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烧结摩擦材料

/sintered friction materials/
最后更新 2022-12-23
浏览 112
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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。

英文名称
sintered friction materials
所属学科
材料科学与工程

是摩擦式离合器和制动器中传递扭矩及制动的关键组件。它具有足够的强度、合适而稳定的摩擦系数、工作平稳可靠、耐磨及污染小等优点。

1929年美国开始铜基摩擦材料的研究,20世纪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。苏联于1941年后成功地研制了一批铜基摩擦材料,广泛应用于汽车和拖拉机上。21世纪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。日本、法国、德国形成了以铁基、铁-铜基、铜基为主的粉末冶金摩擦材料体系。

烧结摩擦材料的生产主要沿用1937年美国S.K.韦尔曼(Wellman)等人发明的钟罩炉加压烧结法(压烧法),基本工序是:钢背板加工、去油、电镀铜层(或铜、锡层)、配方料混合、压制成薄片、与钢背板组合烧结、加工沟槽及平面。新的制造工艺有喷撒工艺(主要用于制造厚度较薄的铜基摩擦材料)、冲切法、等离子喷涂法、电解沉积充填法、电阻烧结法、感应加热冲击法、气相沉积法等。

烧结摩擦材料主要由三大部分组成:基体组元、摩擦组元和润滑组元。基体组元的主要作用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。润滑组元又称减摩剂,主要起固体润滑作用,它能提高铜基摩擦材料的工作稳定性、抗擦伤性、抗咬合性、抗黏接性和耐磨性,有利于降低对偶材料的磨损,并使摩擦副工作平稳。通常使用的润滑组元有低熔点金属(如铅、锡、铋等)、固体润滑剂(如石墨、二硫化钼、云母、硫化锑、二硫化钨和硫化铜),以及金属(铁、镍及钴)的磷化物、氮化硼、某些氧化物、硫酸钡、硫酸亚铁等。摩擦组元是调解相互力学作用大小的组元,能切削转移到对偶面上的堆积物和氧化物,保持对偶表面的清洁,提高摩擦系数,主要有二氧化硅、三氧化二铝、碳化钛、碳化硅等氧化物或碳化物。

烧结摩擦材料包括铜基摩擦材料、铁基摩擦材料和半金属刹车材料等。

①铜基摩擦材料,其基本组元是铜及其合金。为提高耐热性和改善摩擦性能,常添加锡、铝、锌、镍、铁、锑、钛、钨、钼等合金元素来强化铜基体,提高强度、硬度和耐蚀性,降低磨损。铜基摩擦材料的干摩擦系数为0.25~0.40,允许的表面瞬时温度为600℃,不易与对偶件黏结,接触较平稳,多用于轻负荷和中等负荷的部件,如船用齿轮箱,汽车、拖拉机、机床等的干式和湿式离合器或干式制动器。

②铁基摩擦材料,其基本组元是铁及铁合金。铁的熔点高,强度大,但易黏附对偶材料。加入铜、锰、铝、钼、铬等合金元素,可降低铁的塑性,提高强度和硬度,防止黏附,增加耐磨性和耐热性,减小制动时的振动等。铁基摩擦材料的干摩擦系数为0.35~0.50,在摩擦表面温度达700~800℃时仍能正常工作,强度高,使用应力大,耐磨性好,多用于高速、重负荷的制动装置中,如飞机、载重汽车、内燃机车、工程机械等的制动装置中。

③半金属刹车材料,以金属纤维(钢纤维、铜纤维等)代替石棉纤维,以树脂或其改性物作为黏结剂,加入各种摩擦性能调节剂,通过热压制备的。它与烧结金属陶瓷摩擦材料不同之处是铁和石墨等组分要和有机树脂混合并进行固化而黏结在一起。一般成分为黏结剂(酚醛系列树脂)占5%~15%,铁、铜及其合金的纤维和粉末占40%~70%,石墨等减摩剂占10%~20%,其余为橡胶粉、腰果油等增摩剂及一些调整性能的填料。特点:摩擦系数在400℃以下稳定,热衰退率小,热稳定性好;耐磨性好;摩擦接触面上比压升高时,摩擦系数变化小,较高负荷下有良好的摩擦性能;优良的能量吸收性能可使制动器和离合器尺寸缩小,制动噪声小,导热性能好,对环境污染小。

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