喷撒摩擦片国产化配方研究.doc

项目技术总结D221配方改进研究编 制 许成法 校 对 张秋萍批 准韩建国 研制单位 杭州粉末冶金研究所 完成时间 2009年12月20日摘要：通过对现用米巴公司引进喷撒摩擦片配方D221的分析，指出该配方存在的缺点即喷撒时石墨漂浮严重，造成摩擦片表面石墨聚集废品较多（约3%）。摩擦片摩擦性能不稳定，摩擦片配方含锡较高造成摩擦片成本较高。摩擦片配方中硅酸锆需从国外进口。针对上述缺点，研制了一种新型配方0903。关键词：喷撒 摩擦片1. 前言杭州粉末冶金研究所1984年引进奥地利米巴公司喷撒生产线。喷撒法生产粉末冶金摩擦片曾荣获机械工业部科技进步二等奖，并在其后的企业发展中发挥了不可始料的作用。喷撒摩擦材料具有可干湿两用、动摩擦系数高、热负荷许用值大、热稳定性优、耐磨损性好等特点。在生产上体现出成本低（油槽模压成型，无后续机加工）、效率高（生产线网带式生产）、大批生产性能稳定、生产周期大大缩短等优势。本所可生产340以下直径的喷撒摩擦片，摩擦层厚度范围为0.21.3。喷撒法生活粉末冶金摩擦片有如下工艺优点：1.烧结摩擦材料层密度均匀；若摩擦材料层上有油槽时，油槽底部的材料密度也是均匀的，无凹口效应，组织结构无撕裂现象。2.不需要磨加工或其它机械加工，厚度即可达到精密公差，平行度好。3.钢芯板两面的摩擦材料层厚度均匀，不会因双金属效应产生翘曲。4.用模压成形法可经济地制造较窄的油槽，用覆盖法可制造较宽的油槽。5.可获得高孔隙度，从而有利于摩擦性能。6.钢芯板与摩擦材料层间可有效地进行联结，钢芯板可不需镀铜。7.烧结摩擦材料层的最小厚度为0.2，可节约材料。从引进至今喷撒摩擦片生产一直采用米巴D211配方，生产过程发现该配方存在如下一些缺点：1. 喷撒时表面石墨严重，由此造成产品报废约3%。2. 摩擦片摩擦磨损性能不稳定。3. 配方中含锡较高，造成摩擦片成本较高。4. 摩擦片中的硅酸锆要求较高，一直从国外进口。针对上述缺点，结合喷撒摩擦片工艺及性能要求，重新设计配方，通过工艺试验和性能测试，对配方进行了调整，最终研制出一种新型喷撒摩擦片国产化配方。2. 试验方法2.1试验用原材料技术条件见表1 材料名称技术条件铜粉锡粉锌粉铅粉铁粉石墨硅酸锆长石粉粒度（目）-200-200-200-200-100-100-150-100纯度（%）9999999998.599ZrO含量5598粉末种类电解雾化雾化还原片状天然南非产钾长石予扩散铜锡合金粉Bro-S10-1人造颗粒2.2喷撒试验工艺流程配料 混料 喷撒予烧结 压槽 精整按试验方案配方进行配料，混料在V型混料机混合1小时。喷撒予烧结在喷撒网带炉里进行，予烧带温度650-700，烧结段温度810-830，予冷段温度800-810。粘结层粉重40.5g，摩擦层粉重251g。网带速度850-1000转/分钟。2.3 性能检测 喷撒予烧结摩擦片摩擦层与钢芯板粘接强度检测是用铲削方法进行判别，经铲削后摩擦片钢芯板表面须粘有一层摩擦层颗粒；铲削下来的摩擦层呈卷状。摩擦性能检测在湿式摩擦片试验台上按JB/T7909湿式烧结金属摩擦材料摩擦性能试验台试验方法进行，摩擦层硬度检测按GB10425-89烧结金属摩擦材料表观硬度的测定进行，钢球直径2.5mm,负荷306N,负荷保持时间30秒。3. 试验结果分析3.1配方设计 喷撒摩擦片配方设计与普通压烧摩擦片相比，有一定特点。