作业帮铝金属的发展和现状
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：化学作业 时间：2024/04/28 22:31:02
铝金属的发展和现状
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→去油、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、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,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.
(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.
(5)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.
国内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15℃/s快速升到400℃(铜基),然后再进入慢升温加热炉(5℃/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℃,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陶瓷耐磨层,可获得陶瓷硬而耐磨与金属延展性好及耐冲击二者相结合的优点.陶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,多孔材料可以留在内部,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1840mm2,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916℃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1090℃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℃,气氛为碳氢化合物,(可用甲烷)与TiCl,其中TiCl含量不能少于0.5%(体积分数),甲烷与TiCl以1m/min的速度进行环流,到一定时间即成.
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→去油、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、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,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.
(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.
(5)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.
国内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15℃/s快速升到400℃(铜基),然后再进入慢升温加热炉(5℃/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℃,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陶瓷耐磨层,可获得陶瓷硬而耐磨与金属延展性好及耐冲击二者相结合的优点.陶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,多孔材料可以留在内部,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1840mm2,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916℃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1090℃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℃,气氛为碳氢化合物,(可用甲烷)与TiCl,其中TiCl含量不能少于0.5%(体积分数),甲烷与TiCl以1m/min的速度进行环流,到一定时间即成.