CN109385586A - 一种粉末冶金摩擦材料及摩擦块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于高速列车闸片的低磨耗高稳定性的粉末冶金摩擦材料及摩擦块的制备方法，属于粉末冶金摩擦材料技术领域。粉末冶金摩擦材料的配方按重量百分比包括铜粉40‑65％、铁粉16‑35％、铬铁粉5‑15％、陶瓷纤维0.6‑6％、铬粉0.5‑3％、石墨7‑15％、二硫化钼1‑6％、聚乙烯醇0.5‑4％。制备方法包括以下步骤：步骤1按重量百分比进行配料并混合均匀，得到混合粉末；步骤2将步骤1获得的混合粉末带着摩擦块背板进行压制得到素坯；步骤3将步骤2获得的素坯通过高温烧结工艺制备成所需的摩擦材料。本发明摩擦材料制得的制动闸片在高速制动情况下具有摩擦系数高且稳定、磨损量小、服役寿命长等优点。

Description

一种粉末冶金摩擦材料及摩擦块的制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金摩擦材料领域，具体涉及一种用于高速列车闸片的低磨耗高稳定性的粉末冶金摩擦材料及摩擦块的制备方法。
背景技术
摩擦材料是利用其与对偶材质接触产生的摩擦力将运动物体的动能转化为热能的一种结构—功能复合材料，它是各类机械设备的制动器、离合器和摩擦传动装置中不可或缺的材料之一。其摩擦稳定性、耐磨性、耐热性、抗疲劳特性等决定了设备能否平稳、安全的运行。
随着人口、经济、生产要素的流动愈加频繁，对铁路运输的速度也提出了越来越高的要求。以往用于时速低于250km/h的高分子合成材料由于强度低、耐热性差、热衰退严重，已无法满足更高速度的车辆制动的要求。目前在时速>250km/h的高速动车组上采用的刹车片主要是具有较高导热、良好耐热性、高摩擦系数的铜基粉末冶金摩擦材料。这类材料的基体主要为铜并辅以少量的铁，这样可以较好的兼顾导热性以及强度方面的需求；为保证能够提供足够的啮合阻力，材料中往往还包含一定量的硬质颗粒组元，如Al2O3、SiO2、Si3N4、TiC等；另为了保证摩擦过程平稳并减小材料磨损，材料中还会加入适量的石墨、二硫化钼等润滑组元。
然而，在实践中发现，目前商用的铜基粉末冶金摩擦材料在时速>250km/h的条件下制动时磨损会发生由轻微氧化磨损向严重剥层磨损机制的转变。而造成这一转变的原因在于——由于陶瓷/石墨颗粒与铜基体的润湿性差，相界面处存在较多孔隙或裂纹等缺陷，这些缺陷在高速制动过程中剧烈的摩擦热应力以及摩擦剪应力的循环作用下发展为剥层疲劳裂纹，这些裂纹不断增殖并扩展，从而导致材料严重的磨损。由于这类磨损的发生使得材料近表面结构明显破坏，因此往往还伴随着材料摩擦系数的衰退，摩擦稳定性降低。且随着服役时间的延长，材料的强度和摩擦性能都将不断衰减，与全新状态相比摩擦系数会大幅降低、磨耗量增加，导致制动效能低下。
因此，如何对现有的铜基粉末冶金材料的配方和制备工艺进行改进以克服上述不足，是本领域亟待解决的一大重要课题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的铜基粉末冶金闸片在高速、高温条件下制动稳定性下降、磨损恶化的问题，进而提供一种摩擦性能稳定、高速条件磨耗较低的闸片材料及其制备技术。
本发明通过在现有粉末冶金闸片原料体系中引入质量百分数0.6-6％的陶瓷纤维，替代材料中原用的Al2O3、SiO2、Si3N4、TiC等颗粒状陶瓷相。由于陶瓷纤维为纤维状，具有较大的长径比，可以使得高速制动条件下的疲劳剥层裂纹发生偏转，从而能够提高材料的韧性，抑制剥层裂纹、热疲劳裂纹的萌生与扩展，克服现役铜基粉末冶金闸片高速制动条件下剥层磨损严重及制动力衰退的问题。
本发明所采用的技术方案包括：
一种粉末冶金摩擦材料，所述粉末冶金摩擦材料的配方按重量百分比包括：铜粉40-65％、铁粉16-35％、铬铁粉5-15％、陶瓷纤维0.6-6％、铬粉0.5-3％、石墨7-15％、二硫化钼1-6％、聚乙烯醇0.5-4％。
进一步地，所述陶瓷纤维包括但不限于高铝硅酸铝纤维、普通硅酸铝纤维、多晶氧化铝纤维、含ZrO2、B2O3或Cr2O2的硅酸铝纤维，SiO2―CaO―MgO系陶瓷纤维、镁橄榄石纤维或特殊的氧化物纤维。
进一步地，所述陶瓷纤维为钛酸钠/钾晶须。钛酸钠/钾晶须中所含的钛与石墨中的碳原子具有较强亲和力，均与与铜基体具有较好的润湿性，再结合钛酸钠/钾晶须的纤维特性，能够改善界面结合，减少界面缺陷，降低材料中包含的异相界面的数量，提高材料的韧性，抑制剥层裂纹。
