[发明专利]一种Cu-Fe-C摩擦材料

说明书

一种Cu‑Fe‑C摩擦材料采用注射成形工艺制备了Cu‑Fe‑C坯料，通过溶剂脱脂和热脱脂、烧结制备出Cu‑Fe‑C摩擦材料。材料中铜颗粒之间存在的孔隙及石墨为主要的裂纹源和扩展途径，使材料发生脆性断裂；高硬度、耐磨的Fe颗粒分布于铜基体中，可以提高材料的硬度、强度；当Fe含量达到8%时，材料的硬度为58HV，抗拉强度为148MPa；当摩擦速度为100‑400r/min时，Fe颗粒的加入提高了材料磨损量、摩擦系数，降低了材料的磨损性能；高速摩擦条件下，Fe的加入促进摩擦表面氧化膜的形成，提高了材料的耐磨性能。

所属技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种Cu-Fe-C摩擦材料。

背景技术

铜基粉末冶金摩擦材料常采用Fe作为摩擦组元，以提高材料的摩擦系数；由于其摩擦系数高、耐磨性好而被广泛用于制造高速列车制动元件、军工机械等。日本新干线、法国TGB-4高速列车和德国ICE高速列车均采用含有Fe、Ni等摩擦组元的铜基粉末冶金制动闸片。然而，传统的铜基摩擦材料是通过粉末压制的，由于其工艺的限制，制品很容易沿压制方向形成密度梯度，不利于新材料体系的开发。

采用金属粉末注射成形技术可以消除材料成形过程中产生的密度梯度，有利于解决复杂形状制品成形困难的问题。此外，金属粉末注射成形产品的力学性能一般都优于模压和精密铸造产品，且材料适应范围广泛，自动化程度高，材料利用率高，适应了新材料研发的要求。因此制备密度均匀、组织细密，且能够在高温、高速、高负荷等条件下表现出良好摩擦磨损性能的铜基摩擦材料，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了改善铜基复合材料的耐磨性，设计了一种Cu-Fe-C摩擦材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

Cu-Fe-C摩擦材料的制备原料包括：选用平均粒径为25μm、纯度99.9%的球形铜粉，粒度为300目的铁粉，天然鳞片状石墨粉作为原料粉末。

Cu-Fe-C摩擦材料的制备步骤为：将粉末与粘结剂混合混炼3h，粉末装载量为60%；经混炼所得喂料制粒后，采用SA900-260卧式塑料注射成形机，在160℃（注射温度）、100MPa（注射压力）下进行注射成形；将所得注射坯进行溶剂脱脂；最后在WZDS-200型真空烧结炉中继续热脱脂再烧结；烧结温度为950-1050℃，保温3-4h，炉冷至低于100℃出炉。

Cu-Fe-C摩擦材料的检测步骤为：采用排水法测定试样的密度。采用CMT5205型电子万能（拉力）试验机测定试样的抗拉强度。采用HV-5小负荷维氏硬度计测定硬度。采用M-2000型摩擦磨损试验机测定摩擦磨损性能，其对偶件材料为30CrSiMo钢，试验压力10-100N，转速100-800r/min，时间10-120min。采用JSM-6480扫描电镜观察试样断口形貌及磨损表面形貌。

本发明的有益效果是：

采用注射成形工艺制备了Cu-Fe-C坯料，通过溶剂脱脂和热脱脂、烧结制备出Cu-Fe-C摩擦材料。材料中Fe含量的增加，有利于提高材料的强度、硬度；当Fe含量达到8%时,材料的硬度为58-HV，抗拉强度为148MPa。铜颗粒之间存在着大量的孔隙和石墨，颗粒之间的界面为主要的裂纹源和扩展途径，裂纹沿界面迅速扩展，呈脆性断裂。材料中的Fe含量为2%-8%时，随着Fe含量的提高，材料的摩擦系数增大；在低速摩擦时，材料的磨损量随着Fe含量的增加而增加，降低了材料的耐磨性能；而高速摩擦时，由于摩擦温度高而形成稳定的Fe的氧化膜，从而减少了材料的磨损量。

具体实施方式

实施案例1：