一種高速列車制動用的摩擦材料的製作方法
2023-11-06 14:20:32
專利名稱：一種高速列車制動用的摩擦材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高速列車制動用的摩擦材料，屬於粉末冶金技術領域。
背景技術：
摩擦材料是各種機械設備的制動器、離合器和摩擦傳動裝置中不可缺少的材料之一，是利用摩擦使運動物體的動能轉化為熱能，從而使物體減速或停止運動的一種多元複合材料。自從車輛發明以來，就開始了摩擦材料的研究。近20年來，隨著運輸事業的蓬勃發展，摩擦材料發展尤為迅猛，出現了許多新型摩擦材料，並廣泛應用於各類工程機械和交通運輸工具上。21世紀科技發展的趨勢是高速、環保和節能，為適應這一新形勢發展的需要，必對摩擦材料的綜合性能提出更高的要求。摩擦材料可分為非金屬基和金屬基兩大類，傳統非金屬基摩擦材料主要是石棉摩擦材料，因其造成環境汙染和高溫穩定性不好，已逐漸被近些年來碳/碳複合材料所取代。 金屬基摩擦材料分為單體金屬和粉末冶金摩擦材料，前者主要是指鋼、鑄鐵、青銅等，粉末冶金摩擦材料則主要是指鐵基、銅基以及鐵銅基摩擦材料。單體金屬摩擦材料由於易粘結和高溫高速下摩擦因數低等缺點而被其它材料所取代，粉末冶金摩擦材料在材料配比方面具有特別的靈活性和廣泛性，且在高速、高負荷條件下表現出良好的摩擦磨損性能，因此其應用範圍較其它材料廣泛。隨著國民經濟的快速發展，鐵路客貨運輸量迅速增加，鐵路運輸的高速化已成為必然的發展趨勢。20世紀90年代初日、法、德等鐵路運輸發達國家就已開通了時速300km 以上的高速列車，而我國在「八五」期間才開通了時速160km的準高速列車，「九五」期間已研製出時速達200km的高速列車，目前已開始進行時速達350km高速列車的研究和籌建工作。列車高速化對制動摩擦材料提出了更高的要求，發達國家對列車制動摩擦材料的研製經歷了鑄鐵、合成閘片/瓦、鐵基和銅基燒結閘片/瓦階段，並已向鋁合金基複合材料及C/ C複合材料閘片/瓦階段發展，其中技術最成熟、應用最廣泛的是粉末冶金制動閘片/瓦。 合成材料和銅基粉末冶金材料有較好的性價比，但合成材料在高速時會把輪面磨得光滑如鏡，大大降低摩擦係數。而銅基粉末冶金有較好的綜合性能。粉末冶金剎車材料又稱燒結金屬剎車材料，是以金屬及其合金為基體，添加摩擦組元和潤滑組元，用粉末冶金方法製成的複合材料。粉末冶金剎車材料具有足夠的強度，合適而穩定的摩擦係數，工作平穩可靠，耐磨及汙染少等優點，是現代剎車材料家族中應用較廣泛的材料之一。採用粉末冶金技術生產閘瓦與閘片，不但在性能質量上具有突出的優點，在組分的設計、產品的多樣化上也極具靈活性。採用粉末冶金技術可以任意改變材料的組分，可以避免傳統製造工藝中的疏鬆、縮孔、材料組織的枝晶偏析及晶粒長大等鑄造缺陷，有助於提高零件的各項力學性能。用粉末冶金技術製備列車制動閘瓦和閘片已取得了很大的成功， 形成了粉末冶金鐵基、銅基、鐵-銅基為主體的粉末冶金摩擦材料體系。對材料的組成、工藝等與性能之間的關係進行了很多研究，這些研究使得粉末冶金摩擦材料的生產技術與產品性能不斷提高。銅基粉末冶金摩擦材料是以銅粉為主要成分，此外含有潤滑組元石墨和摩擦組元陶瓷顆粒以及強化銅基體的合金元素等多種組分。銅基粉末冶金摩擦材料在飛機、高速列車、汽車、船舶、工程機械等剎車裝置上的應用發展較快。用於高速列車制動的摩擦材料應滿足下列要求(1)應具有高而穩定的摩擦因數，即使受雨雪或酷熱條件的影響，摩擦因數也不降低。(2)增粘效果好，難以發生滑移。(3)抗熱裂性和耐磨性好，以延長使用壽命。(4)對車輪踏面不產生異常磨損和其它形式的損傷。(5)制動火花少，以防發生火災事故。(6)價格便宜。粉末冶金閘片/瓦由原料粉末經混和、壓制、燒結而成。它具有摩擦因數不受天氣氣候影響的優點，並且耐磨性和導熱性都好。高速列車在制動時其制動組件的體積溫度將達到500°C以上，閃點溫度甚至可達1000°C，在這種情況下，粉末冶金制動閘片/瓦仍能保持良好的摩擦性能。瑞典、加拿大等國的高速列車，大功率機車，日本的新幹線，德國ICEZ 高速列車和法國TGV-A高速列車等均使用這種閘片，且都取得了優異的制動效果。銅基粉末冶金閘片比鐵基具有更好的綜合性能。日本高速列車所採用的銅基粉末冶金閘片成分為Cu60% -70%,Sn5% -25%，另加入少量摩擦穩定劑。先將它們攪拌均勻， 後高壓成型，再與鍍銀的補強板粘合在一起進行燒結。用低合金鑄鐵、低合金鍛鋼及鋁基複合材料製備出的制動圓盤都可配用銅基、銅一鐵基粉末冶金間片。最近，日本開發了一種新的銅基粉末冶金閘片，其主要成分為銅40% -60%，鐵+鎳2% -20%，陶瓷8% -25%，石墨16% -15%，錫2% -7%。