进一步地，所述钛酸钠/钾晶须长度为20～100μm，长径比为5～10：1。
其中，若钛酸钠/钾晶须长度过短时，其对粉末冶金摩擦体的韧性、耐磨性、抗剥层裂纹等改善作用不够明显，若钛酸钠/钾晶须长度过长时，在混料和压制成坯时钛酸钠/钾晶须容易缠连，不易分散，导致粉末冶金摩擦体内部各组分的分布非常不均匀，影响粉末冶金摩擦体的性能。
进一步地，所述钛酸钠/钾晶须占所述粉末冶金摩擦材料中质量百分数为0.6～1.5％、1.5％～3％或3％～6％。
当钛酸钠/钾晶须质量百分含量为0.6～1.5％，制成的冶金粉末摩擦体在抗衰退性方面的性能明显较优。
当钛酸钠/钾晶须质量百分含量为1.5％～3％，制成的冶金粉末摩擦体在耐磨性方面的性能明显较优。
当钛酸钠/钾晶须质量百分含量为3％～6％，制成的冶金粉末摩擦体在强度、韧性方面的性能明显较优。
进一步地，所述铜粉的铜源为水雾化铜粉、电解铜粉中的一种或两种混合，水雾化铜粉、电解铜粉的粒径为1～32μm，所述铬铁粉粒径为10～300μm。
进一步地，所述石墨为人造石墨、鳞片石墨中的一种或两种混合，人造石墨、鳞片石墨的粒径为60～600μm。
铜粉、铬铁粉、石墨的粒径都较大，相比于颗粒状的材料，为纤维状更可提高材料的韧性，抑制剥层裂纹、热疲劳裂纹的萌生与扩展，克服现役铜基粉末冶金闸片高速制动条件下剥层磨损严重及制动力衰退的问题。
本发明还提供一种粉末冶金摩擦块的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：按上述任一实施方案的所述粉末冶金摩擦材料的配方进行称量配料并混合均匀，得到混合粉末；
步骤2将步骤1获得的混合粉末带着摩擦块背板进行压制得到素坯；
步骤3将步骤2获得的素坯通过高温烧结工艺制备成所需的摩擦材料。
但由于一些陶瓷纤维，特别是钛酸钠/钾晶须比重较轻，容易发生团聚及分散不均的情况。因此本发明还通过适当的混合工艺，以克服钛酸钠/钾晶须在基体中的团聚及分布问题。
因而进一步地，所述步骤1具体为：将配方中除陶瓷纤维和石墨外的组份经过高速搅拌器初步混合，再加入所述陶瓷纤维和石墨于球磨混料机中混合均匀，得到混合粉末。
进一步地，在所述球磨混料机中混合时，为保证在不破坏纤维结构的前提下使钛酸钠/钾晶须在基体中尽可能分布得更均匀，具体混料参数为：球料比为：1:3～10；磨球材质为：钢球；球磨介质为：乙醇；气氛为：Ar；球磨时间为2-4h，转速为50-200rpm。在该混料条件下，可在不破坏纤维结构的前提下使钛酸钠/钾晶须在基体中尽可能分布均匀。
进一步地，所述步骤2中压制压力为100-700MPa；所述步骤3中高温烧结工艺具体为：将烧结炉的温度控制在850-1050℃，升温速率控制在4-20℃/min，保温时间控制在0.25-2h，并施加氮氢混合气氛进行保护，氮气与氢气的流量比控制在5:1-1:1之间。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1.本发明所述刹车片相较于现役铜基粉末冶金刹车片具有更高的韧性，更好高温稳定性，更好的摩擦稳定性。尤其克服了现有闸片在高速制动条件下所存在的摩擦系数衰减、磨耗量大的问题，使得由本发明提供的粉末冶金摩擦材料制得的制动闸片在高速制动情况下具有摩擦系数高且稳定、磨损量小、服役寿命长等优点。
2.本发明采用陶瓷纤维替代了目前粉末冶金刹车片中所采用的多种陶瓷颗粒，促使疲劳裂纹在扩展中不断发生偏转，延长扩展路径，提高材料韧性；另外还显著降低了材料中包含的异相界面的数量，使得材料组成更为简单、纯净。
3.本发明使用钛酸钠/钾晶须,一方面钛酸钠/钾晶须具有高弹模、高比强度、良好的高温稳定性、高硬度等特性，非常适宜用于高铁等超高摩擦强度的工作环境，另一方面钛酸钠/钾晶须中所含的钛与石墨中的碳原子具有较强亲和力，结合钛酸钠/钾晶须的纤维特性，能够改善界面结合，减少界面缺陷，降低材料中包含的异相界面的数量，提高材料的韧性，抑制剥层裂纹。
4.本发明采用适宜的长度和长径比的钛酸钠/钾晶须，使制成的冶金粉末摩擦体具有最为优异的耐磨性能和抗剥层裂纹特性。本发明还采用球磨预混工艺，在保证不破坏纤维结构的前提下克服了钛酸钠/钾晶须由于比重轻所导致的基体中的团聚及分布不均问题。
附图说明
图1为实施例1粉末冶金摩擦材料的断口微观形貌图。
