金属硫化物陶瓷摩擦材料的制备与性能研究_李双君
金属硫化物陶瓷摩擦材料的制备与性能研究
李双君,魏明坤
(武汉理工大学理学院,湖北武汉430070)
摘要:以硫粉、锡粉、三硫化二锑为烧结剂,再加入其他辅助原料,利用金属硫化物的低熔点烧结制备陶瓷摩擦材料。研究了原料的不同配比对金属硫化物陶瓷摩擦材料的体积密度、气孔率、力学性能、摩擦性能以及显微结构的影响。硫含量对金属硫化物陶瓷摩擦材料性能有很重要的影响,通过对比寻求较为理想的原料配比,并对其实际应用的可行性进行探讨。
关键词:硫化物陶瓷;摩擦材料;性能
Preparati on ofM etal Sulfi des Cera m i c Friction M aterial and its Properties
LI Shuang-jun,WE I M ing-kun
(Schoo l o f Sc i e nce,W uhan Un iversity of Techno l o gy,H ube iW uhan430070,Chi n a)
Abst ract:E le m ental su lfur,ti n powder and anti m ony trisu lfide used as sinteri n g agents,and then added other sup-porti n g m aterials,w ith lo w m elti n g po i n tm etal su lfides sinteri n g,cera m ic fricti o n m ater i a lw as prepared.The ra w m ater-i als of different proporti o ns ofm etal su lfide cera m ic friction m ateria l b u l k density,porosity,m echanical properties,friction properties and m icr oscopic structure w ere studied.Su lfur content had a sign ificant i m pact on m eta l sulfi d e cera m ic friction m aterial perfor m ance,By co m pari n g the ratio o f ra w m ateria ls,a m ore satisfactory rati o of ra w m aterials w as found ou,t and the feasi b ility of the ir practical app lication w as discussed.
K ey w ords:su lfi d e cera m ic;friction m ateria;l property
车载摩擦片发展到现在,大概分为四种类型:石棉基摩擦衬片、半金属摩擦制动衬片、无石棉摩擦制动衬片和金属基烧结摩擦制动衬片[1]。
石棉基摩擦材料因为有致癌作用已遭淘汰。半金属摩擦材料中钢纤维容易生锈,锈蚀后易出现粘着对偶或者损伤对偶,使摩擦片强度降低,磨损加剧,摩擦系数稳定性变差;当摩擦温度高于300e时,易出现剥落现象,密封圈软化和制动液发生气化而造成制动失灵;易产生低速下的低频噪音。金属基摩擦材料磨损率高、摩擦传载力矩低、高温下性能衰退严重等,难以适用在重载干式离合器中[2]。
目前,虽然很多无石棉摩擦材料的综合性能已得到进一步提高,但仍存在很多问题,如有的材料在性能提高的同时,成本也大幅度提高,有的材料则出现粘结强度不够、噪声大等问题,所以全面提高新型摩擦材料的性能仍是亟待解决的一项任务。
本课题利用硫化锡、三硫化二锑的熔点较低,以其为烧结剂,添加其它助剂在较低的温度下烧结制备金属硫化物陶瓷摩擦材料,有利于降低能耗及生产成本,使其具有良好的摩擦性能,有良好的应用前景。并研究了不同配比的原料对金属硫化物陶瓷性能的影响。
1实验部分
1.1试样制备
金属硫化物陶瓷材料的配比见表1。
表1金属硫化物陶瓷材料的配比(w t%)
试样编号升华硫锡粉三硫化二锑铁铝粉钢钎氧化铝粉石墨二硫化钼100253530532 213213530532 325183530532 437153530532 549123530532 651193530532
1.2实验过程
按照表1所示配方配料,然后进行球磨搅拌混料,将配好的原料装入模具中,在压力320M P a用粉末压样机压制成型,于可控硅高温炉中常压烧结,温度500e。保温2h后自然冷却,再将
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烧结体磨切成所需尺寸进行各种性能测试。
1.3 性能测试
用A rch i m edes 法测定烧结体的体积密度以及气孔率,所用分析天平为FA /J A 电子天平,精度为0.0001g 。
用i nstron5882材料试验机对材料的抗压强度进行测试,试样的尺寸为直径13.0mm @10mm 的圆柱体。
用HBa -I 巴氏硬度计对材料的表面硬度进行测试。
用盘-销式摩擦试验机以对磨方式进行摩擦试验。试样的尺寸为直径10mm @18mm 柱体,偶件盘试样为GCr15钢环,试验温度为常温,试验载荷为0176M Pa ,转动速度为400rPm i n (0184m /s),试验时间为15m i n ,每30s 取点一次。
用JS M -6700F 扫描电镜观察试样的表面微观形貌。
2 结果与讨论
211 体积密度、气孔率和膨胀率
图1、图2是不同配方试样的体积密度、气孔率和体积膨胀率变化图。从体积密度曲线上看,体积密度随硫与锡含量的增加,先增大后减小。原因是由于液相烧结促进材料的致密化,但随硫含量的增加,整体呈减小趋势。气孔率呈先减小后增大的规律,是由于锡液相的出现填充了部分气孔,但随着硫含量的增加膨胀加剧而导致气孔率增大。硫的熔点低密度小,含量过高时升温过程中膨胀会阻碍整体试样的收缩,故体积膨胀率随硫
的增加不断增大。
图1
试样的体积密度及气孔率
图2 试样的体积膨胀率
212 力学性能
图3、图4是不同配方试样的抗压强度与硬度变化图。由曲线上可见,随硫与锡配比的增大,抗压强度与硬度曲线趋势大
致相同,整体呈减小的趋势。4号样中,原料硫3%锡7%(质
量%),抗压强度与硬度均较其他配比高。强度的提高可能是由于细粉有效地填充粗粉的孔隙,使得材料的表面比较光滑,接触条件优越。4号样与3号样相比,可能是因为硫与锡的量较多,生成的硫化锡烧结后有利于材料强度的提高。6号样,由于硫的含量过高,在升温过程中受热膨胀明显,从而导致了材料强度的降低。
图3 试样的抗压强度
图4 试样的硬度
213 摩擦性能
图5为不同试样的摩擦性能变化曲线。可以看出摩擦系数随硫含量的增加而降低,磨损率是先降低后增大。材料中锡的熔点很低,只有232e ,制动中摩擦片的温度迅速上升,在250e 左右时锡变为液态,在摩擦片和制动盘间形成液态润滑膜从而降低了材料的摩擦系数。随着温度的升高,析出的液体锡越多,润滑效果越明显[3],摩擦系数的降低同时也导致了磨损率的减小。
图5 试样摩擦系数与磨损率
214 显微结构分析
图6和图7分别为4号样与6号样陶瓷摩擦材料的扫描电
(下转第120页)
超声波作用后的乳状液表现为剪切稀释性,为假塑性流体,
服从幂律流体规律,这与加剂处理得到的乳状液性质相似,见图5。从拟合结果看,超声波处理得到的O /W 乳状液,n 值较大,相比于加乳化剂转相得到的乳状液,非牛顿性较弱,见表1。
表1 两种配置方式配置的O /W 乳状液流变参数
配制方式K n R 2加乳化剂012416017061019941超声波处理
011342
018542
019926
4 结 论
超声波对高含水的油包水乳状液转相有明显的影响。主要表现为:
(1)超声波对稠油本身的性质产生影响,使得稠油的重组分有所下降,粘度有较为明显的下降;
(2)通过控制超声波作用时间可以使高含水的水包油乳状液脱水或者转相形成不太稳定的水包油乳状液;
(3)通过超声波处理形成的乳状液和加乳化剂转相形成的
相比,微观粒子主要以单独的球形存在,液滴簇少,而没有参与形成乳状液的小水珠多;粒径大小分布总体上范围有所变宽,而主要分布范围较窄;
(4)通过超声波处理形成的乳状液和加乳化剂转相形成的相比,其流变性遵循幂律流体规律,但非牛顿性有所减弱。
参考文献
[1] 任智,陈志荣1非离子表面活性剂HLB 乳化规则的研究(ò)HLB
界面模型验证与影响乳状液稳定的各种实验因素[J].日用化学工业,2000,30(1):7-9.[2] 祁高明,吕效平.超声波原油破乳研究进展[J].化工时代,2001,6(1):11-14.