該合金以銅、鐵、鎳為基體，大大提高了耐熱溫度，增加陶瓷與石墨的添加量，可進一步提高耐磨性、耐熱性和潤滑性，可用於350km/時的列車上，其摩擦因數相當穩定。近幾年，國內也開始系統地研究鐵基、銅基、鐵銅基粉末冶金摩擦材料。例如對銅基航空剎車材料的製備工藝的系統研究，二硫化鉬對摩擦磨損性能的研究，對於應用於高速機車、飛機制動、空間對接材料方面的銅基摩擦材料及粉末冶金航空剎車副溫度場進行的研究，為製備新型的摩擦材料提供了理論基礎。列車制動摩擦材料的發展趨勢是由單一材質、低熱容量、低高溫比強度(強度/比重)、低耐熱裂、低耐熱衝擊向複合材料、高熱容量、高比強度、高耐熱裂、高耐熱衝擊方向發展。考慮列車制動摩擦材料的發展趨勢並結合我國的具體實際，從成本、製造技術水平、可靠性等多方面加以綜合，粉末冶金銅基摩擦材料是高速列車優選的制動間片材料。目前隨著國內高速列車的發展，其制動閘片材料的研究也正在逐漸起步和發展。
發明內容
本發明提出一種高速列車用的摩擦材料，應用於我國350km/h的高速列車。本發明的摩擦材料，包括如下成分Cu 50-55%, Fe 7-8%, Sn 7-8%, Ni 3-4%, Mn 2%, Cr 3_4%、C(鱗片石墨)13-16%、SiC 3-6%^P MoO3 3-6%
本發明的摩擦材料中，基體是銅合金，包括Sn、Fe、Ni、Cr、Mn合金元素。潤滑組元是石墨，並且選用潤滑性好的鱗片石墨。摩擦劑是SiC和Mo03。本發明的摩擦材料的製備方法為混粉、壓制以及加壓燒結。混粉採用V形混料機，並且為了避免偏析，加入酒精，混合時間為1-池。壓制採用粉末冶金專用液壓機成形，壓制壓力為3-5MPa。燒結採用鐘罩爐，燒結溫度為860-880°C，燒結時間為2_池，採用分解氨為保護氣氛。本發明的摩擦材料具有摩擦係數穩定，磨損率低的優點，能使高速列車的安全制動，並減小高速列車的使用和維護成本。
具體實施例方式實施例1按照如下成分Cu50%, Fe 7%, Sn 7%, Ni 3%, Mn2%, Cr 3%、C(鱗片石墨)16%、SiC 6%和MoO3 6%配製混合料。混粉採用V形混料機，並且為了避免偏析，加入酒精，混合時間為池。壓制採用粉末冶金專用液壓機成形，壓制壓力為5MPa。燒結採用鐘罩爐，燒結溫度為880°C，燒結時間為2h，採用分解氨為保護氣氛。採用MM1000摩擦磨損試驗機對上述摩擦材料進行測試，在相當於350km/h的速度下其摩擦係數為0. 37，磨損率為0. ^Cm3/MJ。實施例2按照如下成分Cu55%, Fe 8%, Sn 8%, Ni 4%, Mn 2%, Cr 4%、C(鱗片石墨)13%、SiC 3%和MoO3 3%配製混合料。混粉採用V形混料機，並且為了避免偏析，加入酒精，混合時間為lh。壓制採用粉末冶金專用液壓機成形，壓制壓力為3MPa。燒結採用鐘罩爐，燒結溫度為860°C，燒結時間為3h，採用分解氨為保護氣氛。採用MM1000摩擦磨損試驗機對上述摩擦材料進行測試，在相當於350km/h的速度下其摩擦係數為0. 35，磨損率為0. 21cm7MJ。實施例3按照如下成分Cu53%, Fe 8%, Sn 8%, Ni 4%, Mn 2%, Cr 4%、C(鱗片石墨)14%、SiC 4%和MoO3 5%配製混合料。混粉採用V形混料機，並且為了避免偏析，加入酒精，混合時間為1.證。壓制採用粉末冶金專用液壓機成形，壓制壓力為4MPa。燒結採用鐘罩爐，燒結溫度為870°C，燒結時間為2.證，採用分解氨為保護氣氛。採用MM1000摩擦磨損試驗機對上述摩擦材料進行測試，在相當於350km/h的速度下其摩擦係數為0. 36，磨損率為0. Mcm7MJ。
權利要求
1. 一種高速列車用的摩擦材料，包括如下成分Cu 50-55 Fe 7-8 %、Sn 7-8 %, Ni 3-4 %, Mn 2 %, Cr 3-4 %、C (鱗片石墨)13-16 %、SiC 3-6%和 MoO3 3—6 %。
全文摘要
本發明涉及一種摩擦材料，用於高速列車的制動閘片，包括如下成分Cu 50-55％、Fe 7-8％、Sn 7-8％、Ni 3-4％、Mn 2％、Cr 3-4％、C(鱗片石墨)13-16％、SiC 3-6％和MoO3 3-6％。本發明的摩擦材料可以通過混粉、壓制以及加壓燒結的粉末冶金技術製備。本發明的摩擦材料具有摩擦係數穩定，磨損率低的優點，能使高速列車的安全制動，並減小高速列車的使用和維護成本。
文檔編號C09K3/14GK102191014SQ20101918505
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月2日 優先權日2010年3月2日
發明者吳佩芳 申請人:吳佩芳