CN112831685A - 一种动车组刹车片摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动车组刹车片摩擦材料及其制备方法，所述刹车片摩擦材料按重量份比由以下原料组成：铜粉、铁粉、Fe3Al、碳化硅粉、石墨、铬铁粉、气相二氧化硅和二硫化钼粉，将所述原料按配比放入三维混料机中，将混匀后的粉料放入冷压模具进行压制，获得压坯，并将所述压坯固定在钢背上，压坯与钢背共同推入氢气烧结炉中加压烧结，即得到该刹车片摩擦材料。本发明摩擦材料提高了刹车片的高温强度和抗氧化性，解决了由于刹车温度高而引起的刹车片摩擦块强度降低的问题，并有效地提高了在高温时的摩擦系数稳定性。

Description

一种动车组刹车片摩擦材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金材料技术领域，尤其是一种动车组刹车片摩擦材料及其制备方法。
背景技术
近年，我国的高铁正飞速发展，对我国铁路运输部门提出了更快更高的要求，尽管电气、动力制动在高速列车制动中发挥着越来越重要的作用，但国际铁路联盟UIC仍规定：在其他制动失效的情况下，机械摩擦制动必须保证高速列车能在规定的距离内停车，以确保列车运行的安全。
闸片是高速列车制动***的关键部件，通过闸片摩擦块和制动盘盘面的摩擦将列车的动能转化为摩擦热能，实现列车减速并最终停车。而列车运行速度的提升对闸片摩擦块材料提出了更高的要求。列车的运行速度越高，制动摩擦副产生的摩擦热就越大，对闸片摩擦块材料的耐高热负荷和制动摩擦磨损性能的要求就越高，传统的树脂基摩擦材料、合成材料均已无法承受如此苛刻的工况。目前，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。但是近几年来，随着列车的进一步高速化，速度为350km/h的高速列车制动时摩擦表面上的瞬时最高温度可能超过900℃，在高温下摩擦材料易出现掉块、开裂、摩擦系数不稳定等问题。
发明内容
本发明为解决现有技术中的问题，提供一种动车组刹车片摩擦材料及其制备方法，增加了刹车片的高温强度和抗氧化性，解决了由于刹车时温度升高而引起的刹车片摩擦块强度降低的问题，并有效的提高了在高温时的摩擦系数稳定性。
本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明一种动车组刹车片摩擦块，所述刹车片摩擦块材料按重量份比由以下原料组成：
一种动车组刹车片摩擦材料，所述刹车片摩擦材料按重量份比由以下原料组成：
铜粉30～70、铁粉10～25、Fe3Al 1～25、碳化硅粉0～15、石墨4～16、铬铁粉0～10、气相二氧化硅1～5和二硫化钼粉0～6。
优选的，所述刹车片摩擦材料按重量份比由以下原料组成：
铜粉40～60、铁粉10～20、Fe3Al 5～20、碳化硅粉2～10、石墨5～12、铬铁粉2～8、气相二氧化硅1～3和二硫化钼粉1～6。
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52、铁粉10、Fe3Al 12、碳化硅粉7、石墨6、铬铁粉5、气相二氧化硅3和二硫化钼粉5。
优选的，所述动车组刹车片摩擦材料，所述气相二氧化硅平均原生粒径为1～100nm，其制备方法为化学气相沉积法。
优选的，所述动车组刹车片摩擦材料，所述Fe3Al粉末目数为40～400目。
一种制备权利要求1所述动车组刹车片摩擦材料的方法，包括以下步骤：
a.配料：使用称料设备按上述的重量份数比称取原材料；
b.混料：将上述原材料放入三维混料机内，加入石蜡，搅拌均匀，混料时长为2～4h，其中，石蜡添加量与原料总重量的比例为1ml：200g；
c.压制：将混合均匀的原材料冷压成型，得摩擦材料坯体，冷压成型压制压力为100～1500Mpa；
d.烧结：将钢背放置在冷压成型的摩擦材料坯体上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为2～6Mpa，烧结温度为800℃～1000℃，保温时间为1～3小时，得到动车组刹车片摩擦材料。
优选的，上述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，所述冷压成型的摩擦材料坯体的压制压力为100～1000Mpa。
优选的，上述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，所述冷压成型的摩擦材料坯体的的压制压力为700Mpa。
