烧结金属摩擦材料现状与发展动态(9)

烧结金属摩擦材料现状与发展动态

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，基本满足了国主机配套和

引进设备摩擦片的备件供应和使用要求。

2制造方法与工艺研究

2.1制造方法

目前，国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f去油、电镀铜层（或铜、锡层）；配方料混合―压

制成薄片f与钢背板烧结成一体f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、成本高等缺点。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

品性能前提下探索和寻求提高经济效益的途径。

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显著的经济效益独具优势。喷撒工艺法以工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，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)f在钢背板上喷撒上混合材料f预烧f压沟槽f终烧f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。(2) 采用松散烧结，粉末还原充分，可获得高孔隙度的摩擦衬层，对提高摩擦系数极为有利。

(3)用功能覆盖和冷压方法替代切削加工制取油槽，经济而有高效。

(4)采用精整平面取代切削加工，材料利用率高，产品厚度和平行度精度高。

⑸ 可以根据要求制取摩擦衬层极薄的摩擦片(0.2〜0.35mm,而用其它

工艺则难以达到。

已有的数据表明。喷撒工艺法较压烧法可节约铜、锡、铅等有色金属粉末约45%，节电约75%，节省工时约40%。

目前喷撒工艺法似乎主要用于制造厚度较薄的铜基摩擦材料，而用于制取铁基摩擦材料，仅见一例。

国外粉末冶金同行们还发明了20 余种制取方法，投入应用和有前途的主要有以下几种：

2.1.1 冲切法

一种工艺是先冲后烧，混好的配方粉料从料斗经溜槽进入下面有带状输送带的定量斗，自动送入压力机压实成薄片，然后冲切成所需形状，烧结后即为成品。该工艺连续加压，不需压模，粉层密度、强度均匀一致，粉层厚度调节方便；另一种是先烧后冲，即在钢带上撒粉后先松散烧结，尔后冲切成形。其缺点是钢带进炉烧结易变形，引起粉末层震动移位，造成粉层厚薄不匀。为克服这一缺点，该专利提出，在钢带背面涂上炭黑，先进入预氧化烧结炉，以15C /s快速升到400C(铜基)，然

后再进入慢升温加热炉(5 C /s)，在还原气氛中烧结，可得到均匀的摩擦衬层。

2.1.2 等离子喷涂法

该法适用于喷涂耐高温的摩擦材料。如Co、Mg、Ti、W、Cr 以及碳化物、

氧化物的混合物，保护气氛为含20%氢气和80%氩气的混合气体，喷涂

温度高达1500〜2000 C，喷涂速度500〜1000g/h，所得喷涂层硬度1000HV该法特别适用于制取电磁离合器与制动装置摩擦片。

对于需要轻的摩擦组件，往往以铝来替代钢，但铝不耐磨，在其表面喷涂一层金属瓷耐磨层，可获得瓷硬而耐磨与金属延展性好及耐冲击二者相结合的优点。瓷与金

属的重量比为85：15 到75：25，只要确保在热喷涂中金属能完全熔化（不能超过金属的气化点），就可以保证质量。

2.1.3 电解沉积充填法先在金属或石墨处理过的多孔材料上用电解沉积法形成金属骨架。多孔材料一般用凝聚纤维，如海绵、泡沫材料。金属骨架形成后，多孔材料可以留在部，也可以通过加热熔化或烧除，再用摩擦材料填充金属骨架间隙，填充的摩擦材料可以是金属，如Pb Sn等，也可用热固性树脂。金属骨架只占整个体积的10%〜30%。填充好摩擦材料后成为摩擦衬，可采用锡焊或铜焊将其焊接到钢背上，也可用环氧树脂等粘结剂粘贴到钢背上。

2.1.4 电阻烧结法将钢背板镀上一层焊料（Cu、Cu-Sn、Cu-Zn、Sn 或Ni），再将已压制成形的摩擦衬放置到钢背板预定的位置上，送入加压机，一边加压，一边输入大电流（1例为52kA另1例为4kA）,维持十几秒钟，就烧结好了。此法的优点是钢背板不受高温影响，花键与齿形部位强度不会降低。

另一专利介绍：在压模中设计有电极，装足粉后，放上经过电镀的钢背

板，然后一边加压，一边通电，电流10〜100kA（5.454A/mm2），烧结15s 即成。有1例，摩擦衬面积1840mm,摩擦衬层厚4.6mm通电流22kA, 过8s后电流升至38kA，加压5.4MPa,摩擦层相对密度达到87.8%。

2.1.5 感应加热冲击法

工序是：将摩擦材料衬的预烧结坯放入承受盘中，在保护气氛中感应加热，温度控制在916C以上，时间一般不少于5min。从感应器中取出后即行单向冲击，使摩擦层与承受盘形成键接。

2.1.6 气相沉积法一般的TiC 材料摩擦系数值很小，但用气相沉积法制取，摩擦系数就很

大，可达0.4，且耐高温，在试验台上试温，温升至1090C材料还无衰退迹象。载体用石墨而不用钢，石墨和TiC 都很轻，适用于飞机。它的制法是：把用石墨制成的的载体置入一容器中，加热温度高达1050

C,气氛为碳氢化合物，（可用甲烷）与TiCI，其中TiCI含量不能少于0.5%（体积分数）,甲烷与TiCI以1m/min的速度进行环流，到一定时间即成。

2.2工艺研究烧结金属摩擦材料的工艺研究近年取得很大的进展，申请的专利很多专利［14，15］提出了改进现行工艺的方法，建议将含有Fe、Mo元素的铜基摩擦材料的烧结冷却速度提高到100C /min，促使Fe-Mo相析出，因为Fe-Mo相的硬度大于700HV可以大大提高材料的强度。