本發明涉及粉末冶金摩擦材料技術領悟，尤其涉及一種高功率密度濕式離合器用高強度高開孔隙率粉末冶金摩擦材料。

背景技術：

1、離合器是一種機械傳統裝置，主要用于控制發動機和傳動系統之間的連接和斷開，實現起動、變速、懸停等功能，按照作用機制分為電磁離合器、磁粉離合器、摩擦式離合器和液力離合器四種，按工況又可分為干式和濕式離合器兩種。其中，濕式摩擦離合器是通過摩擦副之間粗糙峰接觸產生的機械力與由摩擦副之間潤滑油粘度導致的帶排扭矩作用共同傳遞扭矩，由于其具有高扭矩和功率輸出傳遞能力、良好的散熱性能、穩定的工作過程、較高的可靠性能二在航天、航空、航海等領域具有突出優勢。為保證離合器可靠有效運行，理想的濕式摩擦材料應具備散熱性能好、溫升低、穩定性好、抗衰減性能好、磨損小、壽命長等特征。這就要求離合器摩擦材料具有較高強度來抵抗磨損的同時，還需要有一定的孔隙來提高潤滑油在摩擦材料中滲透率，促進摩擦界面的油膜形成與連續性。

2、目前，應用于濕式離合器摩擦材料主要包含樹脂基摩擦材料、紙基摩擦材料、炭基摩擦材料和粉末冶金金屬基摩擦材料等。其中粉末冶金金屬基摩擦材料是以金屬組元為基體，添加適當摩擦組元及潤滑組元，具有機械強度高、導熱性好、耐熱性強、摩擦因數相對較高且穩定等優點，因此多被應用于具有高速高載或特殊工況的傳動需求中。

3、中國公開專利cn111022532b一種離合器摩擦片及其制備方法和離合器，該離合器摩擦材料層由以下組分組成：陶瓷纖維15～30％，碳納米管0.5～3％，酚醛樹脂10～30％，棕剛玉0.1～1％，氧化鋁2～6％，硅酸鋯1～5％，硫化銻3～6％，碳酸鈣2～18％，鎢鈷合金粉1～3％，硫酸鋇30～50％。采用的制備方法為熱壓成型。該摩擦片屬于汽車離合器用樹脂基摩擦材料，制備出的摩擦片具有耐高溫、耐磨損、低噪音及摩擦制動力矩穩定、環保等優點。

4、中國公開專利文cn113275554b一種轉轍機用銅基粉末冶金離合器摩擦片及其制造方法，包括以下制備步驟：混合原料、在鍍銅鋼芯板上冷壓成型、加壓燒結、隨爐冷卻、坯料機械加工；包含以下成分：電解銅粉、鐵粉、錫粉、錳粉、莫來石、二硫化鉬、二氧化硅、鱗片石墨、人造石墨。該材料摩擦磨損性能優異、制動性能穩定、安全系數高、綠色環保、性價比高、在高濕度(≥90％)環境和極端溫度(-40℃～+70℃)環境下具有極好的耐久性和可靠性。

5、中國公開專利cn113153927b一種航空高功率密度濕式離合器用粉末冶金摩擦材料，該摩擦材料采用體積百分數計量的組分為：銅35～55％、錫1～5％、二氧化硅4～6％、二氧化鋯4～6％，鱗片石墨20～35％、顆粒石墨5～15％，二硫化鉬1～2％。其制備過程包含以下步驟：配料、混料、壓制和燒結。所制備的摩擦材料具有良好的高功率密度脫接排服役能力，滿足航空高功率密度濕式離合器的脫接排功能。

6、從以上公開專利可知，現有的離合器摩擦片采用的是通過設計不同的材料組分來提高摩擦材料的服役性能。而上述摩擦片中樹脂基摩擦片的工作時摩擦功率密度較低；粉末冶金金屬基摩擦材料設計過程中未考慮到材料的強度與孔隙率之間的匹配，使得在濕式環境中摩擦材料儲油率及滲透率不高，油膜無法得到保證，從而影響摩擦片的可靠性與壽命。

技術實現思路

1、針對上述問題，本發明的目的在于，提供一種高功率密度濕式離合器用高強度高開孔隙率粉末冶金摩擦材料。在濕式離合器用銅基粉末冶金摩擦材料領域，首次在銅基粉末中加入纖維狀銅粉，通過設計纖維狀銅粉與電解銅粉的比例，配合合適的摩擦組元與潤滑組元，得到了硬度高，抗拉強度高，摩擦因數合適而穩定、磨損率低的濕式離合器用銅基粉末冶金摩擦材料。

2、本發明一種含纖維狀銅基粉末的高功率密度濕式離合器用粉末冶金摩擦材料，所用原料以質量百分比計包括下述組分：

3、銅粉50～75％、鋅粉3～8％、錫粉2～7％、鱗片石墨7～15％、人造石墨7～15％、二氧化硅1～2％、二氧化鋯3～6％、鍍鎳二硫化鉬1～5％；所述纖維狀銅粉包括粒徑為5～20μm的纖維狀銅粉和粒徑大于20μm且小于等于45μm的纖維狀銅粉；其中粒徑為5～20μm的銅粉占纖維狀銅粉總體積的50～70％，粒徑大于20μm且小于等于45μm的銅粉占纖維狀銅粉總體積的30～50％。粉末粒徑分布采用激光粒度分析儀統計得出。

