CN103115097B - 高速列车刹车片摩擦块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速列车刹车片摩擦块及其制备方法，所述刹车片摩擦块材料按重量份比由以下原料组成：铜粉20-50、铁粉5-20、镍粉5-20、锰粉1-4、钛硅碳2-15、石墨0-8、碳化硅2-10、钨粉1-8、二氧化钛2-6、二氧化硅2-10、钛粉1-4、铝粉1-2和锡粉1-2，将所述原料按配比放入三维混料机中混匀后放入冷压模具压制，得压坯，将所述压坯固定在钢背上，并在氢气烧结炉中加压烧结，即得到刹车片摩擦块。本发明产品能避免列车在300Km/h以上速度刹车时，由于刹车温度高而引起的刹车片摩擦块强度降低导致掉块、开裂等问题。
Description
技术领域
本发明属冶金材料技术领域，涉及一种高速列车刹车片摩擦块及其制备方法，具体涉及一种在350km/h以上高速列车上使用的金属基复合材料刹车片摩擦块及其制备方法。
背景技术
高速列车刹车片对高速列车运行的安全性、可靠性有着至关重要的影响，是高速列车非常重要的零部件之一。
目前，在行车时速小于200km的列车上，国外多采用树脂基摩擦片，其使用温度一般不高于250℃，温度过高会造成摩擦片树脂基体的老化、开裂，使摩擦片磨损率急剧增加，摩擦系数也发生很大的变化。在时速高于250km高速列车制动过程中，摩擦副的温升很高，树脂基合成摩擦片已不宜采用。普遍采用的是粉末冶金法制备的金属基复合材料摩擦片，其具有导热性能好、摩擦副温升低、许用温度高等优点。粉末冶金制动材料的使用温度较高，当制动温度达到500℃时，它仍能保持较小的磨损率和较优良的摩擦特性，对制动盘的热影响较小，并能保证列车在恶劣气候条件下安全运行。粉末冶金摩擦材料由基体组元、润滑组元和摩擦组元组成。其中基体组元为铜或铁等金属材料，而润滑组元和摩擦组元则多为非金属材料。石墨因为其优良的润滑性能而被用来作为传统的润滑组元使用，但是由于石墨密度小、强度低，大量的加入会产生成分偏析和降低摩擦块的强度。尤其是近几年来，随着列车的进一步高速化，制动摩擦块需要吸收的制动能量越来越大，当列车时速380公里制动时，刹车摩擦块温度高达700℃，易出现掉块、开裂等问题。
发明内容
本发明为解决现在技术中的问题，提供一种高速列车刹车片摩擦块及其制备方法，它能避免列车在300Km/h以上速度刹车时，由于刹车温度高而引起的刹车片摩擦块强度降低导致掉块、开裂等问题。
本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明一种高速列车刹车片摩擦块，所述刹车片摩擦块材料按重量份比由以下原料组成：
铜粉20-50、铁粉5-20、镍粉5-20、锰粉1-4、钛硅碳2-15、石墨0-8、碳化硅2-10、钨粉1-8、二氧化钛2-6、二氧化硅2-10、钛粉1-4、铝粉1-2和锡粉1-2。
优选的，所述刹车片摩擦块材料按重量份比由以下原料组成：
铜粉20-40、铁粉5-12、镍粉5-12、锰粉1-2、钛硅碳2-10、石墨2-6、碳化硅3-8、钨粉2-5、二氧化钛3-6、二氧化硅3-6、钛粉1-3、铝粉1-2和锡粉1-2。
进一步优选的，所述刹车片摩擦块材料按重量份比由以下原料组成：
铜粉20、铁粉20、镍粉10、锰粉3、钛硅碳10、石墨4、碳化硅6、钨粉2、二氧化钛5、二氧化硅2、钛粉2、铝粉1.5和锡粉1.5。
上述刹车片摩擦块应用于350km/h以上的列车其优点更为突出。
所述的高速列车刹车片摩擦块的制备方法，它包括以下步骤：
将刹车片摩擦块原料粉末按配比放入三维混料机中，充分混配均匀；将混合好的粉末放入冷压模具，在100～1500MPa的压力下压制，得压坯；将所述压坯固定在钢背上，并在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为2～6Mpa，烧结温度为800℃～900℃，保温时间为1-3小时，即得到刹车片摩擦块。
优选的，所述压坯的压制压力为400～1000Mpa，更优选的为800Mpa。
所述烧结压力为4Mpa，所述烧结温度为800℃，烧结压坯的保温时间为2小时。
本发明与现有技术相比具有的显著效果为：
