一种铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法和应用，所述粉末冶金摩擦材料，由摩擦层材料和结合层材料层叠组成；所述摩擦层材料由主要原料与辅料组成，其主要原料按质量百分比计，组成如下：铜粉65～72％，铁粉6～9％，颗粒石墨2～8％，鳞片石墨3～7％，钼粉2～5％，硅砂3～6％，锡粉2～6％。所述辅料为煤油；所述结合层材料，按质量百分比计，组成如下：铜粉70～80％，铁粉10～20％，锡粉5～15％。本发明专利技术采用双层材料配方，在不影响摩擦材料摩擦磨损性能前提下，利用结合材料层提高摩擦材料与支撑钢背的结合力，解决风电闸片摩擦块剥落问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于粉末冶金摩擦材料制备
，具体涉及一种铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]全世界为应对能源需求日益增加，资源日益减少的问题，大力发展清洁能源。目前主流采用的石油、天然气资源属于不可再生资源，相关资源价格日益高涨、能源安全成为各国发展必需解决的问题。因此，开发清洁、环保、可再生的新能源成为各国发展的重点。风力发电机组作为一种应用广泛的发电装备，使用安全性尤为重要。而风电制动器作为风电机组的关键部件，在制动过程中摩擦发热，会产生大量的热量，温度升高导致摩擦材料出现热衰退现象。因此其摩擦材料性能优劣关系到风电发电机组安全性、发电时效比。随着更大功率风电机组逐步装机使用，要求制动用摩擦材料拥有更优异性能，具备高能条件下，高系数、低磨损等特点。同时满足大动能转化热能后，导致摩擦材料温度升高出现的热应力。保证风电发电机组稳定运行。
[0003]常见的摩擦材料如树脂基摩擦材料、碳碳复合摩擦材料应用于风电主轴制动具有一定局限性，难以满足需求。树脂基摩擦材料导热性较差，当制动时温度超过400℃时，磨损率快速升高，摩擦系数随本身组分下降，只适用于小功率风电机组。碳碳复合摩擦材料具有良好的力学性能，耐高温制动性能好，重量轻等优点。但在雨雪潮湿工况下，摩擦系数快速下降，且成本昂贵不适用风电机组。而粉末冶金方法制备的铜基摩擦材料，适用于较高温度下的制动工况条件，具有摩擦系数稳定、强度高、导热性好、磨损小的特点。而风力发电设备要求在户外长期稳定运行，需要面对复杂的环境考验，而高性能铜基粉末冶金摩擦材料优异的性能，可有效提高风电机组的运行时间，降低维修成本，是风电制动器的理想选择。目前风电制动器用铜基粉末冶金摩擦材料也存在一些问题，最主要的是高温(600℃以上)性能不稳定，在制动过程中常出现热衰退现象，摩擦系数不稳定，磨损量变大、热应力差导致摩擦块剥落等缺陷，不满足风电机组使用需求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种铜基粉末冶金摩擦材料。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提供一种铜基粉末冶金摩擦材料的应用，将所述粉末冶金摩擦材料用于风电机组制动装置。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术一种铜基粉末冶金摩擦材料，所述粉末冶金摩擦材料，由摩擦层材料和结合层材料层叠组成；所述摩擦层材料由主要原料与辅料制成，其主要原料按质量百分比计，组成如下：铜粉65～72％，铁粉6～9％，颗粒石墨2～8％，鳞片石墨3～7％，钼粉2～5％，硅
砂3～6％，锡粉2～6％；所述辅料为煤油；所述结合层材料，按质量百分比计，原料组成如下：铜粉70～80％，铁粉10～20％，锡粉5～15％。
[0009]本专利技术所提供的粉末冶金摩擦材料，由摩擦层材料以及结合层材料层叠组成，结合层材料与支撑钢背结合，本专利技术的摩擦层材料使用锡粉与铜粉形成铜锡合金，提高基体强度；采用高熔点的铁、硅砂为摩擦组元，利用其高硬度及良好的热稳定性，保证该配方的摩擦材料在刹车制动的苛刻条件下，仍保持稳定的机械强度和优异的摩擦磨损性能，同时高熔点钼粉可以有效提高材料的抗氧化能力，防止高能高温情况下金属基体的铜氧化；同时采用两种不同构型的石墨作为润滑剂，减少与其他润滑组元的不兼容，而相同材料的颗粒石墨和条状鳞片石墨可以有机结合，并达到三维增强效果，提高非金属与金属材料的界面结合力，保障材料使用强度。而结合层材料，采用类似摩擦层材料配比的铜锡合金，并采用铁粉加强铜粉强度，提高摩擦层材料与支撑钢背界面的机械结合强度，本专利技术采用双层材料配方，在不影响摩擦材料配比的摩擦磨损性能前提下，利用结合材料层提高了摩擦材料与支撑钢背的结合力，有效解决了风电闸片摩擦块剥落现象。
[0010]优选的方案，所述摩擦层材料的主要原料按质量百分比计，组成如下：铜粉66
‑
70％，铁粉7
‑
8％，颗粒石墨5
‑
7％，鳞片石墨4
‑
5％，钼粉2
‑
5％，硅砂4
‑
5％，锡粉5
‑
6％。
[0011]优选的方案，所述颗粒石墨的平均粒径为50目，鳞片石墨的平均粒径为80目。