[3] 高文庆,高东民,魏凤兰.超声波原油破乳的影响因素[J].内蒙古石油化工,2008,12(23):36-37.
[4] 闫向宏,张亚萍.D3功率超声对稠油流变性影响的研究[J].声学技术,1996,15(4):194-195.[5] Neh al S .Ahm ed ,Am alM.Nassar ,N ael N .Zak ,i H ussei n Kh .Ghar -i eb.For m ation of fl u i d heavy iol-i n -w ater e m u l s i on s f or p i peli ne
transportati on .Fue,l 1999,78:593-600.
(上接第102页)
镜显微结构图。在烧结过程中硫与锡会反应生成硫化锡。配方中锡均过量,其液相的生成温度低,因而也促进了材料在较低烧结温度。硫化锡的烧结温度为356e 。而随着温度的升高,达到硫化锡的烧结温度,从而使硫化锡被烧结形成类陶瓷烧结材料。根据烧结温度大概为019TC [4],硫化锑亦在较低温度下烧结。当烧结材料后,使得材料的颗粒细化、致密,颗粒的分布更加均匀,
从而提高了材料的结合强度。
对比可以看出,4号样从显微结构上看比6号样的孔隙结构少,并且烧结材料与钢钎的结合也比较紧密。这说明当硫的含量过高时,会导致封闭在气孔内的气体向外膨胀以及液相的外溢[5],而使得试样的致密性有所下降,这也是影响试样强度及性能的主要原因。
3 结 论
(1)在金属硫化物陶瓷摩擦材料中,随着原料中硫与锡配比的增大,材料的体积密度在小范围内增大但整体呈减小趋势,气孔率则呈先减小,后增大的趋势,体积膨胀率则随着硫含量的增加而增大。
(2)随硫锡配比增大,金属硫化物陶瓷摩擦材料的抗压强度与硬度整体呈减小趋势,在硫z 锡z 硫化锑为3z 7z 15(质量%)时各方面性能较其它配比理想。
(3)随硫锡配比增大,金属硫化物陶瓷摩擦材料的摩擦系数逐渐减小,磨损率呈先减后增的趋势,是由于当硫含量过高时,试样强度降低而导致。
参考文献
[1] 张金庆1车辆无石棉摩擦材料的研究进展[J ].农业装备与车辆工
程,2006(8).
[2] 魏明坤,宋剑敏.A l 2O 3基陶瓷摩擦材料的研制及性能研究[J].陶
瓷,2006(10).[3] 陈汉汛,朱攀.制动器热衰退机理的研究与分析[J].拖拉机与农用
运输车,2006,33(4).[4] 曲在纲,黄月初.粉末冶金摩擦材料[M ].北京:冶金工业出版社,2005.[5] 殷庆瑞,祝炳和.功能陶瓷的显微结构性能与制备技术[M ].北京:
冶金工业出版社,2005.
陶瓷基摩擦材料的研究
陶瓷基摩擦材料的研究 白克江 （东营信义汽车配件有限公司山东东营257335） 摘要：本文通过对陶瓷基摩擦材料摩擦原理的探讨，分析了陶瓷配方的优异性，明确了摩擦性能调节剂在陶瓷配方中的重要作用，并利用国际先进的试验方法FMVSS135对配方性能进行了全面的研究。 关键词：陶瓷基摩擦材料摩擦性能调节剂 Abstract：The article analyzes the excellent of ceramics formula and makes clear the importance of friction regulator in ceramic formula by studying the principle of ceramic radicle and completely researching the formula function through the international advanced trial method FMVSS135. Keywords：Friction material of ceramic radicle Friction function regulator 一、前言 做为刹车片的摩擦材料，在满足人们正常使用中制动性能的同时，其使用寿命、环保性和舒适性也是人们非常关注的一个问题。而影响其使用寿命、环保性和舒适性的关键因素便是摩擦材料中基础增强材料和摩擦性能调节剂的选择和正确应用。 众所周知，石棉在摩擦材料中具有优秀的综合性能，但石棉有害健康，而且其在我国已经逐渐开始被禁用。半金属摩擦材料虽然因其比较优异的性能已经得到了广大用户的认可，但其易锈蚀、伤对偶、易发生噪音的缺点，一直在困惑着摩擦材料的研究者们，因此随着摩擦材料的发展，少金属和非金属摩擦材料应运而生，本文探讨的便是NAO摩擦材料中的一种：陶瓷基摩擦材料。 陶瓷基摩擦材料是一种利用无机矿物纤维和有机纤维做为增强材料，以改性树脂和橡胶粉为粘合剂，利用多种有机和无机材料做为摩擦性能调节剂配合加工而成的摩擦材料。其特点是无噪音、落灰少，不伤对偶、使用寿命长、无锈蚀。 二、基础摩擦材料的选择 1、增强纤维的选择 矿物纤维和陶瓷纤维的使用温度均可达到1000℃以上，具有良好的分散性能及高温稳定性，且价格比较便宜。这两种纤维的长径比比较小，虽然具有较大的比表面积，但其增强效果并不是十分的理想，因此本研究选用矿物纤维、陶瓷纤维及凯芙拉进行三元复合，来改善摩擦材料的高温摩擦性能和机械强度，以满
1.2 金属材料的工艺性能
《金属材料与热处理》导学案主备人：栾义审核人：栾义编号：002 §1.2 金属材料的工艺性能 【使用说明】 1、依据学习目标，全体同学积极主动的根据教材内容认真预习并完成导学案， 小组长做好监督与检查，确保每位同学都能认真及时的预习相关知识。 2、结合导学案中的问题提示，认真研读教材，回答相关问题。 3、要求每位同学认真预习、研读课本，找出不明白的问题，用红笔做好标记。【学习目标】 1、知识与技能：掌握工艺性能的定义，并熟知金属材料工艺性能的分类。 2、学习与方法：通过研读课本，积极讨论，踊跃展示，牢记各种工艺性能。 3、情感态度价值观：激情投入，大胆质疑，快乐学习。 【重点难点】 工艺性能的定义 工艺性能的分类 【自主学习】 铸造性重要级别：★★★★★ 可锻性重要级别：★★★ 焊接性重要级别：★★★ 冷弯性重要级别：★★★ 切削加工性重要级别：★★★ 【合作探究】 1、工艺性能的定义： 2、工艺性能的内容： ①铸造性——定义及内容：
班级：姓名：使用时间：年月日②可锻性——定义及内容： ③焊接性——定义及影响因素： ④冷弯性——定义及如何测定： ⑤切削加工性——定义及衡量因素： 【当堂巩固】 1、低碳钢的焊接性较差，高碳钢、铸铁的焊接性较好。（） 2、碳钢的铸造性比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。（） 3、一般认为金属材料的硬度为 HBW时，具有良好的切削加工性。 4、可锻性的好坏主要与金属材料的塑性有关，塑性越好，可锻性越好。（） 5、流动性是指液态金属充满铸模的能力，其影响因素主要是、 和。 【课后作业】(自己默写，组长监督) 1、理解掌握本导学案内容，并完成习题册第一章第二节相关题目。 【学后反思】
烧结金属摩擦材料现状与发展动态