优选的，所述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，所述步骤d中的烧结压力为3Mpa。
优选的，所述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，所述步骤d中的烧结温度为850℃。
优选的，所述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，所述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Fe3Al粉和气相二氧化硅，Fe3Al金属间化合物具有超点阵晶体结构，原子间的结合既有金属键，又有共价键和离子键,这使得Fe3Al的抗氧化、硫化性，高温强度，高温蠕变性以及耐磨性都优于大部分金属材料，导热性与塑性介于合金与陶瓷之间，除此之外还具有良好的抗黏着磨损、磨粒磨损和高温下抗腐蚀磨损的性能。气相二氧化硅作为纳米增强相具有弥散强化效果可以有效提高复合材料的物理、机械和摩擦学性能。在铜基粉末冶金摩擦材料中，气相二氧化硅的加入会提高铜基复合材料的高温强度和硬度，减小了动摩擦因数的衰减，进而减小磨料磨损。本发明提供了一种刹车片摩擦材料，增加了刹车片的高温强度和抗氧化性，很好的解决了由于刹车时温度升高而引起的刹车片摩擦块强度降低的问题，并有效地提高了在高温时的摩擦系数稳定性。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
取铜粉52公斤、铁粉10公斤、Fe3Al 12公斤、碳化硅粉7公斤、石墨6公斤、铬铁粉5公斤、气相二氧化硅3公斤和二硫化钼粉5公斤。使用称料设备按上述的重量份数比称取原材料。将上述原材料放入三维混料机内，加入石蜡，搅拌均匀，混料时长为2-4h，其中，石蜡添加量与原料总重量的比例为1ml：200g。将混合均匀的原材料冷压成型，得冷压成型的摩擦材料，冷压成型压制压力为700Mpa。将钢背放置在冷压成型的摩擦材料坯体上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为3Mpa，烧结温度为850℃，保温时间2小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦材料。
实施例2：
取铜粉48公斤、铁粉11公斤、Fe3Al 16公斤、碳化硅粉7公斤、石墨6公斤、铬铁粉6公斤、气相二氧化硅2公斤和二硫化钼粉4公斤。使用称料设备按上述的重量份数比称取原材料。将上述原材料放入三维混料机内，加入石蜡，搅拌均匀，混料时长为2-4h，其中，石蜡添加量与原料总重量的比例为1ml：200g。将混合均匀的原材料冷压成型，得冷压成型的摩擦材料，冷压成型压制压力为1000Mpa。将钢背放置在冷压成型的摩擦材料坯体上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为6Mpa，烧结温度为920℃，保温时间3小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦材料。
实施例3：
取铜粉55公斤、铁粉10公斤、Fe3Al 10公斤、碳化硅粉5公斤、石墨5公斤、铬铁粉6公斤、气相二氧化硅5公斤和二硫化钼粉4公斤。使用称料设备按上述的重量份数比称取原材料。将上述原材料放入三维混料机内，加入石蜡，搅拌均匀，混料时长为2-4h，其中，石蜡添加量与原料总重量的比例为1ml：200g。将混合均匀的原材料冷压成型，得冷压成型的摩擦材料，冷压成型压制压力为900Mpa。将钢背放置在冷压成型的摩擦材料坯体上，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材料。
实施例4：
取铜粉58公斤、铁粉10公斤、Fe3Al 12公斤、碳化硅粉5公斤、石墨5公斤、铬铁粉4公斤、气相二氧化硅1公斤和二硫化钼粉5公斤。使用称料设备按上述的重量份数比称取原材料。将上述原材料放入三维混料机内，加入石蜡，搅拌均匀，混料时长为2-4h，其中，石蜡添加量与原料总重量的比例为1ml：200g。将混合均匀的原材料冷压成型，得冷压成型的摩擦材料，冷压成型压制压力为600Mpa。将钢背放置在冷压成型的摩擦材料坯体上，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材料。
实施例5：