本发明应用了三元层状碳化物钛硅碳，钛硅碳既具有很好的导热性能、导电性能及高温塑性等，又具有高的屈服强度、高热稳定性、高温强度以及良好的抗氧化性能。且钛硅碳具有比石墨更低的摩擦系数和更好的自润滑性能。针对时速300Km/h以上高速列车提供了一种摩擦性能稳定、热强度高、抗热疲劳性能优良的高速列车刹车片；很好的解决了列车在300Km/h以上速度刹车时，由于刹车温度高而引起的刹车片摩擦块强度降低导致掉块、开裂等问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明一种高速列车刹车片摩擦块，所述刹车片摩擦块材料按重量份比由以下原料组成：铜粉20-50、铁粉5-20、镍粉5-20、锰粉1-4、钛硅碳2-15、石墨0-8、碳化硅2-10、钨粉1-8、二氧化钛2-6、二氧化硅2-10、钛粉1-4、铝粉1-2和锡粉1-2。
本发明所述的高速列车刹车片摩擦块的制备方法，包括以下步骤：
将刹车片摩擦块原料粉末按配比放入三维混料机中，充分混配均匀；将混合好的粉末放入冷压模具，在100～1500MPa的压力下压制，得压坯；将所述压坯固定在钢背上，并在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为2～6Mpa，烧结温度为800℃～900℃，保温时间为1-3小时，即得到刹车片摩擦块。
实施例1：
取铜粉40公斤、铁粉10公斤、镍粉10公斤、锰粉2公斤、钛硅碳10公斤、石墨2公斤、碳化硅6公斤、钨粉4公斤、二氧化钛3公斤、二氧化硅6公斤、钛粉2公斤、铝粉1公斤、锡粉1公斤。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料放入三维混料机中充分混配均匀；将混合好的刹车片摩擦块原材料粉末放入冷压模具，在800MPa的压力下压制，得到压坯；将该压坯固定在钢背上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为4Mpa，烧结温度为800℃，保温时间2小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦块。
实施例2：
取铜粉50公斤、铁粉15公斤、镍粉20公斤、锰粉4公斤、钛硅碳8公斤、石墨4公斤、碳化硅10公斤、钨粉6公斤、二氧化钛6公斤、二氧化硅8公斤、钛粉3公斤、铝粉1.5公斤、锡粉1.5公斤。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料放入三维混料机中充分混配均匀；将混合好的刹车片摩擦块原材料粉末放入冷压模具，在1500MPa的压力下压制，得到压坯；将该压坯固定在钢背上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为6Mpa，烧结温度为900℃，保温时间3小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦块。
实施例3：
取铜粉45公斤、铁粉10公斤、镍粉15公斤、锰粉2公斤、钛硅碳6公斤、石墨6公斤、碳化硅4公斤、钨粉2公斤、二氧化钛2公斤、二氧化硅6公斤、钛粉4公斤、铝粉1公斤、锡粉1公斤。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料放入三维混料机中充分混配均匀；将混合好的刹车片摩擦块原材料粉末放入冷压模具，在1000MPa的压力下压制，得到压坯；将该压坯固定在钢背上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为2MPa，烧结温度为850℃，保温时间1小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦块。
实施例4：
取铜粉30公斤、铁粉5公斤、镍粉10公斤、锰粉1公斤、钛硅碳15公斤、石墨1公斤、碳化硅2公斤、钨粉8公斤、二氧化钛4公斤、二氧化硅8公斤、钛粉4公斤、铝粉2公斤、锡粉2公斤。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料放入三维混料机中充分混配均匀；将混合好的刹车片摩擦块原材料粉末放入冷压模具，在600MPa的压力下压制，得到压坯；将该压坯固定在钢背上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为3MPa，烧结温度为890℃，保温时间1.5小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦块。
实施例5：