首先考虑的是混合粉流动性，流动性不好直接影响撒粉均匀性和摩擦片最终的平行度。其次，混合粉松装烧结工艺性。第三，解决撒粉时石墨漂浮和压制时石墨聚集造成的废品。第四，也是最重要的一点，保证摩擦片摩擦磨损性能，与原D221配方摩擦片相比有一定的提高。摩擦片成本相当或有一定的降低。根据上述对喷撒摩擦片配方特点的分析，结合喷撒摩擦片材料的工况条件和性能技术指标，确定材料配方的基本思路分析如下。1）材料必须有高的基体强度，以满足其高耐磨损性能、承受高的比压和抗冲击载荷能力的要求。决定采用锡、锌、铝、锰等合金组元对铜基体进行强化。2）材料只能含有较低含量的非金属组元，以保证其有足够的的塑性，满足压槽工艺和精整的要求。3）为改善摩擦片外观质量，减少撒粉时石墨漂浮和压槽时石墨聚集造成的废品。配方设计时减少石墨含量。材料在大量减少石墨、氧化物等非金属组元的含量后，其摩擦磨损性能将会有较大损失。为满足其高的摩擦磨损性能要求，只有一条途径：提高材料的气孔率，利用边界摩擦，提高材料的摩擦系数。4）高的气孔率使材料具有能进行内部油微循环的连通孔隙，它可以把材料在摩擦过程中产生的热迅速热带走，有效抑制界面温升，提高材料的能量负荷和功率负荷。但高的气孔率会使材料的基体强度下降，可能导致磨损的增加；另一方面，高的气孔率有利于摩擦界面油模的形成，可以使材料处于边界摩擦，避免半干摩擦，减少材料的磨损。因此需对材料的气孔率进行重点试验，选择一个合适的气孔率（或密度）范围。3.2配方组成1） 基体组元基体采用铜合金基体。为使其在高气孔率条件下具有高的耐磨损性能和抗冲击载荷能力，决定采用锡、锌强化的黄铜基体作为一种基体，加6-8%的锌，3-6%锡。铜含量取余量。2） 润滑组元润滑组元采用是常用的最常用的石墨和铅。石墨具有最好的抗粘滑的性能，使摩擦系数稳定，降低磨损。D221配方在米巴公司采用的斯里兰卡产隐晶质石墨，由火山作用所产生的，其反应式为CH4+OC+H2O，这种石墨为颗粒状，流动性很好，特别适合喷撒摩擦片生产。但很难买到。我所现用D221配方采用天然鳞片石墨。流动性不好，喷撒时石墨易发生漂浮。因此研制配方石墨采用人造颗粒石墨。克服由鳞片石墨造成的摩擦片的相关缺陷。3） 摩擦组元D221配方喷撒摩擦片摩擦组元采用硅酸锆。据米巴公司资料介绍，硅酸锆具有适中的硬度，是用于湿式铜基摩擦材时综合性能最好的摩擦组元。但硅酸锆资源缺乏，成本较高，一直从南非进口。根据我单位多年研制和生产铜基摩擦片试验结果和经验，长石是较理想的摩擦组元。研制配方采用长石粉和还原铁粉作为摩擦组元。根据上述配方设计思路，确定如下试验配方表2试样编号电解铜粉Bro-S10-1Fe-100锌粉锡粉天然鳞片石墨粉人造石墨粉-200硅酸锆Pb长石粉%09-0163010660604509-0206710600704609-036601007.5606.54009-0471008707403D22160-6708-1206-107-1006-93-503.3工艺试验及结果分析将上述五种配方各配20公斤，在V型混料机混和1小时。在喷撒网带炉上进行撒粉试验。在压力机上进行压槽。试验结果见表3 试验 结果试验编号表面石墨漂浮情况粘结强度粉层强度压槽摩擦片外观09-01轻微牢固较高槽型光滑平整09-02轻微牢固较高槽型光滑平整09-03轻微牢固较高槽型光滑平整09-04轻微牢固较高槽型光滑平整D221较重牢固粉层较松散，槽型光滑平整在喷撒工艺试验时，09-01和09-02和其他几个样品相比，喷撒摩擦片第二面，第一面被网带压出很多深度为0.3-0.5mm的凹坑。