图2为实施例1中摩擦材料A在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图3为实施例3中摩擦材料B在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图4为实施例5中摩擦材料C在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图5为实施例2中摩擦材料在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图6为实施例4中摩擦材料在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图7为实施例6中摩擦材料在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图8为对比例1中摩擦材料D在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图9为对比例2中摩擦材料D在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图10为对比例3中摩擦材料D在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图11为对比例4中摩擦材料D在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图12为对比例5中摩擦材料D在300-380km/h制动时典型的摩擦曲线示意图。
图13为实施例1、3、5和对比例1中摩擦材料A-D不同制动初速度下平均摩擦系数检测结果示意图。
图14为实施例1、3、5和对比例1中摩擦材料A-D不同制动初速度下磨损率检测结果示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例1
本实施例中，低磨耗高稳定性的粉末冶金摩擦材料，包括以下重量比的组分：铜粉54％、铁粉22％、铬铁粉10％、钛酸钠晶须1％、铬粉0.5％、石墨9％、二硫化钼2.5％、聚乙烯醇1％。其中，钛酸钠晶须长度为50～80μm，长径比为6～8:1。
对上述粉料中的金属粉(铜、铁、铬)、晶须按重量百分比进行球磨混合得到混合粉末1。球料比为：1:3；磨球材质为：钢球；球磨介质为：乙醇；气氛为：Ar；球磨时间为2h，转速200rpm。再将混合好的粉末1与其余粉末按重量百分比进行配料，置于球磨混料机中混合均匀，得到混合粉末2。钛酸钠/钾钛酸钠/钾将所得混合粉末2带着摩擦块背板在600MPa压力下压制得到素坯；将素坯在980℃、升温速率8℃/min，氮氢混合气氛(气体流量比：氮气：氢气＝3:1)保护下通过烧结工艺烧结1h，随炉冷却至室温，即得到所述的摩擦材料A。
本实施例获得的摩擦材料的断口形貌如图1所示，图1中包括钛酸钠/钾晶须1，由图1可以看出，界面结合得到改善，减少了界面缺陷。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上，钛酸钾晶须的百分含量调整为1.5％。具体包括以下重量比的组分：铜粉53％、铁粉22％、铬铁粉10％、钛酸钠晶须1.5％、铬粉1％、石墨9％、二硫化钼2.5％、聚乙烯醇1％。其他操作均与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，低磨耗高稳定性的粉末冶金摩擦材料，包括以下重量比的组分：铜粉59％、铁粉18％、铬铁粉6％、钛酸钾晶须2％、铬粉1％、石墨11％、二硫化钼1％、聚乙烯醇2％。其中，钛酸钾晶须长度为80～100μm，长径比为8～10:1。
对上述粉料中的金属粉(铜、铁、铬)、晶须按重量百分比进行球磨混合得到混合粉末1。球料比为：1:7；磨球材质为：钢球；球磨介质为：乙醇；气氛为：Ar；球磨时间为3h，转速为120rpm。再将混合好的粉末1与其余粉末按重量百分比进行配料，置于球磨混料机中混合均匀，得到混合粉末2。钛酸钠/钾钛酸钠/钾将所得混合粉末2带着摩擦块背板在400MPa压力下压制得到素坯；将素坯在900℃、升温速率3℃/min，氮氢混合气氛(气体流量比：氮气：氢气＝4:1)保护下通过烧结工艺烧结1.5h，随炉冷却至室温，即得到所述的摩擦材料B。
实施例4