[0012]在本专利技术中通过采用人造的颗粒石墨与天然的鳞片石墨，按照特定的配比，可以形成三维的结构，鳞片状天然石墨形成网格、而颗粒石墨分布网格中，相互加强，而将颗粒石墨与鳞片石墨的粒径控制在上述范围呢，最终形成的三维增强效果最优。
[0013]若仅采用天然鳞片石墨，在基体中以条状方式平行与摩擦面，易形成拱桥效应，造成材料界面形成的孔洞、裂纹。而若仅采用人造颗粒石墨，在制动过程中，人造石墨以多边形颗粒镶嵌在基体中，易发生脱落，加速磨损。
[0014]优选的方案，所述铜粉为电解铜粉，所述铜粉的粒径为45～75μm。
[0015]优选的方案，所述铁粉为还原铁粉，所述铁粉的粒径为56～106μm。
[0016]优选的方案，所述锡粉的粒径为45～75μm。
[0017]优选的方案，所述钼粉的粒度为2～5μm。
[0018]优选的方案，所述硅砂的粒径为150～300μm。
[0019]专利技术人发现，采用上述粒径的各原料，最终材料的性能最优，合理的粒径，有助于混料后形成的合适的粉末粒度、形状，金属组元和非金属组元粒度分布合理，保证烧结过程中，各组元和基体金属均匀化过程、提高产品最终各组元与基体之间的结合力，提高粉末冶金制品强度、摩擦磨损性能。
[0020]优选的方案，所述煤油为航空煤油，所述煤油的加入量为主要原料总质量的1.0～2.0％。
[0021]本专利技术一种铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，按设计比例配取结合层材料中的各项原料，混合后获得结合层混合料，将结合层混合料通过筛网筛入模具腔体中，然后再按设计比例配取摩擦层材料中的主要原料与辅料，混合后获得摩擦层混合料，将摩擦层混合料倒入模具腔体中覆盖于结合层混合料上方，将模具置于压机下压制成型，获得含结合层与摩擦层的双层压坯，将双层压坯中的结合层与支撑钢背贴合后，进行烧结，即得粉末冶金摩擦材料。
[0022]本专利技术中，铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，先将结合层混合料通过筛网筛入模具置于模具底部，专利技术人发现，这样可以使结合层混合料在模具腔体中分布均匀，不会出现一边有、一边无。结合层材料可以缓解摩擦材料和支撑钢背之间热膨胀系数差异大引起的热应力，造成摩擦材料从支撑钢背脱落。随后将摩擦层混合料倒入模腔刮平料面，使粉末料充填均匀，然后，在压机的作用下将模具腔体中的粉末压制成型获得含结合层与摩擦层的双层压坯，与支撑钢背贴合，烧结后得到粉末冶金摩擦材料。
[0023]优选的方案，所述结合层混合料的获取过程：先称取锡粉通过100目筛网后与铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基粉末冶金摩擦材料，其特征在于：所述粉末冶金摩擦材料，由摩擦层材料和结合层材料层叠组成；所述摩擦层材料由主要原料与辅料制成，其主要原料按质量百分比计，组成如下：铜粉65～72％，铁粉6～9％，颗粒石墨2～8％，鳞片石墨3～7％，钼粉2～5％，硅砂3～6％，锡粉2～6％。所述辅料为煤油；所述结合层材料，按质量百分比计，原料组成如下：铜粉70～80％，铁粉10～20％，锡粉5～15％。2.根据权利要求1或2所述的一种铜基粉末冶金摩擦材料，其特征在于：所述颗粒石墨的平均粒径为50目，鳞片石墨的平均粒径为80目。3.根据权利要求1或2所述的一种铜基粉末冶金摩擦材料，其特征在于：所述铜粉为电解铜粉，所述铜粉的粒径为45～75μm；所述铁粉为还原铁粉，所述铁粉的粒径为56～106μm；所述锡粉的粒径为45～75μm；所述钼粉的粒度为2～5μm；所述硅砂的粒径为150～300μm。4.根据权利要求1或2所述的一种铜基粉末冶金摩擦材料，其特征在于：所述煤油为航空煤油，所述煤油的加入量为主要原料总质量的1.0～2.0％。5.权利要求1～4任意一项所述的一种铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于：按设计比例配取结合层材料中各项原料，混合后获得结合层混合料，将结合层混合料通过筛网筛入模具腔体中，然后再按设计比例配取摩擦层材料中的主要原料与辅料，混合后获得摩擦层混合料，将摩擦层混合料倒入模具腔体中覆盖于结合层混合料上方，将模具置于压机下压制成型，获得含结合层与摩擦层的双层压坯，将双层压坯中的结合层与支撑钢背贴合后，进行烧结，即得粉末冶金摩擦材料。6.根据权利要求5所述的一种铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于：所述结合层混合料的获取过程：先称取锡粉通过100目筛网后与铜粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：许良，左劲旅，刘庆，张卿，
申请(专利权)人：湖南博云新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：