烧结金属摩擦材料现状与发展动态 newmaker 1 前言 烧结金属摩擦材料是以金属及其合金为基体，添加摩擦组元和润滑组元，用粉末冶金技术制成的复合材料，是摩擦式离合器与制动器的关键组件。它具有足够的强度，合适而稳定的摩擦系数，工作平稳可靠，耐磨及污染少等优点，是现代摩擦材料家族中应用面最大、量最大的材料。 用粉末冶金技术制造烧结金属摩擦材料已有70年的历史，1929年美国开始了这项工作的研究，30年代末期首先将该材料用在了D-7、D-8铲运机中的离合器片上。发展到现在，所有载荷量高的飞机，包括米格、伊尔、波音707、747和三叉戟等，其制动器摩擦衬材料都采用了烧结金属摩擦材料。在我国，特别是在1965年以后，烧结金属摩擦材料的科研、生产得到迅速发展。迄今，我国已有十多个具有一定生产规模的生产企业，年产铜基和铁基摩擦制品约850万件，广泛应用于飞机、船舶、工程机械、农业机械、重型车辆等领域，基本满足了国内主机配套和引进设备摩擦片的备件供给和使用要求。 2 制造方法与工艺研究 2.1 制造方法 目前，国内外烧结金属摩擦材料的生产仍主要沿用1937年美国S·K·Wellman及其同事们创造的钟罩炉加压烧结法(压烧法)，该方法的基本工序是：钢背板加工→往油、电镀铜层(或铜、锡层)；配方料混合→压制成薄片→与钢背板烧结成一体→加工沟槽及平面。由于传统的压烧法存在着能耗大、生产效率相对低、原材料粉末利用率低、本钱高等缺点。因此，一些国家对传统工艺作了一些改进，同时十分注重新工艺的研究，在改善或保证产品性能条件下探索和寻求进步经济效益的途径。 新的制造工艺相继问世，其中最令人瞩目的是喷撒工艺(Sprinkling powder procedure)，它以生产的高效率和明显的经济效益独具上风。喷撒工艺法以产业规模生产烧结金属摩擦材料始于70年代，美国的威尔曼、西德的奥林豪斯和尤里特、奥地利的米巴等企业拥有这项技术。80年代中期，杭州粉末冶金研究所从奥地利米巴公司引进了该技术。 喷撒工艺的基本流程是：钢背板在溶剂(如四氯化碳中脱脂处理(或钢背板电镀)→在钢背板上喷撒上混合材料→预烧→压沟槽→终烧→精整。 与传统的压烧法相比，喷撒工艺主要有下列一些优点： (1)实现了无加压连续烧结，耗能低。
金属基复合材料的制备方法
金属基复合材料的制备技术 摘要：现代科学技术的发展和工业生产对材料的要求日益提高，使普通的单一材料越来越难以满足实际需要。复合材料是多种材料的统计优化，集优点于一身，具有高强度、高模量和轻比重等一系列特点。尤其是金属基复合材料(MMCs)具有较高工作温度和层间剪切强度，且有导电、导热、耐磨损、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等一系列的金属特性，是一种优良的结构材料。 Abstract: The development of modern science and technology and industrial production of materials requirements increasing, the ordinary single material is more and more difficult to meet the actual needs. Composite material is a variety of statistical optimization, set merit in a body, has the advantages of high strength, high modulus and light specific gravity and a series of characteristics. Especially the metal matrix composite ( MMCs ) has the high working temperature and interlaminar shear strength, and a conductive, thermal conductivity, wear resistance, moisture, do not bleed, dimensional stability, aging and a series of metal properties, is a kind of structural material. 关键词：复合材料(Composite material)、发展概况(Development situation)、金属基复合材料(Metal base composite materia l)、发展前景(Development prospect) 正文： 一：复合材料简介 复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观的形式复合而成的多相材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。②夹层复合材料。③细粒复合材料。④混杂复合材料。[1] 二：金属基复合材料简介 (1)定义：金属基复合材料是以金属或合金为基体，以高性能的第二相为增强体的复合材料。它是一类以金属或合金为基体, 以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物, 其共同点是具有连续的金属基体。 (2)分类：按增强体类型分为：1.颗粒增强复合材料；2.层状复合材料；3.纤维增强复合材料 按基体类型分为：1.铝基复合材料；2.镍基复合材料；3.钛基复合材料；4.镁基复合材料 按用途分为：1.结构复合材料；2.功能复合材料 （3）性能特征：金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等。综合归纳金属基复合材料有以下性能特点。 A．高比强度、比模量 B. 良好的导热、导电性能 C．热膨胀系数小、尺寸稳定性好 D．良好的高温性能和耐磨性
关于陶瓷表面金属化的应用与研究
斯利通关于陶瓷表面金属化的应用与研究现代新技术的发展离不开材料，并且对材料提出愈来愈高的要求。随着材料科学和工艺技术的发展，现代陶瓷材料已经从传统的硅酸盐材料，发展到涉及力、热、电、声、光诸方面以及它们的组合，将陶瓷材料表面金属化，使它具有陶瓷的特性又具有金属性质的一种复合材料，对它的应用与研究也越来越引起人们重视。 通过化学镀、真空蒸镀、离子镀和阴极溅射等技术，可以使陶瓷片表面沉积上Cu、Ag、Au等具有良好导电性和可焊性的金属镀层，这种复合材料常用来生产集成电路、电容等各种电子元器件。作为集成电路的方面，是将微型电路印刷在上面，用陶瓷做成的基片具有导热率高、抗干扰性能好等优点。随着电子工业、计算机的飞速发展，集成电路变得越来越复杂，包括的装置和功能也是越来越多，这样就要求电路的集成化程度越来越高。此时使用陶瓷金属化的基片能够大幅提高电路集成化，实现电子设备小型化。 电容器作为一种重要的电气件，它在电子工业和电力工业都有着很重要的用途。其中陶瓷电容器因具有优异的性能而占有很重要的地位，目前它的产销量是很大的，而且每年还在递增。 电子仪器在工作时。一方面向外辐射电磁波，对其他仪器产生干扰，另一面还要遭受外来电磁波的干扰。当今电子产品的结构日益复杂，品种与数量日益增多，灵敏度日益提高，所以电磁干扰的影响也日益严重，已经引起了人们的重视。 在电磁屏蔽领域，表面金属化陶瓷同样发挥着重要的作用，在陶瓷片表面镀上一层 Co-P和Co-Ni-P合金，沉积层中含磷量为0.2%-9%，其矫顽磁力在200-1000奥斯特，常作为一种磁性镀层来应用，由于其抗干扰能力强，作为最