本实施例是在实施例3的基础上，钛酸钾晶须的百分含量调整为3％。具体包括以下重量比的组分：铜粉58％、铁粉18％、铬铁粉6％、钛酸钾晶须3％、铬粉1％、石墨11％、二硫化钼1％、聚乙烯醇2％。其他操作均与实施例3相同。
实施例5
本实施例中，低磨耗高稳定性的粉末冶金摩擦材料，包括以下重量比的组分：铜粉45％、铁粉28％、铬铁粉12％、钛酸钾晶须4.5％、铬粉1.5％、石墨7％、二硫化钼1.5％、聚乙烯醇0.5％。其中，钛酸钾晶须长度为20～50μm，长径比为5～8:1。
对上述粉料中的金属粉(铜、铁、铬)、晶须按重量百分比进行球磨混合得到混合粉末1。球料比为：1:10；磨球材质为：钢球；球磨介质为：乙醇；气氛为：Ar；球磨时间为4h，转速为60rpm。再将混合好的粉末1与其余粉末按重量百分比进行配料，置于球磨混料机中混合均匀，得到混合粉末2。钛酸钠/钾钛酸钠/钾将所得混合粉末2带着摩擦块背板在200MPa压力下压制得到素坯；将素坯在1025℃、升温速率15℃/min，氮氢混合气氛(气体流量比：氮气：氢气＝2:1)保护下通过烧结工艺烧结0.5h，随炉冷却至室温，即得到所述的摩擦材料C。
实施例6
本实施例是在实施例5的基础上，钛酸钾晶须的百分含量调整为6％。具体包括以下重量比的组分：铜粉45％、铁粉26.5％、铬铁粉12％、钛酸钾晶须6％、铬粉1.5％、石墨7％、二硫化钼1.5％、聚乙烯醇0.5％。其他操作均与实施例5相同。
对比例1
本对比例提供的铜基粉末冶金摩擦材料D，其组分与实施例3的差异在于原料中使用了氧化铝颗粒和二氧化硅颗粒而未使用钛酸钠/钾晶须。具体所包括的重量比组分为：铜粉45％、铁粉28％、铬铁粉12％、氧化铝1.5％、二氧化硅3％、铬粉1.5％、石墨7％、二硫化钼1.5％、聚乙烯醇0.5％。
将上述粉料(除石墨外)首先经过高速搅拌器初步混合，再加入石墨于球磨混料机中混合均匀，将所得混合粉末带着摩擦块背板在200MPa压力下压制得到素坯；将素坯在1025℃、升温速率15℃/min，氮氢混合气氛(气体流量比：氮气：氢气＝2:1)保护下通过烧结工艺烧结0.5h，随炉冷却至室温，即得到所述的摩擦材料D。
对比例2
本对比例是在实施例1的基础上，改为使用长度为小于20μm、长径比为1～3:1的钛酸钠晶须。其他操作均与实施例1相同。
对比例3
本对比例是在实施例1的基础上，改为使用长度为120μm以上、长径比为12～15:1的钛酸钠晶须。其他操作均与实施例1相同。
对比例4
本对比例是在实施例1的基础上，将钛酸钠晶须的百分含量调至10％，具体包括以下重量比的组分：铜粉50％、铁粉20％、铬铁粉8％、钛酸钠晶须10％、铬粉0.5％、石墨8％、二硫化钼2.5％、聚乙烯醇1％。其他操作均与实施例1相同。
对比例5
本对比例是在实施例1的基础上，将钛酸钠晶须的百分含量调至0.3％，具体包括以下重量比的组分：铜粉54％、铁粉23％、铬铁粉10％、钛酸钠晶须0.2％、铬粉0.5％、石墨8.8％、二硫化钼2.5％、聚乙烯醇1％。其他操作均与实施例1相同。
测试比较
采用TM-I型轨道列车摩擦材料惯性缩比试验台作为摩擦材料性能测试设备，对本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5及实施例6，和对比例1～5所得的摩擦材料进行紧急制动模拟试验。模拟速度分别为50、80、120、160、200、250、300、350、380km/h，制动载荷为1.27MPa，制动惯量为47kg·m2，材料表面初始温度为55℃，每个速度下进行6次停车制动试验。实施例1-6及对比例1-5的摩擦材料的典型的瞬时摩擦系数-速度曲线分别如图2-12(图2、3、4分别对应实施例1、3、5，图5、6、7对应实施例2、4、6，图8、9、10、11、12对应对比例1～5)所示。另外，对根据上述方法检测得到的各摩擦材料的平均摩擦系数和磨损率进行汇总，得到的结果分别如图13和14所示。
根据实验结果计算得出摩擦材料A-C在50-380km/h制动速度范围内均能保持较高且稳定的摩擦系数，摩擦系数稳定系数分别为96.3％、93.8％、95.1％。另外，在所有制动速度下磨损率也始终低于0.20cm3/MJ。而在同等测试条件下摩擦材料D摩擦系数稳定系数为86.4％，且当制动速度>250km/h时表现出明显衰退，与此同时磨耗也显著增加。这说明通过本发明制备的摩擦材料不仅在高速制动时摩擦系数不发生衰退，表现出高的摩擦系数稳定性，而且在50-380km/h制动速度范围内的磨耗量低，综合摩擦性能好，能满足高速列车制动需求。
