%的压坯，冷压制的压力为300～500MPa；

（3）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。

以上方法第（1）步球磨时可加入适量酒精，以防止物料在高温下氧化。

以上方法所用的钒钛磁铁精矿粉的粒度优选200~250目。

以上方法第（2）步冷压制制成的压坯相对密度优选85~90%，冷压制的压力优选400~500 MPa。

以上方法第（3）步的烧结压力优选1~2 MPa，升温速率优选10~12℃/min，烧结温度优选1050~1200℃，保温时间优选2~3h。

本发明是以天然矿物——钒钛磁铁精矿粉为基本原料，在成分配比中加入过量的石墨粉，其中一部分石墨是作为还原剂存在，在烧结过程中既能实现碳还原钒钛磁铁矿中铁氧化物得到基体铁，又能实现碳与钒钛磁铁矿中 TiO₂、V₂O₅ 原位反应得到 TiC、VC 硬质相摩擦剂。另一部分石墨是作为铁基摩擦材料中的润滑组元。而钒钛磁铁矿中伴生的 Co、Ni可作为铁基体的合金化元素，伴生的 SiO₂、A1₂0₃、MgO 可作为铁基摩擦材料的摩擦剂而保留下来。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：