本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體的涉及一種可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
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航空剎車材料是保證飛行器安全著陸的關(guān)鍵材料之一。在飛機(jī)著陸的過程中，剎車材料通過摩擦運(yùn)動(dòng)將飛機(jī)自身的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，并經(jīng)外部環(huán)境傳熱、制動(dòng)系統(tǒng)升溫及磨損產(chǎn)物的排出等方式將熱量傳到外部環(huán)境而發(fā)揮制動(dòng)作用。
近20年來，隨著飛行器飛行速度與載荷的迅速增加，對航空剎車材料制動(dòng)性能的要求也越來越苛刻，曾廣泛用于航空剎車材料的樹脂基石棉材料、致密金屬材料逐漸被性能更為優(yōu)良的金屬基粉末冶金材料所替代。
銅基摩擦材料具有良好的導(dǎo)熱性、耐磨性，摩擦因數(shù)高，對對偶的磨損較小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)剎車裝置中。在銅基摩擦材料中，F(xiàn)e、SiO2一般作為摩擦組元加入到材料中用以調(diào)整摩擦因數(shù)，起著摩擦、抗磨和抗粘結(jié)的作用，但是其在大的沖擊載荷下易發(fā)生脫落，使得其耐磨性能得不到有效改善，且其自潤滑性能較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料耐磨性好，減震性能優(yōu)異，耐熱、自潤滑性能好。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該復(fù)合材料的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料是由金屬基體層和塑料層組成，金屬基體層是由鐵粉和銅粉與若干圓錐狀增強(qiáng)體構(gòu)成，所述圓錐狀增強(qiáng)體的底部位于所述母體金屬鐵粉和銅粉的上表面，由表及里增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，增強(qiáng)體通過混合物顆粒預(yù)制體與母液金屬的熔滲而形成。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述混合物顆粒以重量份計(jì)，包括二硫化鉬1.5-3.5份，氮化鈦1-2份，氧化硅4-8份，碳化硅1-3份。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述塑料層的成分以重量份計(jì)，包括以下組分：石墨1-3份，聚四氟乙烯5-15份，聚丙烯纖維8-12份，尼龍66 60-70份。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述金屬基體層的制備方法包括以下步驟：
1)制備石墨模具，其內(nèi)腔形狀為錐形，圓錐角為20-60°；
2)將粒度為300-600μm的混合物顆粒與鐵粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均勻，得到混合物；
3)將步驟2)制得的混合物填充于步驟1)制得的石墨模具中，100℃下烘干，然后放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1300-1500℃下燒結(jié)30-60min，隨爐冷卻至室溫，打開模具，將成型后的預(yù)制體取出；
4)將步驟3)制得的圓錐狀的預(yù)制體放入鑄型底部，保持一定的間距，采用中頻感應(yīng)爐熔煉鐵基和銅基金屬，金屬液出爐前啟動(dòng)真空泵，通過真空吸管對鑄型型腔造成負(fù)壓氣氛，然后進(jìn)行澆注，得到金屬基體層。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟3)中，所述燒結(jié)的條件為：真空度為10-1Pa，燒結(jié)45min。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述聚丙烯纖維的直徑為2-3μm，長度為10-20μm。
一種可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將石墨、聚四氟乙烯、聚丙烯纖維和尼龍66混合攪拌均勻，得到塑料層粉料；