根据实验结果，当钛酸钠晶须的添加量在0.6％～1.5％(实施例1～2)时，所制得的冶金粉末摩擦体在抗衰退性方面的性能较优。当钛酸钠晶须的添加量在1.5％～3％(实施例3～4)时，所制得的冶金粉末摩擦体在耐磨性方面的性能较优。当钛酸钠晶须的添加量在3％～6％(实施例5～6)时，所制得的冶金粉末摩擦体在强度、韧性方面的性能较优。而当钛酸钠/钾晶须的用量低于0.6％(见对比例5)时，所制得的冶金粉末摩擦体在抗衰退、耐疲劳剥层磨损方面的性能较差，对摩擦体的耐磨性能和抗剥层裂纹的性能改善不明显。当钛酸钠/钾晶须的用量用于过高，高于10％时(见对比例4)时，会严重压缩其他组分的含量(特别是铁铬粉和铁粉的含量)，而导致所制得的冶金粉末摩擦体在导热方面的性能不足。
此外，当使用的钛酸钠/钾晶须的长度过短或过长时(如对比例2～3)所示，所制得的冶金粉末摩擦体在抗衰退、强度方面的性能显得不足。据推测，可能是因为钛酸钠晶须长度过短时，其对粉末冶金摩擦体的韧性、耐磨性、抗剥层裂纹等改善作用不够明显；而若使用的钛酸钠/钾晶须长度过长时，在混料和压制成坯时钛酸钠/钾晶须容易搅在一起，使颗粒粉体与纤维材料分开，导致粉末冶金摩擦体内部各组分分布非常不均匀，影响粉末冶金摩擦体的性能。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述粉末冶金摩擦材料的配方按重量百分比包括：铜粉40-65％、铁粉16-35％、铬铁粉5-15％、陶瓷纤维0.6-6％、铬粉0.5-3％、石墨7-15％、二硫化钼1-6％、聚乙烯醇0.5-4％。
2.如权利要求1所述的粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述陶瓷纤维包括但不限于高铝硅酸铝纤维、普通硅酸铝纤维、多晶氧化铝纤维、含ZrO2、B2O3或Cr2O2的硅酸铝纤维，SiO2―CaO―MgO系陶瓷纤维、镁橄榄石纤维或特殊的氧化物纤维。
3.如权利要求1所述的粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述陶瓷纤维为钛酸钠/钾晶须。
4.如权利要求3所述的粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述钛酸钠/钾晶须长度为20～100μm，长径比为5～10：1。
5.如权利要求3所述的粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述钛酸钠/钾晶须占所述粉末冶金摩擦材料中质量百分数为0.6～1.5％、1.5％～3％或3％～6％。
6.如权利要求3或4或5所述的粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述铜粉的铜源为水雾化铜粉、电解铜粉中的一种或两种混合，水雾化铜粉、电解铜粉的粒径为1-32μm，所述铬铁粉粒径为10-300μm。
7.如权利要求3或4或5所述的粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述石墨为人造石墨、鳞片石墨中的一种或两种混合，人造石墨、鳞片石墨的粒径为60-600μm。
8.一种粉末冶金摩擦块的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：按权利要求1～7任一项所述的粉末冶金摩擦材料的配方进行称量配料并混合均匀，得到混合粉末；
步骤2：将步骤1获得的混合粉末带着摩擦块背板进行压制得到素坯；
步骤3：将步骤2获得的素坯通过高温烧结工艺制备成所需的摩擦材料。
9.如权利要求8所述的粉末冶金摩擦块的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：将配方中除陶瓷纤维和石墨之外的其他组份经过高速搅拌器初步混合，再加入所述陶瓷纤维和石墨于球磨混料机中混合均匀，得到混合粉末。
