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铜基摩擦片的制备方法主要有机械合金化法、粉末冶 金法、内氧化法和原位反应法

铜基摩擦片的制备方法主要有机械合金化法、粉末冶 金法、内氧化法和原位反应法

作者:
摩擦片
来源:
摩擦片产品网
发布时间:
2022/02/08
【摘要】:
目前,纳米颗粒增强铜基摩擦片的制备方法主要有机械合金化法、粉末冶 金法、内氧化法和原位反应法。

制备方法

目前,纳米颗粒增强铜基摩擦片的制备方法主要有机械合金化法、粉末冶 金法、内氧化法和原位反应法。
①机械合金化法

机械合金化法是将不同的金属粉末和纳米颗粒增强相在高能球磨机中球磨, 粉末经磨球的碰撞、挤压、变形、断裂、焊合,最后使原料达到紧密结合的状态, 同时将增强相嵌入金属颗粒中。机械合金化法是一种制备纳米颗粒增强铜基复合 材料的有效方法,既可控制基体的成分和含量,又可控制增强颗粒的分散度。机 械合金法具有产量高、工艺简单易行等特点;缺点是耗能大、增强体粒度不够细、 粒径分布宽,杂质易混入等[浏。
通过机械合金化工艺制备的Cu/n-Al2O3> Cu/n-ZrCh摩擦片既保持了纯铜和 铜合金的高导热、高导电性能,又使摩擦片的强度得到了大幅度的提高。张瑾 瑾等[州采用机械合金化方法研究的纳米siC Iwt%的铜基摩擦片,抗拉强度为 391MPa, HV148.2,综合性能较优。D.Y. Ying等⑼]采用机械球磨Cu-Al和CuO粉 的方式,可在铜基体中获得直径低于200nm的AI2O3颗粒。
②粉末冶金法

粉末冶金法是按一定比例将金属粉末和纳米增强颗粒混合均匀、压制成型后 进行烧结。对纳米相增强铜基摩擦片而言,粉末冶金法工艺成熟、材料性能较 好且该工艺制得的产品具有界面反应少、增强相的含量可根据需要进行调节(颗 粒含量可达50%以上)、增强相分布均匀、组织细密、可以进行机加工等优点〔a】。 但此法工艺较复杂,成本高,效率低。

高晶等摩]釆用粉末冶金法制备的纳米ZrO2增强铜基摩擦片,当纳米ZrO2 含量为7%、压制压力为600MPa时,n-ZrO2/ Cu摩擦片具有最佳的综合物理力 学性能,抗拉强度达到395MPa;增强颗粒均匀地分布于铜基体内,可有效地阻碍 位错运动和晶界滑移,提高纳米摩擦片的强度和耐热性。并在高导电率的条件 下,铜基摩擦片的强度和硬度明显提高。吴玉程等用粉末冶金法制备的Cu/AIN 和CU/AI2O3两种摩擦片,其软化温度均达到700°C ,远高于纯铜的软化温度 (150°C),提高了材料的热稳定性。雷秀娟等日3]利用粉末冶金法制备的含2%〜5%体积分数纳米A12O3的A12O3/Cu纳米摩擦片,强度增加17%~36%0
③内氧化法

内氧化法是使Cu-X合金雾化粉末在高温氧化气氛中发生内氧化,使X合金 元素转化为氧化物,然后在高温氢气气氛中将氧化的铜还原出来形成铜与X氧化 物的混合体,最后在一定压力下烧结成型,该工艺简单、成本低、有利于规模生 产。但是,内氧化法制备的颗粒增强Cu基摩擦片中,由于滞留在内部的氧化剂 难以完全消除,容易造成裂纹、空洞、夹杂等组织缺陷,因而对摩擦片的性能 产生一定的影响。目前研究最多的是Cu-Al系的内氧化,也有报道Cu-Si合金的内 氧化。

采用内氧化法制备的AIN/Cu摩擦片,由于改善了摩擦片的致密化程度和 增强粒子/基体之间的界面结合强度,使材料的耐磨性明显提高'I。于艳梅等[9句通 过在低真空下内氧化制备A12O3/Cu纳米摩擦片,析出AI2O3粒子平均半径为 20nm左右,摩擦片的软化温度为800°C,其他综合性能也非常高。李红霞等理】 以Cu2O为氧化剂,釆用Cu-Al合金粉末内氧化及后续的粉末冶金法制备的 A12O3/Cu摩擦片,获得的纳米AI2O3粒径细小(20nm-50nm),弥散分布于铜基体 中。文献[96, 97]采用内氧化法制备的A12O3/Cu摩擦片,反应生成的纳米AI2O3 分布在铜晶粒内部和晶界处,提高了材料的拉伸强度和屈服强度,具有良好的高 温稳定性,可用于耐磨和耐热材料。
④原位反应合成法

原位反应合成法在金属基体中加入或通入能生成第二相的合金元素或化合 物,在一定温度下在金属基体中发生原位反应,形成原位摩擦片。原位反应合 成技术基本上能克服其它工艺通常出现的一系列问题,如克服基体与增强体浸润 不良,界面反应产生脆性层,特别是增强相极难进行复合问题等;其次,在基体 中反应生成的增强相热力学稳定并具有优良的力学性能,增强相与铜基界面无杂 质污染,能显著改善材料中两相界面的结合状况,使材料具有优良的热力学稳定 性;另外,原位反应省去了增强相的预合成,简化了工艺,降低了成本;工艺上 可克服内氧化法工艺复杂、生产成本高的不足[制;因而在开发新型纳米增强铜基 摩擦片方面具有巨大的潜力。但原位合成也有诸多不足["'1001:如增强颗粒只限 于特定基体中的热力学稳定的粒子;颗粒大小、形状受形核、长大过程的热力学 控制,而且工艺性差,制备成本比现有工艺高、不适于规模化生产。

除上述几种常用的制备方法外,纳米颗粒增强铜基摩擦片的制备方法还有 大塑性变形法卩旳、真空混合铸造法、纳米复合镀法卩°句等,每种制备方法各有优、 缺点,要根据纳米增强相的类型和实际生产条件,综合考虑各种因素,选择最佳 的制备工艺方法。