(2)對潔凈的金屬基體層表面進(jìn)行磷化處理，干燥后放入模壓成型模具中，并將步驟(1)制得的塑料層粉料均勻平鋪在模具內(nèi)的金屬基體層上，然后加壓至1-3MPa，以5-10℃/min的速度升溫至130-150℃，恒溫10-20min，繼續(xù)加壓至4-5MPa，以10-15℃/min的速度升溫至250-280℃，恒溫20-40min，最后加壓至8-12MPa，并以4-8℃/min的速度升溫至300-310℃，恒溫1-1.5h，最后在保壓條件下冷卻，使模具溫度降到100℃以下，脫模，得到可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明制得的復(fù)合材料塑料層與金屬基體層結(jié)合致密，從而使得制得的復(fù)合材料具有良好的減震性能；
(2)本發(fā)明將氧化硅、二硫化鉬、氮化鈦、碳化硅混合物顆粒與鐵粉混合制備成圓錐狀的增強(qiáng)體，其分散于韌性好的銅粉、鐵粉基體中，增強(qiáng)體成梯度分布，在沖擊載荷下增強(qiáng)體不易產(chǎn)生掉塊或整體剝落，有效提高了復(fù)合材料的耐磨性能，且二硫化鉬的加入，有效提高了復(fù)合材料的自潤滑性能；
(3)該復(fù)合材料的制備方法簡單，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫性能優(yōu)異，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，且對環(huán)境無害，制備成本低。
具體實(shí)施方式：
為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，不會對本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
實(shí)施例1
一種可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料是由金屬基體層和塑料層組成，金屬基體層是由鐵粉和銅粉與若干圓錐狀增強(qiáng)體構(gòu)成，所述圓錐狀增強(qiáng)體的底部位于所述母體金屬鐵粉和銅粉的上表面，由表及里增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，增強(qiáng)體通過混合物顆粒預(yù)制體與母液金屬的熔滲而形成；
所述混合物顆粒以重量份計(jì)，包括二硫化鉬1.5份，氮化鈦1份，氧化硅4份，碳化硅1份；所述塑料層的成分以重量份計(jì)，包括以下組分：石墨1份，聚四氟乙烯5份，聚丙烯纖維8份，尼龍66 60份；
其制備方法包括以下步驟：
(1)制備石墨模具，其內(nèi)腔形狀為錐形，圓錐角為30°，底部直徑為10mm；
(2)將粒度為300μm的混合物顆粒與鐵粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均勻，得到混合物；
(3)將步驟(2)制得的混合物填充于步驟1)制得的石墨模具中，100℃下烘干，然后放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在真空度10-1Pa，1300℃下燒結(jié)30min，隨爐冷卻至室溫，打開模具，將成型后的預(yù)制體取出；
(4)將步驟(3)制得的圓錐狀的預(yù)制體放入鑄型底部，保持一定的間距，采用中頻感應(yīng)爐熔煉鐵基和銅基金屬，金屬液出爐前啟動(dòng)真空泵，通過真空吸管對鑄型型腔造成負(fù)壓氣氛，然后進(jìn)行澆注，得到金屬基體層；
(5)將石墨、聚四氟乙烯、聚丙烯纖維和尼龍66混合攪拌均勻，得到塑料層粉料；
(6)對潔凈的金屬基體層表面進(jìn)行磷化處理，干燥后放入模壓成型模具中，并將步驟(5)制得的塑料層粉料均勻平鋪在模具內(nèi)的金屬基體層上，然后加壓至1MPa，以5℃/min的速度升溫至130℃，恒溫10min，繼續(xù)加壓至4MPa，以10℃/min的速度升溫至250℃，恒溫20min，最后加壓至8MPa，并以4℃/min的速度升溫至300℃，恒溫1h，最后在保壓條件下冷卻，使模具溫度降到100℃以下，脫模，得到可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料。
實(shí)施例2
一種可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料是由金屬基體層和塑料層組成，金屬基體層是由鐵粉和銅粉與若干圓錐狀增強(qiáng)體構(gòu)成，所述圓錐狀增強(qiáng)體的底部位于所述母體金屬鐵粉和銅粉的上表面，由表及里增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，增強(qiáng)體通過混合物顆粒預(yù)制體與母液金屬的熔滲而形成；
