一种铁基-铁氧体材料及其制备方法与用途
阅读说明：本技术 一种铁基-铁氧体材料及其制备方法与用途 (Iron-based ferrite material and preparation method and application thereof ) 是由 林文言 于 2020-12-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种铁基-铁氧体材料及其制备方法,由铁粉和铁氧体组成；并提供了上述铁基-铁氧体材料在制备粉末冶金摩擦材料和制备汽车刹车片中的用途,同时提供了制备上述铁基-铁氧体材料刹车片的方法。本发明提供的铁基-铁氧体材料打破了铁氧体材料通常用于制备磁性材料的常规,创造性的将其与铁粉复合,制备出粉末冶金摩擦材料和汽车刹车片,不但降低了有机物对环境的危害,同时降低了空气中粉尘含量。(The invention provides an iron-based ferrite material and a preparation method thereof, wherein the iron-based ferrite material consists of iron powder and ferrite; the application of the iron-based ferrite material in preparing powder metallurgy friction materials and automobile brake pads is provided, and the method for preparing the iron-based ferrite material brake pads is also provided. The iron-based ferrite material breaks through the conventional process that the ferrite material is usually used for preparing magnetic materials, and is creatively compounded with iron powder to prepare the powder metallurgy friction material and the automobile brake pad, so that the harm of organic matters to the environment is reduced, and the dust content in the air is reduced.)
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种铁基-铁氧体材料及其制备方法与用途。
背景技术
现有汽车刹车片的摩擦材料，均为类似“酚醛树脂”类的热固性高分子材料，热粘结各种“硅化物、碳化物、氮化物、氧化物”等组合的陶瓷颗粒混合而成。虽然这类刹车片在汽车制动方面已经完全满足了使用性能要求，但是刹车制动过程可能因热氧化降解而释放苯酚、甲醛及其衍生物，在人类生存的环境中排放有毒物质。更为严重的是现在刹车片中的陶瓷物质会被磨损至成为PM 2.5的微尘排放至空气中，这些微尘与石棉一样，对人的身体健康产生极大的危害。因为这些微尘进入身体后，人体中的“微酸”、“微碱”物质，都不能改变它们性质和形态，它们会沉积在人的肺胞、血管、心脏等器官内结斑成块，使人的脏器官发生病变。这应是近期肺、气管、心脑血管疾病产生的主要原因。
同时，研发组对刹车片的摩擦材料进行替换研发，在替换过程中发现单纯氧化铁材料并不能成为刹车片的摩擦材料，其易碎、易裂，性能不能达标。基于此，研发组在氧化铁的基础上进行进一步改进，提出了采用“铁基-铁氧体”替代现有的陶瓷刹车片，不但没有了苯酚、甲醛类有毒气体的排放，也没有了陶瓷PM 2.5粉尘的排放。虽然“铁基-铁氧体”刹车片也会产生一定量的PM 2.5粉尘，但其化学成分为氧化铁，能够被人体内的弱酸、弱碱性物质改变，；另一方面由于氧化铁的比重大，不易于在空气中扩散飘浮，又因其吸水性强，微尘聚集而落地。与现有技术相比，其对于空气的污染程度会明显变好。因此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题为，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种使用安全无毒、综合性能优良的铁基-铁氧体材料及其制备方法与用途。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案。
一种铁基-铁氧体材料，由以下原料按重量百分数组成：铁粉40-60％、铁氧体余量。
所述铁粉为纯净铁粉，粒度为120目。
所述铁氧体，为锶铁氧体，粒度为40微米。
优选的，所述铁基-铁氧体材料，由以下原料按重量百分数组成：铁粉40％、铁氧体60％。
优选的，所述铁基-铁氧体材料，由以下原料按重量百分数组成：铁粉43％、铁氧体57％。
优选的，所述铁基-铁氧体材料，由以下原料按重量百分数组成：铁粉45％、铁氧体55％。
优选的，所述铁基-铁氧体材料，由以下原料按重量百分数组成：铁粉53％、铁氧体47％。
优选的，所述铁基-铁氧体材料，由以下原料按重量百分数组成：铁粉55％、铁氧体45％。
优选的，所述铁基-铁氧体材料，由以下原料按重量百分数组成：铁粉58％、铁氧体42％。
优选的，所述铁基-铁氧体材料，由以下原料按重量百分数组成：铁粉60％、铁氧体40％。
一种铁基-铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：将上述铁粉与铁氧体均匀混合，即得。
上述铁基-铁氧体材料在制备粉末冶金摩擦材料中的用途。
上述铁基-铁氧体材料在制备汽车刹车片中的用途。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将润滑剂加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料压制成压坯，然后进行烧结。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述摩擦片可按顺序与隔热层、背板复合为一体，制备成刹车片。
所述润滑剂为硬脂酸锌或聚乙烯醇水溶液；所述润滑剂的加入量为粉料质量的1-2％。
所述压制过程中，压力为4-5吨力/cm2。
所述烧结温度为1100-1130℃。
所述烧结时间为3-4h；所述烧结过程中通N2保护。
所述烧结过程中升温速率为50-100℃/h。
进一步的，所述铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，还可以包括对摩擦片的表面处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下。
(1)铁氧体材料通常被应用在磁性材料中，本发明则提供了铁基-铁氧体材料在制备粉末冶金摩擦材料和制备汽车刹车片中的用途，能够替代当前普遍使用的陶瓷材料刹车片，降低了环境中排放的有毒物质苯酚、甲醛等，及人体无法分解的陶瓷类PM2.5粉尘。
(2)铁基-铁氧体刹车片虽然在使用过程中也会产生一定粉尘，但是其化学成分主要为氧化铁粉尘，其能够被人体内的“弱酸”、“弱碱”性物质改变，对人体无危害；同时氧化铁比重大，不易在空气中扩散漂浮，且其吸水性较强，即便形成微粉也能很快落地；相比较对于空气的污染程度更轻。