作者经分析认为09-01、09-02和其他样品相比，合金元素含量高，在喷撒予烧温度810-830下强度低，摩擦片自重作用使摩擦片被网带压出较明显的凹坑。这些凹坑在压槽后可以消除，但凹坑位置颜色较深，影响摩擦片的外观质量。解决此问题可采取降低喷撒予烧结温度或减少合金元素含量两种途径。09-03样品凹坑较少就是减少合金元素这种解决途径的体现。09-04由于不含铁，成本较高。3.4台架试验3.4.1 试验设备性能检测在HF-85WT湿式摩擦材料试验台上进行。该试验台的组成结构如图1所示，主要包括主电机、增速箱、起动式离合器箱、惯性轮组、制动式离合器箱以及速度、压力、扭矩、温度、流量等测量装置和传感器。其基本参数如下：主电机功率主轴转速最大轴向力基本轴系惯量飞轮惯量四只测量扭矩进口油温冷却油流量通过改变转速、压力、飞轮惯量等参数可以模拟实际工况，测量湿式摩擦材料的性能。1-主电机 2-增速箱 3-集流环 4-起动油缸工作压力传感器 5-起动式离合器箱 6-润滑油（进口）温度传感器 7-起动式润滑油流量传感器 8-集流环测量起动式离合器接合扭矩 9-主油箱 10-惯性轮组 11-静摩擦系数测量装置 12-制动润滑油流量传感器 13-润滑油（进口）温度传感器 14-制动式离合器箱 15-制动油缸工作压力传感器 16-电气控制柜 17-测量对偶片中心温度传感器 18-制动扭矩测量装置 19-润滑油（出口）温度传感器 20-仪表台 21-润滑油油箱 22-微机台 23-制动离合器输入端测速装置 24-润滑油油箱 25-操作台 26-润滑油（出口）温度传感器 27-起动离合器输入端测速装置图 1 HF-85WT湿式摩擦材料验台3.4.2台架试验及分析按表2确定的配方制备摩擦磨损性能试验样品，在HF-85WT湿式摩擦磨损性能试验台上进行摩擦磨损性能检测，试验按JB/T7909湿式烧结金属摩擦材料摩擦性能试验台试验方法进行。试验条件见表4，试验结果见表5。转速（r/min）比压（MPa）接合时间（s）接合频率（次/分）给油量（cm3/min.cm2）进口处油温（）12000.81.00.13860表4 台架试验条件表5 磨损率、能量负荷许用值 试样编号检测结果接合次数09-0109-0209-0309-04D221磨损率 (10-83/J)摩擦片0.32.60.420.60.5能量负荷许 用 值Ca130001800016000表6 动、静摩擦系数试样编号检测结果接合次数09-0109-0209-0309-04D221500动0.0620.0780.0810.0680.081静0.1160.1020.1050.1200.1251000动0.0600.0780.0780.0650.070静0.1040.1100.1130.1160.1301500动0.0580.0780.0800.0600.065静0.1200.1000.1170.1190.1262000动0.0770.077静0.1050.114台架试验结果表明0903配方性能优于D221配方，选择0903配方作为进一步批量生产试验配方。4. 批量生产试验2009年9月8日，按照新研制0903 配方进行批量生产试验。产品为FM1769，生产200片。结果有50片产品厚度尺寸低于图纸0.05-0.08mm。其余产品符合图纸要求。经分析造成厚度尺寸小原因是0903配方