CN109136791B - 一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法 - Google Patents

一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法，方法包括如下步骤：提供低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉；混合上述物质，得到混合物a，并对混合物a进行第一球磨；将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理，得到混合物b；提供不锈钢纤维；对不锈钢纤维进行氧化处理；混合混合物b以及经过表面处理的不锈钢纤维，得到混合物c；对混合物c进行第二球磨；将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理；对混合物d进行冷等静压，得到复合材料块材；对复合材料块材进行热压烧结，得到高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料。本发明的方法成品率高、所制备的成品力学性能好，能够实现工业化。

Description

一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法
技术领域
本发明涉及铁路运输材料领域领域，特别涉及一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法。
背景技术
摩擦材料是用于车辆和动力机械制动与传动的多元复合材料，其质量的好坏直接影响机器使用的可靠性和操作人员的生命安全。随着科学技术的发展，对动力机械和交通运输工具的速度、负荷和安全性要求越来越高，传统的石棉摩擦材料制品因制动而出现的瞬时高温，使制品表面易产生严重的热衰退，并导致材料的异常磨损，特别是石棉对健康影响的争议，使得新型耐高温无石棉摩擦材料的研究蓬勃发展。在摩擦材料应用的历史上，以石棉纤维为增强材料的石棉摩擦材料由于其主要原料石棉纤维具有耐热性好、摩擦系数高、比表面积大、易于和基体材料树脂亲和、柔软、强度较高、价廉、来源丰富等一系列优点，能满足摩擦材料的使用要求，所以自本世纪70年代、80年代，经过不断研究改善，石棉摩擦材料基本能满足当时汽车及工程机械的需要。用作制动摩擦片和离合器片的摩擦材料有着严格的性能要求。这类摩擦元件的主要功能是将动能转变成热量，然后将热量吸收或散发掉，同时通过摩擦减低摩擦材料和敲它贴合的部件之问的相对运动。为了达到这些目的，摩擦系数必须尽可能高，无论操作条件的变化如何，而且此种必要的能量转化需对接触部件的磨耗为最小的情况下来完成。摩擦材料除了要有高的摩擦系数外，还应当耐用和热稳定性好，并且应在和被贴合部件进行摩擦接触时产生很小的噪音或不产生噪音。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法，从而克服现有技术的缺点。
本发明提供了一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法，其特征在于：复合材料制备方法包括如下步骤：
提供低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉；
混合低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉，得到混合物a，并对混合物a进行第一球磨，得到经过第一球磨的混合物a；
将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理，得到混合物b；
提供不锈钢纤维；
对不锈钢纤维进行氧化处理，得到经过表面处理的不锈钢纤维；
混合混合物b以及经过表面处理的不锈钢纤维，得到混合物c；
对混合物c进行第二球磨，得到经过第二球磨的混合物c；
将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理，得到混合物d；
对混合物d进行冷等静压，得到复合材料块材；
对复合材料块材进行热压烧结，得到高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料。
优选地，上述技术方案中，在混合物a中，以重量份计，低碳铬铁粉占10-20份、金属Fe粉占10-20份、金属Ti粉占5-8份、硫化钼粉占5-8份、聚丙烯氰纤维占7-10份以及Cu粉占150-180份。
优选地，上述技术方案中，对混合物a进行第一球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为15-25h，球磨速度为1200-1700r/min，球料比为10:1-15:1。
优选地，上述技术方案中，将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为500-600℃，热处理时间为4-5h。
优选地，上述技术方案中，对不锈钢纤维进行氧化处理具体工艺为：热处理气氛为空气，热处理温度为800-900℃，热处理时间为8-10h。
优选地，上述技术方案中，在混合物c中，以重量份计，混合物b占100-150份、经过表面处理的不锈钢纤维占10-15份。
优选地，上述技术方案中，对混合物c进行第二球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为10-15h，球磨速度为900-1200r/min，球料比为5:1-10:1。
优选地，上述技术方案中，将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为700-800℃，热处理时间为6-9h。
优选地，上述技术方案中，对混合物d进行冷等静压具体工艺为：冷等静压压力为800-1000MPa，冷等静压时间为20-30min。