(3)本发明通过将纯净铁粉分散在铁氧体中，使铁粉颗粒达到“金属粘结”，且使Fe2O3变为Fe3O4并保持其FeO·(Fe2O3)的尖晶石型晶系(或反式尖晶石结构)；而保证这一条件的关键在于铁粉与铁氧体的原料配比和烧结温度，因为所加入的Fe粉颗粒的表面积决定了生成FeO和剩余铁粉(作为基体)的量值，而烧结温度1100-1130℃决定了“Fe3O4”的结构不变。
附图说明
图1为本发明摩擦片按顺序与隔热层、背板复合为一体示意图。
图2为本发明制备摩擦片的工艺流程。其中：1-摩擦片，2-隔热层，3-背板。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1％的硬脂酸锌加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模，在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯；取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结，升温速率50-100℃/h，烧结温度1100℃，保温3h，过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料，由40％的纯净铁粉和60％的锶铁氧体组成。
实施例2。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1％的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模，在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯；取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结，升温速率50-100℃/h，烧结温度1130℃，保温4h，过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料，由43％的纯净铁粉和57％的锶铁氧体组成。
实施例3。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1％的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模，在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯；取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结，升温速率50-100℃/h，烧结温度1130℃，保温4h，过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料，由45％的纯净铁粉和55％的锶铁氧体组成。
实施例4。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1％的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模，在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯；取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结，升温速率50-100℃/h，烧结温度1130℃，保温4h，过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料，由53％的纯净铁粉和47％的锶铁氧体组成。
实施例5。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1％的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模，在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯；取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结，升温速率50-100℃/h，烧结温度1130℃，保温4h，过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料，由55％的纯净铁粉和45％的锶铁氧体组成。
实施例6。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1％的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模，在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯；取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结，升温速率50-100℃/h，烧结温度1130℃，保温4h，过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料，由58％的纯净铁粉和42％的锶铁氧体组成。
实施例7。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1％的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模，在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯；取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结，升温速率50-100℃/h，烧结温度1130℃，保温4h，过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料，由60％的纯净铁粉和40％的锶铁氧体组成。
实施例8。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1％的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模，在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯；取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结，升温速率50-100℃/h，烧结温度1130℃，保温4h，过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料，由35％的纯净铁粉和65％的锶铁氧体组成。
实施例9。
一种铁基-铁氧体摩擦片的制备方法，包括以下步骤。
(1)将铁基-铁氧体材料1％的聚乙烯醇加入到铁基-铁氧体材料中，混合均匀得粉料。
(2)将粉料装入压制成型的钢模，在4-5吨力/cm2压力下压制、脱模成压坯；取合格压坯放入连续式烧结炉中烧结，升温速率50-100℃/h，烧结温度1130℃，保温4h，过程中通入N2进行保护。
(3)烧结完毕，得铁基-铁氧体摩擦片。
所述铁基-铁氧体材料，由65％的纯净铁粉和35％的锶铁氧体组成。
实施例1-9制得的铁基-铁氧体摩擦片可按顺序与隔热层、背板复合为一体，制备成刹车片性能测试结果见表1。实施例1-7制得刹车片摩擦系数稳定，均在0.35-0.39，耐磨损符合使用要求。
表1.铁基-铁氧体刹车片性能测试结果。
摩擦系数 实施例1 0.39 实施例2 0.37 实施例3 0.38 实施例4 0.35 实施例5 0.37 实施例6 0.36 实施例7 0.35 实施例8 0.31 实施例9 0.30