高等级的屏蔽材料，可用于高功率和非常灵敏的仪器，主要用在军工产品上面。 陶瓷金属化在工艺上有化学镀、真空镀膜法、物理蒸镀法、化学气相沉淀法及喷镀法，再就是最新的离子化镀层法，像激光活化金属化技术，其优点明显： 1、结合力强，激光技术使金属层的结合强度可以达到45Mpa； 2、不管被镀物体形状如何复杂都能得到均匀的一层镀层； 3、成本大幅降低，效率提高； 4、绿色环保无污染。 陶瓷金属化作为一种新型材料具有许多独特的优点，它的应用和研究只是刚刚起步，还有非常大的发展空间，在不远的将来，陶瓷金属化材料必将大放光彩。
金属硫化物陶瓷摩擦材料的制备与性能研究_李双君
金属硫化物陶瓷摩擦材料的制备与性能研究 李双君,魏明坤 (武汉理工大学理学院,湖北武汉430070) 摘要:以硫粉、锡粉、三硫化二锑为烧结剂,再加入其他辅助原料,利用金属硫化物的低熔点烧结制备陶瓷摩擦材料。研究了原料的不同配比对金属硫化物陶瓷摩擦材料的体积密度、气孔率、力学性能、摩擦性能以及显微结构的影响。硫含量对金属硫化物陶瓷摩擦材料性能有很重要的影响,通过对比寻求较为理想的原料配比,并对其实际应用的可行性进行探讨。 关键词:硫化物陶瓷;摩擦材料;性能 Preparati on ofM etal Sulfi des Cera m i c Friction M aterial and its Properties LI Shuang-jun,WE I M ing-kun (Schoo l o f Sc i e nce,W uhan Un iversity of Techno l o gy,H ube iW uhan430070,Chi n a) Abst ract:E le m ental su lfur,ti n powder and anti m ony trisu lfide used as sinteri n g agents,and then added other sup-porti n g m aterials,w ith lo w m elti n g po i n tm etal su lfides sinteri n g,cera m ic fricti o n m ater i a lw as prepared.The ra w m ater-i als of different proporti o ns ofm etal su lfide cera m ic friction m ateria l b u l k density,porosity,m echanical properties,friction properties and m icr oscopic structure w ere studied.Su lfur content had a sign ificant i m pact on m eta l sulfi d e cera m ic friction m aterial perfor m ance,By co m pari n g the ratio o f ra w m ateria ls,a m ore satisfactory rati o of ra w m aterials w as found ou,t and the feasi b ility of the ir practical app lication w as discussed. K ey w ords:su lfi d e cera m ic;friction m ateria;l property 车载摩擦片发展到现在,大概分为四种类型:石棉基摩擦衬片、半金属摩擦制动衬片、无石棉摩擦制动衬片和金属基烧结摩擦制动衬片[1]。 石棉基摩擦材料因为有致癌作用已遭淘汰。半金属摩擦材料中钢纤维容易生锈,锈蚀后易出现粘着对偶或者损伤对偶,使摩擦片强度降低,磨损加剧,摩擦系数稳定性变差;当摩擦温度高于300e时,易出现剥落现象,密封圈软化和制动液发生气化而造成制动失灵;易产生低速下的低频噪音。金属基摩擦材料磨损率高、摩擦传载力矩低、高温下性能衰退严重等,难以适用在重载干式离合器中[2]。 目前,虽然很多无石棉摩擦材料的综合性能已得到进一步提高,但仍存在很多问题,如有的材料在性能提高的同时,成本也大幅度提高,有的材料则出现粘结强度不够、噪声大等问题,所以全面提高新型摩擦材料的性能仍是亟待解决的一项任务。 本课题利用硫化锡、三硫化二锑的熔点较低,以其为烧结剂,添加其它助剂在较低的温度下烧结制备金属硫化物陶瓷摩擦材料,有利于降低能耗及生产成本,使其具有良好的摩擦性能,有良好的应用前景。并研究了不同配比的原料对金属硫化物陶瓷性能的影响。 1实验部分 1.1试样制备 金属硫化物陶瓷材料的配比见表1。 表1金属硫化物陶瓷材料的配比(w t%) 试样编号升华硫锡粉三硫化二锑铁铝粉钢钎氧化铝粉石墨二硫化钼100253530532 213213530532 325183530532 437153530532 549123530532 651193530532 1.2实验过程 按照表1所示配方配料,然后进行球磨搅拌混料,将配好的原料装入模具中,在压力320M P a用粉末压样机压制成型,于可控硅高温炉中常压烧结,温度500e。保温2h后自然冷却,再将 # 101 # 2010年38卷第6期广州化工
金属材料的性能