优选地，上述技术方案中，对复合材料块材进行热压烧结具体工艺为：烧结气压低于0.01Pa，烧结压力为30-50MPa，烧结温度为1030-1080℃，烧结时间为30-60min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：在高铁运行过程中，刹车片的效能决定了高铁运行是否能够平稳安全，目前现有技术提出了很多技术方案来提升刹车片的强度和硬度。目前现有技术已经提出了铜基(掺杂FeCr合金)刹车片，并且提出了制造这种铜基(掺杂FeCr合金)刹车片的工艺。但是目前这些工艺的缺点在于：Cu与FeCr合金以及其它掺杂组分之间“相容性”较差，粉体难以混合均匀，所制备的刹车片材料的各项力学性能难以达到理论值；合金成分单一，发明人发现，仅仅通过增加合金组分的方式难以进一步提高合金的强度。本申请针对现有技术中存在的技术问题，提出了一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法，本发明通过掺杂PAN纤维(在随后的处理中，PAN纤维将被逐步碳化，从而形成碳化纤维增强相)以及不锈钢纤维，弥补了Cu与其它金属元素以及掺杂成分“相容性”差的缺陷，大幅度提高了合金的力学性能。同时本发明的方法成品率高，能够实现工业化。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是根据本发明的实施例的高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法的方法流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1是根据本发明的实施例的高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法的方法流程图。如图所示，本发明的方法包括：
步骤101：提供低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉；
步骤102：混合低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉，得到混合物a，并对混合物a进行第一球磨，得到经过第一球磨的混合物a；
步骤103：将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理，得到混合物b；
步骤104：提供不锈钢纤维；
步骤105：对不锈钢纤维进行氧化处理，得到经过表面处理的不锈钢纤维；
步骤106：混合混合物b以及经过表面处理的不锈钢纤维，得到混合物c；
步骤107：对混合物c进行第二球磨，得到经过第二球磨的混合物c；
步骤108：将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理，得到混合物d；
步骤109：对混合物d进行冷等静压，得到复合材料块材；
步骤110：对复合材料块材进行热压烧结，得到高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料。
实施例1
复合材料制备方法包括如下步骤：提供低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉；混合低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉，得到混合物a，并对混合物a进行第一球磨，得到经过第一球磨的混合物a；将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理，得到混合物b；提供不锈钢纤维；对不锈钢纤维进行氧化处理，得到经过表面处理的不锈钢纤维；混合混合物b以及经过表面处理的不锈钢纤维，得到混合物c；对混合物c进行第二球磨，得到经过第二球磨的混合物c；将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理，得到混合物d；对混合物d进行冷等静压，得到复合材料块材；对复合材料块材进行热压烧结，得到高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料。在混合物a中，以重量份计，低碳铬铁粉占10份、金属Fe粉占10份、金属Ti粉占5份、硫化钼粉占5份、聚丙烯氰纤维占7份以及Cu粉占150份。对混合物a进行第一球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为15h，球磨速度为1200r/min，球料比为10:1。将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为500℃，热处理时间为4h。对不锈钢纤维进行氧化处理具体工艺为：热处理气氛为空气，热处理温度为800℃，热处理时间为8h。在混合物c中，以重量份计，混合物b占100份、经过表面处理的不锈钢纤维占10份。对混合物c进行第二球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为10h，球磨速度为900r/min，球料比为5:1。将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为700℃，热处理时间为6h。对混合物d进行冷等静压具体工艺为：冷等静压压力为800MPa，冷等静压时间为20min。对复合材料块材进行热压烧结具体工艺为：烧结气压低于0.01Pa，烧结压力为30MPa，烧结温度为1030℃，烧结时间为30min。
实施例2