10.如权利要求9所述的粉末冶金摩擦块的制备方法，其特征在于，在所述球磨混料机中混合时具体混料参数为：球料比为：1:3～10；磨球材质为：钢球；球磨介质为：乙醇；气氛为：Ar；球磨时间为2-4h，转速为50-200rpm。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110056588A (zh) * 2019-03-27 2019-07-26 山东金麒麟股份有限公司 一种摩擦材料和粉末冶金闸片及制备摩擦块的方法
CN114210966A (zh) * 2021-12-10 2022-03-22 西安航空制动科技有限公司 具有高稳定摩擦系数的铜基粉末冶金摩擦材料及制备方法
CN115126808A (zh) * 2022-03-31 2022-09-30 北京科技大学 一种适合高速制动的铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法
CN117604306A (zh) * 2024-01-23 2024-02-27 内蒙古工业大学 一种碳化锆增强铜基制动材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63190127A (ja) * 1987-02-03 1988-08-05 Toyota Motor Corp 摩擦摩耗特性及び強度に優れた金属基複合材料
JPS63255333A (ja) * 1987-04-10 1988-10-21 Agency Of Ind Science & Technol 粉末冶金法によるアルミニウム合金−チタン酸カリウムウイスカ複合材料
CN104328368A (zh) * 2014-12-03 2015-02-04 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种自润滑耐磨铜基复合材料及其制备方法
CN108103348A (zh) * 2016-11-25 2018-06-01 胡威 一种可用于高速列车制动的铜基耐磨材料
CN108580877A (zh) * 2018-05-22 2018-09-28 沈阳精合数控科技开发有限公司 一种风电制动闸片及其增材制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63190127A (ja) * 1987-02-03 1988-08-05 Toyota Motor Corp 摩擦摩耗特性及び強度に優れた金属基複合材料
JPS63255333A (ja) * 1987-04-10 1988-10-21 Agency Of Ind Science & Technol 粉末冶金法によるアルミニウム合金−チタン酸カリウムウイスカ複合材料
CN104328368A (zh) * 2014-12-03 2015-02-04 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种自润滑耐磨铜基复合材料及其制备方法
CN108103348A (zh) * 2016-11-25 2018-06-01 胡威 一种可用于高速列车制动的铜基耐磨材料
CN108580877A (zh) * 2018-05-22 2018-09-28 沈阳精合数控科技开发有限公司 一种风电制动闸片及其增材制造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110056588A (zh) * 2019-03-27 2019-07-26 山东金麒麟股份有限公司 一种摩擦材料和粉末冶金闸片及制备摩擦块的方法
CN114210966A (zh) * 2021-12-10 2022-03-22 西安航空制动科技有限公司 具有高稳定摩擦系数的铜基粉末冶金摩擦材料及制备方法
CN115126808A (zh) * 2022-03-31 2022-09-30 北京科技大学 一种适合高速制动的铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法
CN117604306A (zh) * 2024-01-23 2024-02-27 内蒙古工业大学 一种碳化锆增强铜基制动材料及其制备方法
CN117604306B (zh) * 2024-01-23 2024-04-02 内蒙古工业大学 一种碳化锆增强铜基制动材料及其制备方法

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