1金属材料的性能 金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中反映出来的特性，它决定金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。使用性能又分为机械性能、物理性能和化学性能。工艺性能是指金属材料在制造加工过程中反映出来的各种特性，是决定它是否易于加工或如何进行加工的重要因素。 在选用金属材料和制造机械零件时，主要考虑机械性能和工艺性能。在某些特定条件下工作的零件，还要考虑物理性能和化学性能。 1.1金属材料的机械性能 各种机械零件或者工具，在使用时都将承受不同的外力，如拉力、压力、弯曲、扭转、冲击或摩擦等等的作用。为了保证零件能长期正常的使用，金属材料必须具备抵抗外力而不破坏或变形的性能，这种性能称为机械性能。即金属材料在外力作用下所反映出来的力学性能。金属材料的机械性能是零件设计计算、选择材料、工艺评定以及材料检验的主要依据。 不同的金属材料表现出来的机械性能是不一样的。衡量金属材料机械性能的主要指标有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 1.1.1强度 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为强度。按外力作用的方式不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗扭强度等。一般所说的强度是指抗拉强度。它是用金属拉伸试验方法测出来的。 1.1.2刚性与弹性 金属材料在外力作用下，抵抗弹性变形的能力称为刚性。刚性的大小可用材料的弹性模量（E）表示。弹性模量是金属材料在弹性变形范围内的规定非比例伸长应力（ζρ）与规定非比例伸长率（ερ）的比值。所以材料的弹性模量（E）愈大，刚性愈大，材料愈不易发生弹性变形。但必须注意的是：材料的刚性与零件的刚度是不同的，零件的刚度除与材料的弹性模量有关外，还与零件的断面形状和尺寸有关。例如，同一种材料的两个零件，弹性模量E虽然相同，但断面尺寸大的零件不易发生弹性变形，而断面尺寸小的零件则易发生弹性变形。 零件在使用过程中，一般处于弹性变形状态。对于要求弹性变形小的零件，如泵类主轴、往复机的曲轴等，应选用刚性较大的金属材料。对于要求弹性好的零件，如弹簧则可通过热处理和合金化的方法，达到提高弹性的目的。 1.1.3硬度 金属材料抵抗集中负荷作用的性能称为硬度。换句话说，硬度是金属材料抵抗硬物压入的能力。材料的硬度是强度、塑性和加工硬化倾向的综合反映。硬度与强度之间往往有一定的概略比例关系，并在很大程度上反映出材料的耐磨性能。此外，硬度测定方法简便，不需制备特殊的试样，可以直接在零件上进行测定，而不损坏工件。所以硬度通常在生产上作为热处理质量检验的主要方法。 1.1.4冲击韧性 有些机器零件在工作时，如齿轮换挡、设备起动、刹车等，往往受到冲击负荷的作用；还有
摩擦材料
摩擦材料 一、概论 摩擦材料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。它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，离合器片用于传动。 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。摩擦材料是这种制动或传动装置上的关键性部件。它最主要的功能是通过摩擦来吸收或传递动力。如离合器片传递动力，制动片吸收动能。它们使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。 摩擦材料是一种高分子三元复合材料，是物理与化学复合体。它是由高分子粘结剂（树脂与橡胶）、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类组成及其它配合剂构成，经一系列生产加工而制成的制品。摩擦材料的特点是具有良好的摩擦系数和耐磨损性能，同时具有一定的耐热性和机械强度，能满足车辆或机械的传动与制动的性能要求。它们被广泛应用在汽车、火车、飞机、石油钻机等各类工程机械设备上。民用品如自行车、洗衣机等作为动力的传递或制动减速用不可缺少的材料。 二、摩擦材料发展简史 自世界上出现动力机械和机动车辆后，在其传动和制动机构中就使用摩擦片。初期的摩擦片系用棉花、棉布、皮革等作为基材，如：将棉花纤维或其织品浸渍橡胶浆液后，进行加工成型制成刹车片或刹车带。其缺点：耐热性较差，当摩擦面温度超过120℃后，棉花和棉布会逐渐焦化甚至燃烧。随着车辆速度和载重的增加，其制动温度也相应提高，这类摩擦材料已经不能满足使用要求。人们开始寻求耐热性好的、新的摩擦材料类型，石棉摩擦材料由此诞生。 石棉是一种天然的矿物纤维，它具有较高的耐热性和机械强度，还具有较长的纤维长度、很好的散热性，柔软性和浸渍性也很好，可以进行纺织加工制成石棉布或石棉带并浸渍粘结剂。石棉短纤维和其布、带织品都可以作为摩擦材料的基材。更由于其具有较低的价格（性价比），所以很快就取代了棉花与棉布而成为摩擦材料中的主要基材料。1905年石棉刹车带开始被应用，其制品的摩擦性能和使用寿命、耐热性和机械强度均有较大的提高。1918年开始，人们用石棉短纤维与沥青混合制成模压刹车片。20世纪20年代初酚醛树脂开始工业化应用，由于其耐热性明显高于橡胶，所以很快就取代了橡胶，而成为摩擦材料中主要的粘结剂材料。由于酚醛树脂与其他的各种耐热型的合成树脂相比价格较低，故从那时起，石棉－酚醛型摩擦材料被世界各国广泛使用至今。 20世纪60年代，人们逐渐认识到石棉对人体健康有一定的危险性。在开采或生产过程中，微细的石棉纤维易飞扬在空气中被人吸入肺部，长期间处于这种环境下的人们比较容易患上石棉肺一类的疾病。因此人们开始寻求能取代石棉的其它纤维材料来制造摩擦材料，即无石棉摩擦材料或非石棉摩擦材料。20世纪70年代，以钢纤维为主要代替材料的半金属材料在国外被首先采用。80年代－90年代初，半金属摩擦材料已占据了整个汽车用盘式片领域。20世纪90年代后期以来，NAO（少金属）摩擦材料在欧洲的出现是一个发展的趋势。无石棉，采用两种或两种以上纤维（以无机纤维为主，并有少量有机纤维）只含少量钢纤维、铁粉。NAO（少金属）型摩擦材料有助于克服半金属型摩擦材料固有的高比重、易生锈、易产生制动噪音、伤对偶（盘、鼓）及导热系数过大等缺陷。目前，NAO （少金属）型摩擦材料已得到广泛应用，取代半金属型摩擦材料。2004年开始，随汽车工业飞速发展，人们对制动性能要求越来越高，开始研发陶瓷型摩擦材料。陶瓷型摩擦材料主要以无机纤维和几种有机纤维混杂组成，无石棉，无金属。其特点为： 1. 无石棉符合环保要求； 2. 无金属和多孔性材料的使用可降低制品密度，有利于减少损伤制动盘（鼓）和产生制动噪音的粘度。 3. 摩擦材料不生锈，不腐蚀； 4. 磨耗低，粉尘少（轮毂）。 三、摩擦材料分类 在大多数情况下，摩擦材料都是同各种金属对偶起摩擦的。一般公认，在干摩擦条件下，同对偶摩擦系数大于0.2的材料，称为摩擦材料。 材料按其摩擦特性分为低摩擦系数材料和高摩擦系数材料。低摩擦系数材料又称减摩材料或润滑材料，其作用是减少机械运动中的动力损耗，降低机械部件磨损，延长使用寿命。高摩擦系数材料又称摩阻材料（称为摩擦材料）。
金属多孔材料的制备及应用_于永亮