复合材料制备方法包括如下步骤：提供低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉；混合低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉，得到混合物a，并对混合物a进行第一球磨，得到经过第一球磨的混合物a；将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理，得到混合物b；提供不锈钢纤维；对不锈钢纤维进行氧化处理，得到经过表面处理的不锈钢纤维；混合混合物b以及经过表面处理的不锈钢纤维，得到混合物c；对混合物c进行第二球磨，得到经过第二球磨的混合物c；将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理，得到混合物d；对混合物d进行冷等静压，得到复合材料块材；对复合材料块材进行热压烧结，得到高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料。在混合物a中，以重量份计，低碳铬铁粉占20份、金属Fe粉占20份、金属Ti粉占8份、硫化钼粉占8份、聚丙烯氰纤维占10份以及Cu粉占180份。对混合物a进行第一球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为25h，球磨速度为1700r/min，球料比为15:1。将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为600℃，热处理时间为5h。对不锈钢纤维进行氧化处理具体工艺为：热处理气氛为空气，热处理温度为900℃，热处理时间为10h。在混合物c中，以重量份计，混合物b占150份、经过表面处理的不锈钢纤维占15份。对混合物c进行第二球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为15h，球磨速度为1200r/min，球料比为10:1。将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为800℃，热处理时间为9h。对混合物d进行冷等静压具体工艺为：冷等静压压力为1000MPa，冷等静压时间为30min。对复合材料块材进行热压烧结具体工艺为：烧结气压低于0.01Pa，烧结压力为50MPa，烧结温度为1080℃，烧结时间为60min。
实施例3
复合材料制备方法包括如下步骤：提供低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉；混合低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉，得到混合物a，并对混合物a进行第一球磨，得到经过第一球磨的混合物a；将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理，得到混合物b；提供不锈钢纤维；对不锈钢纤维进行氧化处理，得到经过表面处理的不锈钢纤维；混合混合物b以及经过表面处理的不锈钢纤维，得到混合物c；对混合物c进行第二球磨，得到经过第二球磨的混合物c；将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理，得到混合物d；对混合物d进行冷等静压，得到复合材料块材；对复合材料块材进行热压烧结，得到高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料。在混合物a中，以重量份计，低碳铬铁粉占13份、金属Fe粉占13份、金属Ti粉占6份、硫化钼粉占6份、聚丙烯氰纤维占8份以及Cu粉占160份。对混合物a进行第一球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为18h，球磨速度为1300r/min，球料比为11:1。将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为520℃，热处理时间为4.5h。对不锈钢纤维进行氧化处理具体工艺为：热处理气氛为空气，热处理温度为820℃，热处理时间为9h。在混合物c中，以重量份计，混合物b占110份、经过表面处理的不锈钢纤维占12份。对混合物c进行第二球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为11h，球磨速度为1000r/min，球料比为6:1。将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为720℃，热处理时间为7h。对混合物d进行冷等静压具体工艺为：冷等静压压力为850MPa，冷等静压时间为25min。对复合材料块材进行热压烧结具体工艺为：烧结气压低于0.01Pa，烧结压力为35MPa，烧结温度为1040℃，烧结时间为35min。
实施例4
复合材料制备方法包括如下步骤：提供低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉；混合低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉，得到混合物a，并对混合物a进行第一球磨，得到经过第一球磨的混合物a；将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理，得到混合物b；提供不锈钢纤维；对不锈钢纤维进行氧化处理，得到经过表面处理的不锈钢纤维；混合混合物b以及经过表面处理的不锈钢纤维，得到混合物c；对混合物c进行第二球磨，得到经过第二球磨的混合物c；将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理，得到混合物d；对混合物d进行冷等静压，得到复合材料块材；对复合材料块材进行热压烧结，得到高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料。在混合物a中，以重量份计，低碳铬铁粉占15份、金属Fe粉占15份、金属Ti粉占6份、硫化钼粉占6份、聚丙烯氰纤维占8份以及Cu粉占170份。对混合物a进行第一球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为20h，球磨速度为1500r/min，球料比为12:1。将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为550℃，热处理时间为4.5h。对不锈钢纤维进行氧化处理具体工艺为：热处理气氛为空气，热处理温度为850℃，热处理时间为9h。在混合物c中，以重量份计，混合物b占130份、经过表面处理的不锈钢纤维占12份。对混合物c进行第二球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为12h，球磨速度为1100r/min，球料比为8:1。将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为750℃，热处理时间为8h。对混合物d进行冷等静压具体工艺为：冷等静压压力为900MPa，冷等静压时间为25min。对复合材料块材进行热压烧结具体工艺为：烧结气压低于0.01Pa，烧结压力为40MPa，烧结温度为1050℃，烧结时间为50min。