4、作為優選方案，所述纖維狀銅粉包括：粒徑為5μm以下的銅粉:4～6vol％；粒徑為5～20μm的銅粉:50～60vol％；粒徑大于20μm且小于等于45μm：31～41vol％，粒徑大于45μm且小于等于75μm：1～3vol％。

5、作為優選方案，本發明一種含纖維狀銅基粉末的高功率密度濕式離合器用粉末冶金摩擦材料，所述銅粉中，纖維狀銅粉的含量為25～100％。

6、作為優選方案，本發明一種含纖維狀銅基粉末的高功率密度濕式離合器用粉末冶金摩擦材料，其所用原料以質量百分比計包括下述組分：

7、銅粉50～68％、鋅粉2～8％、錫粉3～6％、鱗片石墨8～13、人造石墨8～13％二氧化硅1～3％、二氧化鋯4～6％、鍍鎳二硫化鉬1～4％；所述銅粉中電解銅粉的占比為0～75％，纖維狀銅粉的占比為25～100％。

8、所述鍍鎳二硫化鉬中，鎳含量為鍍鎳二硫化鉬的15～30wt％。

9、鋅粉的粒度≤200μm、優選為50～100μm；

10、錫粉的粒度≤200μm、優選為50～100μm；

11、鱗片石墨的粒度≤300μm、優選為100～160μm；

12、人造石墨的粒度≤500μm、優選為150～300μm；

13、二氧化硅的粒度≤200μm、優選為50～100μm；

14、二氧化鋯的粒度≤200μm、優選為50～100μm；

15、鍍鎳二硫化鉬的粒度≤200μm、優選為50～100μm。作為進一步的優選方案，本發明一種含纖維狀銅基粉末的高功率密度濕式離合器用粉末冶金摩擦材料，其所用原料以質量百分比計包括下述組分：

16、銅粉55～65％、鋅粉5～7％、錫粉4～6％、鱗片石墨10％、人造石墨9～12％、二氧化硅1～2.5％、二氧化鋯5％、鍍鎳二硫化鉬1～3％；所述銅粉中電解銅粉的占比為0～75％，纖維狀銅粉的占比為25～100％。

17、作為更進一步的優選方案，本發明一種含纖維狀銅基粉末的高功率密度濕式離合器用粉末冶金摩擦材料，所述銅粉中電解銅粉的占比為25～75％，再更進一步優選為35～60％、當然45～55％的效果更佳。

18、作為最優方案之一；本發明一種含纖維狀銅基粉末的高功率密度濕式離合器用粉末冶金摩擦材料，其所用原料以質量百分比計包括下述組分：

19、銅粉60％、鋅粉6％、錫粉5％、鱗片石墨10％、人造石墨10％、二氧化硅2％、二氧化鋯5％、鍍鎳二硫化鉬2％；所述銅粉中電解銅粉的占比為50％，纖維狀銅粉的占比為50％。

20、相比于采用純電解銅粉的方案,本發明所用的粉末與摩擦材料中組元之間的結合性能好,制備出摩擦材料的物理性能和摩擦學性能好,且具有一定的開孔系率,所制備出的摩擦材料較其他方案硬度、抗壓強度高，在濕式摩擦環境下摩擦系數更為穩定，磨損率更低。

21、本發明一種含纖維狀銅基粉末的高功率密度濕式離合器用粉末冶金摩擦材料，其制備包括下述步驟：

22、(1)將上述粉末按照重量份稱取后，倒入混料機內。

23、(2)將上述混合粉末放入相應模具內，在液壓機下進行冷壓成型。

24、(3)將坯體置于熱壓燒結爐內進行燒結。

25、(4)冷卻至100℃以下取出，冷卻過程保持壓力不變。

26、進一步地，步驟(1)中，先將所有粉末進行人工混合，并在滾筒混料機中初混30分鐘，后再將混合粉末過80目篩網防止結塊。預混完畢后投入三維混料機中混料6-8小時。

27、進一步地，步驟(2)中，壓制壓力為350～650mpa、優選為390～410mp?a，保壓時間為2～8s。

28、進一步地，步驟(3)中，燒結溫度為650～870℃、優選為730～750℃，保溫時間為3～5h、優選為220～260min，燒結壓力為2～6mpa、優選為3～4mpa，燒結過程在氫氣氣氛中進行。

29、本發明一種含纖維狀銅基粉末的高功率密度濕式離合器用粉末冶金摩擦材料，其密度為4～5.25g/cm3、開空隙率為18～22％、抗拉強度為25～50mpa、硬度(hbw)為15～30、導熱系數為8～12w/(m·k)。

30、本發明首次得到了孔隙率為18～22％、抗拉強度為31～39mpa、硬度(hbw)為16.5～20.5、導熱系數為9.4～11.4w/(m·k)的產物，該產物采用mm-3000摩擦試驗機油環境下進行摩擦性能檢測時，其摩擦因數為0.097～0.13，磨損率為5.1～6.8x10-5mm3/j。

31、本發明采用mm-3000摩擦試驗機油環境下進行摩擦性能檢測時，其條件參數為摩擦速度為6000rpm，摩擦壓力為2mpa。

32、本發明的上述技術方案具有如下優點：

33、本發明的摩擦材料采用在電解銅粉中加入不同粒徑的適量纖維狀銅粉，有效電解銅粉在分散和壓制過程中容易破碎、燒結過程與基體結合性能差等問題，顯著提高了銅基粉末冶金摩擦片的基體強度；此外，纖維狀銅粉表面空隙的特征使得摩擦材料具備一定的開孔率，摩擦片儲油能力強，滲透率高。