金属多孔材料的制备及应用 于永亮，张德金，袁勇，刘增林 (粉末冶金有限公司) 摘要:在归纳分析目前国内外各种制备多孔材料新技术的基础上，阐述了多孔材料在过滤、电极材料、催化载体、消音材料、生物和装饰材料方面应用及未来发展前景。 关键词:多孔材料功能结构制备方法金属加工 0前言 多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。由于多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积大、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，其应用范围远远超过单一功能的材料。近年来金属多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。目前，金属多孔材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。从20世纪中叶开始，世界科技较发达国家竞相投入到多孔金属材料的研究与开发之中，并相继研发了各种不同的制备工艺。 1金属多孔材料的制备工艺 1.1粉末冶金(PM)法［1］ 该方法的原理是将一种或多种金属粉末按一定的配比混合均匀后，在一定的压力下压制成粉末压坯。将成形坯在烧结炉中进行烧结，制得具有一定孔隙度的多孔金属材料。或不经过成形压制，直接将粉末松装于模具内进行无压烧结，即粉末松装烧结法。 1.2纤维烧结法［2］ 纤维烧结法与粉末冶金法基本类似。用金属纤维代替金属粉末颗粒，选取一定几何分布的金属纤维混合均匀，分布成纤维毡，随后在惰性气氛或还原性气氛保护的条件下烧结制备金属纤维材料。该法制备的金属多孔材料孔隙度可在很大范围内调整。 作者简介:于永亮(1981－)，男，2006年7月毕业于中南大学粉末冶金专业。现为莱钢粉末冶金有限公司技术科助理工程师，主要从事生产技术及质量管理工作。1.3发泡法［3］ 1)直接吹气法。对于制备泡沫金属，直接吹气法是一种简便、快速且低耗能的方法。 2)金属氢化物分解发泡法。这种方法是在熔融的金属液中加入发泡剂(金属氢化物粉末)，氢化物被加热后分解出H2，并且发生体积膨胀，使得液体金属发泡，冷却后得到泡沫金属材料。 3)粉末发泡法。该方法的基本工艺是将金属与发泡剂按一定的比例混合均匀，然后在一定的压力下压制成形。将成形坯经过进一步加工，如轧制、模锻等，使之成为半成品，然后将半成品放入一定的钢模中加热，使得发泡剂分解放出气体发泡，最后得到多孔泡沫金属材料。 1.4自蔓延合成法［4］ 自蔓延高温合成法是一种利用原材料组分之间化学反应的强烈放热，在维持自身反应继续进行的同时产生大量孔隙的材料合成方法。该方法放热反应可迅速扩展(即自蔓延)，在极短时间内即可完成全部燃烧反应。同时因为反应时的温度高，故容易得到高纯度材料。这种方法主要是依靠反应过程中产生的液体和气体的运动而得到多孔结构，因此其孔隙大多是相互连通的，采用这种方法制备的多孔材料孔隙度可达到60%以上。然而，由于在自蔓延高温合成过程中，其热量释放和反应过程过于剧烈，容易导致材料的变形和开裂，同时不利于材料的孔结构控制和近净成形。 1.5铸造法［5］ 1)熔模铸造法。熔模铸造法是先将已经发泡的塑料填入一定几何形状的容器内，在其周围倒入液态耐火材料，在耐火材料硬化后，升温加热使发泡塑料气化，此时模具就具有原发泡塑料的形状，将液态金属浇注到模具内，在冷却后把耐火材料与 36 莱钢科技2011年6月
在连接金属与陶瓷方面的进步
在连接金属与陶瓷方面的进步 张勇封迪何志勇陈喜春 （中国，北京100081，高温材料研究所，中心钢铁研究所） 摘要：连接陶瓷和金属的方法的研究和发展，特别是铜焊、扩散连接和局部过渡液相扩散焊,做了简要的介绍，提出了一些看法。对于新的复合材料的出现，发展新的结合方法尤其是在高温技术领域结合陶瓷形成超合金是很必要的。 关键词：陶瓷、金属、连接、发展。 陶瓷因其低密度、高强度和优良的耐高温性能，广泛适用于航空、冶金领域。特别是在高温技术方面，陶瓷和陶瓷基复合材料比金属拥有更多的优点。但陶瓷具有低韧性，并且制造复杂的部分很困难。因此，为达到要求【1,2】，生产金属陶瓷复合材料零件是合理的。在下文中，讨论的是集中连接方法的发展，尤其是将碳化硅、硅、氮加入到金属中。 1、金属和陶瓷的主要连接方法 迄今为止，已经开发出几种连接金属和陶瓷的方法【3】，比如机械机械连接、粘着剂结合、摩擦焊【4】、高能束焊接【5】、微波焊接、超声波焊接【6】、爆炸焊接【7】、反应连接、燃烧反应连接【8】、场辅助粘结【9】、铜焊、扩散连接【10】、瞬间液相扩散焊（TLPB）和局部瞬间液相扩散焊（PTLPB）等。每种技术都有其特点，并且机械加入、钎焊和扩散连接是主要方法。具有钎焊和扩散连接优点的PTLPB，是一种很有前途的技术。
1.1机械加入 机械加入常用于往金属中加入陶瓷,树脂基复合材料、陶瓷基复合材料(cmc)或炭/炭复合材料，它有两种基本类型：螺栓连接和热覆盖。机械加入对于SiC的提升是一种很重要的方法。最近，通过机械加入的方法制造出许多应用在高温条件下的碳化硅复合材料零件，并且一些其他的连接方法也几乎可以使用。但机械加入也有其缺点，比如低气密性和高加工成本。由于热应力的存在，导致热覆盖的应用仅局限在低温下使用的零件。 同样，由于应力集中、孔的位置、连接部件在高温下的性能以及它们同基体材料的匹配性的原因，通过机械加入加入陶瓷基复合材料方法的应用，特别是往金属中加入纤维增强复合材料 ( C,/SiC,SiCf/SiC)，受到了限制。打破陶瓷基复合材料的限制是很困难的，并且加工过程中常常出现错误，从而使复合材料降级。 因此，为使金属陶瓷或是陶瓷基金属复合材料高温复合零件应用更好，发展更好的连接技术是很必要的。 1．2钎焊 所谓钎焊，就是将填充金属熔化并推动液体填充物填充到隙中形成一个结头。与其他连接技术相比，钎焊因温度低因而具有对连接材料低影响的优点，所以它能连接精密、复杂部件和其他材料，但是填充材料的熔点限制了复合材料部件的使用温度。目前，钎焊是最适合加入复合材料的方法之一。为通过使用钎焊连接陶瓷和金属，提高填充材料和陶
金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能是指制造工艺过程中材料适应加工的性能，即指其铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。 1、铸造性能 金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造性能，用流动性、收缩性和偏析来衡量。 1）流动性熔融金属的流动能力称为流动性。流动性好的金属容易充满铸型，从而获得外形完整和尺寸精确、轮廓清晰的铸件； 2）收缩性铸件在凝固和冷却的过程中，其体积和尺寸减少的现象称为收缩性。铸件用金属材料的收视率越小越好； 3）偏析铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为偏析，偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。 被铸物质多为原为固态，但加热至液态的金属，如铜、铁、锡等，铸模的材料可以是沙，金属甚至陶瓷。南关菜市场东头前两年有两个人把大量的铝易拉罐盒熔化后倒进模子里铸成大大小小的铝锅、铝盆等 2、锻造性 工业革命前锻造是普遍的金属加工工艺，马蹄铁、冷兵器、铠甲均由各国的铁匠手锻造（俗称打铁），金银首饰加工、金属包装材料是锻造与冲压的总和。什么是锻造性能？ 锻造性能：金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称锻造性。