为了便于阅读并出于突出重点的目的，以下对比例采用简写的形式，未明确写出的步骤和参数与实施例1一致。
对比例1
不对经过第一球磨的混合物a进行第一热处理，直接将混合物a与经过表面处理的不锈钢纤维进行混合。
对比例2
不对不锈钢纤维进行氧化处理。
对比例3
不对经过第二球磨的混合物c进行第二热处理。
对比例4
在混合物a中，以重量份计，低碳铬铁粉占30份、金属Fe粉占30份、金属Ti粉占10份、硫化钼粉占10份、聚丙烯氰纤维占15份以及Cu粉占180份。
对比例5
在混合物a中，以重量份计，低碳铬铁粉占5份、金属Fe粉占5份、金属Ti粉占3份、硫化钼粉占3份、聚丙烯氰纤维占3份以及Cu粉占180份。
对比例6
对混合物a进行第一球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为35h，球磨速度为1000r/min，球料比为20:1。
对比例7
将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为800℃，热处理时间为10h。
对比例8
对不锈钢纤维进行氧化处理具体工艺为：热处理气氛为空气，热处理温度为1000℃，热处理时间为15h。
对比例9
在混合物c中，以重量份计，混合物b占200份、经过表面处理的不锈钢纤维占5份。
对比例10
对混合物c进行第二球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为25h，球磨速度为1500r/min，球料比为15:1。
对比例11
将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为900℃，热处理时间为15h。
对比例12
对混合物d进行冷等静压具体工艺为：冷等静压压力为500MPa，冷等静压时间为60min。
对比例13
对混合物d进行冷等静压具体工艺为：冷等静压压力为1100MPa，冷等静压时间为10min。
对比例14
对复合材料块材进行热压烧结具体工艺为：烧结气压低于0.01Pa，烧结压力为60MPa，烧结温度为1020℃，烧结时间为70min。
对实施例1-4，对比例1-14进行抗弯强度以及硬度测试，测试方法是本领域公知的方法，为了便于比较和说明，将测试结果根据实施例1归一化。测试结果见表1。
抗弯强度 硬度测试
实施例1 100％ 100％
实施例2 105％ 101％
实施例3 104％ 101％
实施例4 101％ 103％
对比例1 83％ 82％
对比例2 81％ 80％
对比例3 75％ 73％
对比例4 68％ 64％
对比例5 74％ 71％
对比例6 83％ 79％
对比例7 82％ 81％
对比例8 81％ 77％
对比例9 85％ 81％
对比例10 85％ 83％
对比例11 83％ 81％
对比例12 72％ 70％
对比例13 75％ 74％
对比例14 78％ 74％
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法，其特征在于：所述复合材料制备方法包括如下步骤：提供低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉；混合低碳铬铁粉、金属Fe粉、金属Ti粉、硫化钼粉、聚丙烯氰纤维以及Cu粉，得到混合物a，并对混合物a进行第一球磨，得到经过第一球磨的混合物a；将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理，得到混合物b；提供不锈钢纤维；对不锈钢纤维进行氧化处理，得到经过表面处理的不锈钢纤维；混合混合物b以及经过表面处理的不锈钢纤维，得到混合物c；对混合物c进行第二球磨，得到经过第二球磨的混合物c；将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理，得到混合物d；对混合物d进行冷等静压，得到复合材料块材；对复合材料块材进行热压烧结，得到高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料； 在混合物a中，以重量份计，低碳铬铁粉占13份、金属Fe粉占13份、金属Ti粉占6份、硫化钼粉占6份、聚丙烯氰纤维占8份以及Cu粉占160份； 对混合物a进行第一球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为18h，球磨速度为1300r/min，球料比为11:1； 将经过第一球磨的混合物a进行第一热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为520℃，热处理时间为4.5h； 对不锈钢纤维进行氧化处理具体工艺为：热处理气氛为空气，热处理温度为820℃，热处理时间为9h； 在混合物c中，以重量份计，混合物b占110份、经过表面处理的不锈钢纤维占12份； 对混合物c进行第二球磨具体工艺为：磨球材料为玛瑙，球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为11h，球磨速度为1000r/min，球料比为6:1； 将经过第二球磨的混合物c进行第二热处理具体工艺为：热处理气氛为氩气，热处理温度为720℃，热处理时间为7h。对混合物d进行冷等静压具体工艺为：冷等静压压力为850MPa，冷等静压时间为25min； 对复合材料块材进行热压烧结具体工艺为：烧结气压低于0.01Pa，烧结压力为35MPa，烧结温度为1040℃，烧结时间为35min。
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