所述混合物顆粒以重量份計(jì)，包括二硫化鉬3.5份，氮化鈦2份，氧化硅8份，碳化硅3份；所述塑料層的成分以重量份計(jì)，包括以下組分：石墨3份，聚四氟乙烯15份，聚丙烯纖維12份，尼龍66 70份；
其制備方法包括以下步驟：
(1)制備石墨模具，其內(nèi)腔形狀為錐形，圓錐角為30°，底部直徑為10mm；
(2)將粒度為600μm的混合物顆粒與鐵粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均勻，得到混合物；
(3)將步驟(2)制得的混合物填充于步驟1)制得的石墨模具中，100℃下烘干，然后放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在真空度10-1Pa，1500℃下燒結(jié)60min，隨爐冷卻至室溫，打開模具，將成型后的預(yù)制體取出；
(4)將步驟(3)制得的圓錐狀的預(yù)制體放入鑄型底部，保持一定的間距，采用中頻感應(yīng)爐熔煉鐵基和銅基金屬，金屬液出爐前啟動(dòng)真空泵，通過真空吸管對鑄型型腔造成負(fù)壓氣氛，然后進(jìn)行澆注，得到金屬基體層；
(5)將石墨、聚四氟乙烯、聚丙烯纖維和尼龍66混合攪拌均勻，得到塑料層粉料；
(6)對潔凈的金屬基體層表面進(jìn)行磷化處理，干燥后放入模壓成型模具中，并將步驟(5)制得的塑料層粉料均勻平鋪在模具內(nèi)的金屬基體層上，然后加壓至3MPa，以10℃/min的速度升溫至150℃，恒溫20min，繼續(xù)加壓至5MPa，以15℃/min的速度升溫至280℃，恒溫40min，最后加壓至12MPa，并以8℃/min的速度升溫至310℃，恒溫1.5h，最后在保壓條件下冷卻，使模具溫度降到100℃以下，脫模，得到可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料。
實(shí)施例3
一種可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料是由金屬基體層和塑料層組成，金屬基體層是由鐵粉和銅粉與若干圓錐狀增強(qiáng)體構(gòu)成，所述圓錐狀增強(qiáng)體的底部位于所述母體金屬鐵粉和銅粉的上表面，由表及里增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，增強(qiáng)體通過混合物顆粒預(yù)制體與母液金屬的熔滲而形成；
所述混合物顆粒以重量份計(jì)，包括二硫化鉬2份，氮化鈦1.2份，氧化硅5份，碳化硅1.5份；所述塑料層的成分以重量份計(jì)，包括以下組分：石墨1.5份，聚四氟乙烯7份，聚丙烯纖維9份，尼龍66 62份；
其制備方法包括以下步驟：
(1)制備石墨模具，其內(nèi)腔形狀為錐形，圓錐角為45°，底部直徑為15mm；
(2)將粒度為400μm的混合物顆粒與鐵粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均勻，得到混合物；
(3)將步驟(2)制得的混合物填充于步驟1)制得的石墨模具中，100℃下烘干，然后放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在真空度10-1Pa，1350℃下燒結(jié)40min，隨爐冷卻至室溫，打開模具，將成型后的預(yù)制體取出；
(4)將步驟(3)制得的圓錐狀的預(yù)制體放入鑄型底部，保持一定的間距，采用中頻感應(yīng)爐熔煉鐵基和銅基金屬，金屬液出爐前啟動(dòng)真空泵，通過真空吸管對鑄型型腔造成負(fù)壓氣氛，然后進(jìn)行澆注，得到金屬基體層；
(5)將石墨、聚四氟乙烯、聚丙烯纖維和尼龍66混合攪拌均勻，得到塑料層粉料；
(6)對潔凈的金屬基體層表面進(jìn)行磷化處理，干燥后放入模壓成型模具中，并將步驟(5)制得的塑料層粉料均勻平鋪在模具內(nèi)的金屬基體層上，然后加壓至1.5MPa，以6℃/min的速度升溫至135℃，恒溫15min，繼續(xù)加壓至4MPa，以11℃/min的速度升溫至260℃，恒溫25min，最后加壓至9MPa，并以5℃/min的速度升溫至305℃，恒溫1.1h，最后在保壓條件下冷卻，使模具溫度降到100℃以下，脫模，得到可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料。
實(shí)施例4