取铜粉46公斤、铁粉14公斤、Fe3Al 15公斤、碳化硅粉8公斤、石墨7公斤、铬铁粉4公斤、气相二氧化硅3公斤和二硫化钼粉3公斤。使用称料设备按上述的重量份数比称取原材料。将上述原材料放入三维混料机内，加入石蜡，搅拌均匀，混料时长为2-4h，其中，石蜡添加量与原料总重量的比例为1ml：200g。将混合均匀的原材料冷压成型，得冷压成型的摩擦材料，冷压成型压制压力为100Mpa。将钢背放置在冷压成型的摩擦材料坯体上，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材料。
实施例6：
取铜粉42公斤、铁粉15公斤、Fe3Al 16公斤、碳化硅粉8公斤、石墨7公斤、铬铁粉4公斤、气相二氧化硅2公斤和二硫化钼粉6公斤。使用称料设备按上述的重量份数比称取原材料。将上述原材料放入三维混料机内，加入石蜡，搅拌均匀，混料时长为2-4h，其中，石蜡添加量与原料总重量的比例为1ml：200g。将混合均匀的原材料冷压成型，得冷压成型的摩擦材料，冷压成型压制压力为400Mpa。将钢背放置在冷压成型的摩擦材料坯体上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为4Mpa，烧结温度为950℃，保温时间2.5小时，即得到粉末冶金刹车片摩擦材料。
实施例7：
取铜粉52公斤、铁粉10公斤、Fe3Al 13公斤、碳化硅粉7公斤、石墨8公斤、铬铁粉5公斤、气相二氧化硅1公斤和二硫化钼粉4公斤。使用称料设备按上述的重量份数比称取原材料。将上述原材料放入三维混料机内，加入石蜡，搅拌均匀，混料时长为2-4h，其中，石蜡添加量与原料总重量的比例为1ml：200g。将混合均匀的原材料冷压成型，得冷压成型的摩擦材料，冷压成型压制压力为500Mpa。将钢背放置在冷压成型的摩擦材料坯体上，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材料。

Claims (10)

1.一种动车组刹车片摩擦材料，其特征是，所述刹车片摩擦材料按重量份比由以下原料组成：
铜粉30～70、铁粉10～25、Fe3Al 1～25、碳化硅粉0～15、石墨4～16、铬铁粉0～10、气相二氧化硅1～5和二硫化钼粉0～6。
2.如权利要求1所述的动车组刹车片摩擦材料，其特征在于，所述刹车片摩擦材料按重量份比由以下原料组成：
铜粉40～60、铁粉10～20、Fe3Al 5～20、碳化硅粉2～10、石墨5～12、铬铁粉2～8、气相二氧化硅1～3和二硫化钼粉1～6。
3.如权利要求1所述的动车组刹车片摩擦材料，其特征在于，所述气相二氧化硅平均原生粒径为1～100nm，其制备方法为化学气相沉积法。
4.如权利要求1所述的动车组刹车片摩擦材料，其特征在于，所述Fe3Al粉末目数为40～400目。
5.一种制备权利要求1所述动车组刹车片摩擦材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.配料：使用称料设备按上述的重量份数比称取原材料；
b.混料：将上述原材料放入三维混料机内，加入石蜡，搅拌均匀，混料时长为2～4h，其中，石蜡添加量与原料总重量的比例为1ml：200g；
c.压制：将混合均匀的原材料冷压成型，得摩擦材料坯体，冷压成型压制压力为100～1500Mpa；
d.烧结：将钢背放置在冷压成型的摩擦材料坯体上，在氢气烧结炉中加压烧结，烧结压力为2～6Mpa，烧结温度为800℃～1000℃，保温时间为1～3小时，得到动车组刹车片摩擦材料。
6.如权利要求5所述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，其特征是，所述冷压成型的摩擦材料坯体的压制压力为100～1000Mpa。
7.如权利要求6所述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，其特征是，所述压坯的压制压力为700Mpa。
8.如权利要求5所述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，其特征是，所述步骤d中的烧结压力为3Mpa。
9.如权利要求5所述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，其特征是，所述步骤d中的烧结温度为850℃。
10.如权利要求5所述的动车组刹车片摩擦材料的制备方法，其特征是，所述烧结压坯的保温时间为2小时。
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