锻造性主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。高碳钢不易锻造，高速钢更难。 （塑性：断裂前材料产生永久变形的能力。） 3、焊接性 金属材料对焊接加工的适应性成为焊接性。也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。钢材的含碳量高低是焊接性能好坏的主要因素，含碳量和合金元素含量越高，焊接性能越差。4、切削加工性能 切削加工性能一般用切削后的表面质量（用表面粗糙程度高低衡量）和道具寿命来表示。金属材料具有适当的硬度和足够的脆性时切削性良好。改变钢的化学成分（如加入少量铅、磷等元素）和进行适当的热处理（如低碳钢进行正火，高碳钢进行球化退火）可以提高刚的切削加工性能。（热处理的四把火：正火、退火、淬火、回火等，后面我们将进一步学习。）铜有良好的切削加工性能。 5、热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性，即钢接受淬火的能力。（淬火能获得较高的硬度和光洁的表面），含锰、铬、镍等元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬透性较差。铝合金的热处理要求较严，铜合金只有几种可以熔热处理强化。三国时诸葛亮带兵打仗，请当时的著名工匠蒲元为他造了3000把钢刀，蒲元用了（清水淬其锋）的热处理工艺，经过千锤百炼，使钢刀削铁如泥，从而大败敌军.有关方面的成语：趁热打铁、斩钉截铁等。
烧结金属材料硬度规范
烧结金属材料硬度规范 由于烧结金属材料硬度的检测和其他金属件有所不同。为了使图纸与工厂及生产厂商的实物检指能够保持一致，须统一标准与规范，经过统计多家供应商的烧结金属零件检指数据加以汇总分析，并参照一系列的国家标准，特编制烧结金属材料硬度的设计检测标准规范。 硬度硬度是烧结金属结构材料（零件）中最常使用的一个性能指标。按烧结金属结构材料（零件）的材质不同，常用的硬度测试方法有布氏硬度HB；洛氏硬度HRA、HRB、HRC；维氏硬度HV及肖氏硬度HS。它们的压头材料、压头大小、压头形状以及采用的压力各不相同。根据试样上压头所留下的压痕尺寸大小，可算出其相应的硬度值。 烧结金属结构材料通常存在孔隙。如果硬度计的压头正好压在它的孔隙处，就不能反映出其基体的真实硬度。多孔性材料的硬度值的离散性比相应的锻轧材料大。烧结金属零件的多孔性决定了其检测方法最好采用维氏硬度计，其值相对稳定而准确。烧结金属件中，含油（滑动）轴承仍用布氏硬度来表示其表观硬度。 经分析生产厂商送检的各类烧结金属零件检指数据，并参照相关国家标准规定： GB/T 9097.1-2002烧结金属材料（不包括硬质合金）表观硬度的测定第一部分：截面硬度基本均匀的材料 GB/T 4340.1-1999 金属维氏硬度试验第1部分试验方法 GB/T 231.1-2002 金属布氏硬度试验第1部分试验方法 对于烧结金属零件（含油轴承除外），在图纸上技术要求中硬度统一使用维氏硬度来标志，同样测试也使用维氏硬度标准。具体的测试统一按GB/T 4340.1-1999中3.3推荐的维氏硬度试验力表3-2，小负荷维氏硬度试验的HV0.3来标注和检测。 密度烧结金属材料制取零件时，材料具有孔隙，零件的密度是可变的。其不仅影响零件的力学性能和精度,同时影响压坯的成品率和生产效率,所以压坯密度设计是烧结金属的零件设计和制造的主要依据之一。在烧结金属零件生产中,一般说来,材料的密度愈高 ,材料的物理—力学性能愈高。烧结金属零件的密度是单位体积的质量，其体积也包含材料中孔隙的体积。 含油率含油率高低是含油轴承性能的重要指标，并与开孔率有关。测试参照国家标准： GB/T 5163-2006 烧结金属材料（不包括硬质合金）可渗性烧结金属材料密度、含油率和开孔率的测定来进行 烧结金属零件在图纸技术要求中必须要有硬度和密度二项指标，齿轮类还须增加材料抗拉及冲击强度极限值的技术要求。具体参照国家标准： GB/T 10423-2002 烧结金属摩擦材料抗拉强度的测定。 一．烧结金属材料-结构件 硬度与密度的分类：统一使用维氏硬度HV0.3，同时以零件在整机中的使用状态分为以下五大类。
陶瓷金属化技术
陶瓷金属化技术-钼锰法 新型陶瓷常用的钼锰法工艺流程与被银法基本相似。其金属化烧结多在立式或卧式氢气炉中进行。采用还原气氛，但需要含微量的氧化气体，如空气和水汽等，也可采用H2、N2及H2O三元气体。金属烧结的温度，一般比瓷件的烧成温度低30~100℃。[钼锰法也是烧结金属粉末法最重要的一种。] 金属件的膨胀系数与陶瓷的膨胀系数尽可能接近，互相匹配，封包陶瓷的金属应有较高的温度系数，封接与陶瓷内的金属应有较低的温度系数。这样，陶瓷保持受压状态。 钼锰法的工艺流程图： 1、金属化用的原料的处理与配制 （1）钼粉：使用前先在纯，干的H2气氛中1100 ℃处理，并将处理过的钼粉100g加入500ml
无水乙醇中摇动一分钟，然后静置三分钟，倾出上层的悬浮液，在静止数小时使澄清，最后取出沉淀在40 ℃下烘干。 （2）锰粉：电解锰片在钢球磨中磨48小时，以磁铁吸去铁屑，在用酒精漂选出细颗粒。（3）金属化涂浆的配制与涂制：取100g钼锰金属的混合粉末（钼：锰=4：1），在其中加入2.5g硝棉溶液及适量的草酸二乙酯，搅拌均匀，至浆能沿玻璃棒成线状流下为准。每次使用前如稠度不合适，可再加入少量硝棉溶液或者草酸二乙酯进行调节。涂层厚度为50um。 金属化的机理：锰被水气中的氧气在800℃下氧化，高温下，熔入玻璃相中，减低其黏度。玻璃相渗入钼层空隙，并向陶瓷坯体中渗透。由于Al2O3在玻璃相中溶解-重结晶过程，因此在界面上往往存在大颗粒的刚玉晶体。氧化锰还能与Al2O3生成锰铝尖晶石，或与SiO2生成蔷薇辉石。 钼在高温下烧结成多孔体，同时钼的表面被氧化，并渗入到金属化层空隙的玻璃相中，被润湿和包裹，这样容易烧结，并向瓷体移动。 冷却后，经书相层就通过过渡区而与瓷坯紧密的结合。由于以上的高温反应在氧化铝瓷和钼锰金属化层之间形成有一厚度的中间层。金属化层厚度约为50um时，中间层约为30um，金属化层厚度增加，中间层厚度也增加。 2、上镍 在金属化烧成以后，为改善焊接时金属化层与焊料的润湿性能，许在上面上一层镍，可用涂镍再烧，也可用电镀的方法。 1，烧镍：将镍粉用上述钼粉漂选方法获得细颗粒，并采用和制金属化钼锰浆一样的方法制成镍浆，涂在烧好的金属化层上，厚度为40um，在980℃干H2气氛中烧结15分钟。 2，镀镍：在金属化层上电镀镍，周期短，电极上采用的镍板纯度为99.52%。 3、焊接 经金属化并上有镍的陶瓷，与金属焊接在一起，是在干燥H2保护下的立式钼丝炉中进香。与可伐合金焊接时焊料用纯银，与无氧铜焊接时，只能用银铜低共熔合金。 纯银焊料：一般采用0.3mm厚的薄片，或直径0.1mm的银丝，纯度为99.7%，焊接温度为030-1050℃ 银铜焊料：也可采用0.3mm厚的薄片，或直径0.1mm的银丝，成分为72.98%银，27.02%铜焊接温度为030-1050 ℃