一種可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料是由金屬基體層和塑料層組成，金屬基體層是由鐵粉和銅粉與若干圓錐狀增強(qiáng)體構(gòu)成，所述圓錐狀增強(qiáng)體的底部位于所述母體金屬鐵粉和銅粉的上表面，由表及里增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，增強(qiáng)體通過混合物顆粒預(yù)制體與母液金屬的熔滲而形成；
所述混合物顆粒以重量份計(jì)，包括二硫化鉬2.5份，氮化鈦1.4份，氧化硅6份，碳化硅2份；所述塑料層的成分以重量份計(jì)，包括以下組分：石墨2份，聚四氟乙烯9份，聚丙烯纖維10份，尼龍6664份；
其制備方法包括以下步驟：
(1)制備石墨模具，其內(nèi)腔形狀為錐形，圓錐角為45°，底部直徑為15mm；
(2)將粒度為500μm的混合物顆粒與鐵粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均勻，得到混合物；
(3)將步驟(2)制得的混合物填充于步驟1)制得的石墨模具中，100℃下烘干，然后放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在真空度10-1Pa，1400℃下燒結(jié)40min，隨爐冷卻至室溫，打開模具，將成型后的預(yù)制體取出；
(4)將步驟(3)制得的圓錐狀的預(yù)制體放入鑄型底部，保持一定的間距，采用中頻感應(yīng)爐熔煉鐵基和銅基金屬，金屬液出爐前啟動(dòng)真空泵，通過真空吸管對鑄型型腔造成負(fù)壓氣氛，然后進(jìn)行澆注，得到金屬基體層；
(5)將石墨、聚四氟乙烯、聚丙烯纖維和尼龍66混合攪拌均勻，得到塑料層粉料；
(6)對潔凈的金屬基體層表面進(jìn)行磷化處理，干燥后放入模壓成型模具中，并將步驟(5)制得的塑料層粉料均勻平鋪在模具內(nèi)的金屬基體層上，然后加壓至2MPa，以7℃/min的速度升溫至140℃，恒溫10min，繼續(xù)加壓至5MPa，以12℃/min的速度升溫至270℃，恒溫30min，最后加壓至10MPa，并以6℃/min的速度升溫至310℃，恒溫1.2h，最后在保壓條件下冷卻，使模具溫度降到100℃以下，脫模，得到可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料。
實(shí)施例5
一種可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料是由金屬基體層和塑料層組成，金屬基體層是由鐵粉和銅粉與若干圓錐狀增強(qiáng)體構(gòu)成，所述圓錐狀增強(qiáng)體的底部位于所述母體金屬鐵粉和銅粉的上表面，由表及里增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，增強(qiáng)體通過混合物顆粒預(yù)制體與母液金屬的熔滲而形成；
所述混合物顆粒以重量份計(jì)，包括二硫化鉬2.8份，氮化鈦1.8份，氧化硅7份，碳化硅2.5份；所述塑料層的成分以重量份計(jì)，包括以下組分：石墨2.5份，聚四氟乙烯13份，聚丙烯纖維11份，尼龍66 66份；
其制備方法包括以下步驟：
(1)制備石墨模具，其內(nèi)腔形狀為錐形，圓錐角為60°，底部直徑為20mm；
(2)將粒度為600μm的混合物顆粒與鐵粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均勻，得到混合物；
(3)將步驟(2)制得的混合物填充于步驟1)制得的石墨模具中，100℃下烘干，然后放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在真空度10-1Pa，1450℃下燒結(jié)55min，隨爐冷卻至室溫，打開模具，將成型后的預(yù)制體取出；
(4)將步驟(3)制得的圓錐狀的預(yù)制體放入鑄型底部，保持一定的間距，采用中頻感應(yīng)爐熔煉鐵基和銅基金屬，金屬液出爐前啟動(dòng)真空泵，通過真空吸管對鑄型型腔造成負(fù)壓氣氛，然后進(jìn)行澆注，得到金屬基體層；
(5)將石墨、聚四氟乙烯、聚丙烯纖維和尼龍66混合攪拌均勻，得到塑料層粉料；
(6)對潔凈的金屬基體層表面進(jìn)行磷化處理，干燥后放入模壓成型模具中，并將步驟(5)制得的塑料層粉料均勻平鋪在模具內(nèi)的金屬基體層上，然后加壓至2.5MPa，以8℃/min的速度升溫至145℃，恒溫20min，繼續(xù)加壓至4MPa，以14℃/min的速度升溫至270℃，恒溫35min，最后加壓至11MPa，并以7℃/min的速度升溫至310℃，恒溫1.4h，最后在保壓條件下冷卻，使模具溫度降到100℃以下，脫模，得到可用于剎車片的減震耐磨自潤滑復(fù)合材料。