取铜粉20公斤、铁粉20公斤、镍粉10公斤、锰粉3公斤、钛硅碳10公斤、石墨4公斤、碳化硅6公斤、钨粉2公斤、二氧化钛5公斤、二氧化硅2公斤、钛粉2公斤、铝粉1.5公斤、锡粉1.5公斤。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料放入三维混料机中充分混配均匀；将混合好的刹车片摩擦块原材料粉末放入冷压模具，在100MPa的压力下压制，得到压坯；将该压坯固定在钢背上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为5MPa，烧结温度为860℃，保温时间1.5小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦块。
实施例6：
取铜粉25公斤、铁粉20公斤、镍粉5公斤、锰粉1公斤、钛硅碳4公斤、石墨8公斤、碳化硅4公斤、钨粉6公斤、二氧化钛4公斤、二氧化硅4公斤、钛粉2公斤、铝粉1公斤、锡粉2公斤。将按照上述配比称取的刹车块粉末原料放入三维混料机中充分混配均匀；将混合好的刹车片摩擦块原材料粉末放入冷压模具，在1200MPa的压力下压制，得到压坯；将该压坯固定在钢背上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为4MPa，烧结温度为870℃，保温时间2.5小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦块。
实施例7：
取铜粉35公斤、铁粉15公斤、镍粉5公斤、锰粉4公斤、钛硅碳2公斤、石墨8公斤、碳化硅10公斤、钨粉8公斤、二氧化钛6公斤、二氧化硅8公斤、钛粉3公斤、铝粉1公斤、锡粉1公斤。按照上述配比称取的原料放入三维混料机中充分混配均匀；将混合好的刹车片摩擦块原材料粉末放入冷压模具，在400MPa的压力下压制得到压坯；将该压坯固定在钢背上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为3MPa，烧结温度为890℃，保温时间2小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦块。
本发明应用了三元层状碳化物钛硅碳，钛硅碳既具有很好的导热性能、导电性能及高温塑性等，又具有高的屈服强度、高热稳定性、高温强度以及良好的抗氧化性能。且钛硅碳具有比石墨更低的摩擦系数和更好的自润滑性能。针对时速300Km/h以上高速列车提供了一种摩擦性能稳定、热强度高、抗热疲劳性能优良的高速列车刹车片；很好的解决了列车在300Km/h以上速度刹车时，由于刹车温度高而引起的刹车片摩擦块强度降低导致掉块、开裂等问题。
Claims (9)
1.一种高速列车刹车片摩擦块，其特征是，所述刹车片摩擦块材料按重量份比由以下原料组成：
铜粉20-50、铁粉5-20、镍粉5-20、锰粉1-4、钛硅碳2-15、石墨0-8、碳化硅2-10、钨粉1-8、二氧化钛2-6、二氧化硅2-10、钛粉1-4、铝粉1-2和锡粉1-2。
2.如权利要求1所述的高速列车刹车片摩擦块，其特征是，所述刹车片摩擦块材料按重量份比由以下原料组成：
铜粉20-40、铁粉5-12、镍粉5-12、锰粉1-2、钛硅碳2-10、石墨2-6、碳化硅3-8、钨粉2-5、二氧化钛3-6、二氧化硅3-6、钛粉1-3、铝粉1-2和锡粉1-2。
3.如权利要求1所述的高速列车刹车片摩擦块，其特征是，所述刹车片摩擦块适用于350km/h以上的列车。
4.如权利要求1所述的高速列车刹车片摩擦块的制备方法，其特征是它包括以下步骤：
将刹车片摩擦块原料粉末按配比放入三维混料机中，充分混配均匀；将混合好的粉末放入冷压模具，在100～1500MPa的压力下压制，得压坯；将所述压坯固定在钢背上，并在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为2～6Mpa，烧结温度为800℃～900℃，保温时间为1-3小时，即得到刹车片摩擦块。
5.如权利要求4所述的高速列车刹车片摩擦块的制备方法，其特征是，
所述压坯的压制压力为400～1000Mpa。
6.如权利要求5所述的高速列车刹车片摩擦块的制备方法，其特征是，
所述压坯的压制压力为800Mpa。
7.如权利要求4所述的高速列车刹车片摩擦块的制备方法，其特征是
所述烧结压力为4Mpa。
8.如权利要求4所述的高速列车刹车片摩擦块的制备方法，其特征是
所述烧结温度为800℃。
9.如权利要求4所述的高速列车刹车片摩擦块的制备方法，其特征是
所述烧结压坯的保温时间为2小时。
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