汽车离合器用铜基金属陶瓷摩擦材料的研究进展
—21— 新材料新装饰XINCAILIAOXINZHUANGSHI 2014年4期 汽车离合器用铜基金属 陶瓷摩擦材料的研究进展 冯超 徐吉波 魏子良 王琦 胡欢 （湖北汽车工业学院 材料科学与工程学院 十堰湖北 442002） 摘要：金属陶瓷摩擦材料具有吸能效率高、导热性好、摩擦系数高、耐高温、耐磨等特点，可用 于重型车、矿区用车、工程作业车、沙漠车等重载荷车辆以代替不抗热的有机摩擦片。本文综述了铜基金属陶瓷摩擦材料的发展现状，展望了铜基金属陶瓷摩擦材料的发展前景。 关键词：金属陶瓷；铜基摩擦材料；研究进展 1前言 汽车离合器靠摩擦来传递动力。当汽车行驶时，离合器的主动部件和从动盘相互压紧而一起旋转，但在起步、换档过程中，主、从动件之间相对摩擦，从动盘摩擦片发热并发生磨损。离合器的使用寿命主要取决于其从动盘摩擦片的耐磨性。通常汽车离合器从动盘摩擦片采用树脂基石棉材料做成。在160℃以上树脂片自身及其对偶件的磨损量都急剧增大，而金属陶瓷片在250℃以上仍保持很好的耐磨性，其对偶的磨损也很小。另一方面，金属陶瓷摩擦材料对铸铁的摩擦系数要比树脂石棉片对铸铁的摩擦系数高一些，因此用金属陶瓷摩擦片的离合器在同一夹紧载荷下，能比采用树脂片的离合器提供更大的摩擦力矩，亦即在保证相同的扭矩容量下所用的夹紧载荷减小，从而使离合器接合更柔和，在相同夹紧力下扭矩得到提高[1，2]。 2 铜基金属陶瓷摩擦材料的应用 从20世纪50年代起，国外就在拖拉机、工程机械及载货汽车上开始使用金属陶瓷磨擦材料作为离合从动盘的磨擦面片。由于金属陶瓷磨擦面片的磨擦系数高于有机石棉片，采用金属陶瓷磨擦面片的离合器与采用石棉片的离合器相比，在同一夹紧载荷下可提供更大的磨擦力矩，即离合器扭矩容量较大；而在同样大小的扭矩容量下，所用夹紧载荷较小，使离合器接合更平稳、柔和。此外，金属陶瓷材料比有机材料更耐高温，对于起步换挡频繁、离合器工作温度较高的汽车来说，用金属陶瓷材料更耐磨。据有关资料介绍，在温度160℃以下有机片的耐磨性还是比较好，但当温度更高时，其耐磨性急剧下降；而金属陶瓷材料则在接近300℃的高温下仍有较好的耐磨性。显然，对于使用条件恶劣的车辆来说，其离合器从动盘磨擦面的工作温度高，只有用耐高温的金属陶瓷材料才能保证足够长的使用寿命。据有关资料介绍，采用金属陶瓷片的离合器使用寿命比有机片的长75%。 3 国内外研究现状 金属陶瓷磨擦材料是由金属基体、陶瓷成份和润滑剂组成的一种多元复合材料。金属基体的主要作用是以机械结合的方式将陶瓷成份和润滑剂保持于其中，形成具有一定机械强度的整体；陶瓷成份主要起磨擦剂作用；而润滑剂成份则主要起提高材料抗咬合性和抗粘接性的润滑作用，特别有利于降低对偶材料的磨损，并使磨擦副工作平稳。润滑剂组分和陶瓷组分共同形成金属陶瓷磨擦磨损性能的调节剂。基体作为摩擦材料的主要组元，其作用主要是以机械结合方式将摩擦颗粒和润滑剂保持于其中，形成具有一定力学性能的整体。基体的强度是摩擦材料承载能力的反应，在很大程度上取决于基体的成分、结构和物理一力学性能。目前改善材料基体结构和强度主要从两个方面入手[3-4]：一是添加合金元素来强化基体。二是在较软的基体中添加强度较高的金属纤维或其它增强纤维。基体的组织结构、物理化学性质 在很大程度上决定了粉末冶金摩擦材料的力学性能、摩擦磨损性能、 热稳定性和导热性等整体性能的发挥。摩擦材料要求基体具有足够高 的熔点，高的耐热强度和热稳定性，工作温度内有较高的塑性变形抗 力，高的耐磨性。开展对基体成分及性能的研究至关重要，对提高铜 基金属陶瓷摩擦材料摩擦性能提供有益的指导。 对铜基金属陶瓷摩擦材料基体的研究，不能仅局限于基体本身，因为现代高性能粉末冶金摩擦材料大多是多组元的复合体，各个组元对材料性能的作用是相互影响的，因此研究基体的同时也应考虑其它组元加入后对基体的影响。目前在基体方面的研究工作，大都是在摩擦材料三大组元都存在的情况下来研究的，主要涉及以下各个方面：基体的类型；基体的物理、机械性能对摩擦磨损性能的影响；合金元素（辅助组元）对基体性能的影响；基体组织、硬相和塑性相的分布、第二相的影响、摩擦过程中表层组织的变化；材料中非金属组分与金属基体的相互作用、基体夹持硬质点的能力、粘结问题的研究；改善基体的压制、烧结等工艺性能研究摩擦过程中表层元素扩散过程研 究；基体塑变能力对摩擦磨损性能的影响，孔隙度大小、分布对基体 性能的影响；改善基体耐热性、耐磨性的研究等诸多方面[5-6]。 4 发展现状 目前，随着重载汽车离合器片的发展，以及离合器结构设计的紧凑性要求，对铜基金属陶瓷摩擦材料的耐磨性和耐热性提出了更高要求，特别是高温制动的稳定性。因此研究开发具有优异性能的新型铜基摩擦材料十分重要和迫切。为提高铜基摩擦材料的耐热性和耐磨性，主要途径：添加合金元素来强化提高基体的耐磨性和耐热强度；通过改变材料的摩擦剂与润滑剂，调节材料的成分，如添加铁和石墨等耐高温、耐磨材料来提高摩擦材料的整体性能。目前铜基纳米复合材料的研究成果表明：纳米氧化物作为弥散增强相所制备的弥散强化铜基复合材料，在保持铜本身高导热性能的同时还大幅度提高了强度及抗高温软化特性，具有其他强化方法无法比拟的优点。因此，将纳米材料应用于铜基摩擦材料，为改善摩擦材料的摩擦学性能提供了新途径。 参考文献： [1]黄建龙，王建吉，党兴武，陈生圣.铝含量对铜基粉末冶金材料性能的影响.润滑与密封，2013，38（1）：56-60. [2]邓海金，李明，龚敏.钢纤维对铜基金属陶瓷摩擦材料力学和摩擦学性能的影响.摩擦学报，2004，24（4）：336-340. [3]钟志刚，邓海金，李明，等.铁含量对铜基金属陶瓷摩擦磨损性能的影响.材料工程，2002，（8）：17-19. [4]王晔，燕青芝，张肖路，等.石墨对铜基粉末冶金闸片材料性能的影响.粉末冶金技术，2012，30（6）：432-439. [5]Xiong X，Sheng H C，Chen J，et al.Effects of sintering pressure and temperature on microstructure and tribological characteristic of Cu-based aircraft brake material.Transactions of nonferrous metals society of China，2007，17：669 -675. [6]湛永钟，张国定，曾建民，等.SiC 和石墨混杂增强铜基复合材料的高温摩擦磨损特性研究.摩擦学学报，2006，26（3）：223-227. 基金项目：湖北汽车工业学院大学生创新性实验项目基金资助。