專利名稱：一種高速列車制動(dòng)用的摩擦材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速列車制動(dòng)用的摩擦材料，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
摩擦材料是各種機(jī)械設(shè)備的制動(dòng)器、離合器和摩擦傳動(dòng)裝置中不可缺少的材料之一，是利用摩擦使運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使物體減速或停止運(yùn)動(dòng)的一種多元復(fù)合材料。自從車輛發(fā)明以來，就開始了摩擦材料的研究。近20年來，隨著運(yùn)輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展，摩擦材料發(fā)展尤為迅猛，出現(xiàn)了許多新型摩擦材料，并廣泛應(yīng)用于各類工程機(jī)械和交通運(yùn)輸工具上。21世紀(jì)科技發(fā)展的趨勢是高速、環(huán)保和節(jié)能，為適應(yīng)這一新形勢發(fā)展的需要，必對(duì)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(tǒng)非金屬基摩擦材料主要是石棉摩擦材料，因其造成環(huán)境污染和高溫穩(wěn)定性不好，已逐漸被近些年來碳/碳復(fù)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于易粘結(jié)和高溫高速下摩擦因數(shù)低等缺點(diǎn)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(fù)荷條件下表現(xiàn)出良好的摩擦磨損性能，因此其應(yīng)用范圍較其它材料廣泛。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路客貨運(yùn)輸量迅速增加，鐵路運(yùn)輸?shù)母咚倩殉蔀楸厝坏陌l(fā)展趨勢。20世紀(jì)90年代初日、法、德等鐵路運(yùn)輸發(fā)達(dá)國家就已開通了時(shí)速300km 以上的高速列車，而我國在“八五”期間才開通了時(shí)速160km的準(zhǔn)高速列車，“九五”期間已研制出時(shí)速達(dá)200km的高速列車，目前已開始進(jìn)行時(shí)速達(dá)350km高速列車的研究和籌建工作。列車高速化對(duì)制動(dòng)摩擦材料提出了更高的要求，發(fā)達(dá)國家對(duì)列車制動(dòng)摩擦材料的研制經(jīng)歷了鑄鐵、合成閘片/瓦、鐵基和銅基燒結(jié)閘片/瓦階段，并已向鋁合金基復(fù)合材料及C/ C復(fù)合材料閘片/瓦階段發(fā)展，其中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的是粉末冶金制動(dòng)閘片/瓦。 合成材料和銅基粉末冶金材料有較好的性價(jià)比，但合成材料在高速時(shí)會(huì)把輪面磨得光滑如鏡，大大降低摩擦系數(shù)。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(jié)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，用粉末冶金方法制成的復(fù)合材料。粉末冶金剎車材料具有足夠的強(qiáng)度，合適而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，工作平穩(wěn)可靠，耐磨及污染少等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代剎車材料家族中應(yīng)用較廣泛的材料之一。采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)閘瓦與閘片，不但在性能質(zhì)量上具有突出的優(yōu)點(diǎn)，在組分的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的多樣化上也極具靈活性。采用粉末冶金技術(shù)可以任意改變材料的組分，可以避免傳統(tǒng)制造工藝中的疏松、縮孔、材料組織的枝晶偏析及晶粒長大等鑄造缺陷，有助于提高零件的各項(xiàng)力學(xué)性能。用粉末冶金技術(shù)制備列車制動(dòng)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(duì)材料的組成、工藝等與性能之間的關(guān)系進(jìn)行了很多研究，這些研究使得粉末冶金摩擦材料的生產(chǎn)技術(shù)與產(chǎn)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(qiáng)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(jī)、高速列車、汽車、船舶、工程機(jī)械等剎車裝置上的應(yīng)用發(fā)展較快。用于高速列車制動(dòng)的摩擦材料應(yīng)滿足下列要求(1)應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦因數(shù)，即使受雨雪或酷熱條件的影響，摩擦因數(shù)也不降低。(2)增粘效果好，難以發(fā)生滑移。(3)抗熱裂性和耐磨性好，以延長使用壽命。(4)對(duì)車輪踏面不產(chǎn)生異常磨損和其它形式的損傷。(5)制動(dòng)火花少，以防發(fā)生火災(zāi)事故。(6)價(jià)格便宜。粉末冶金閘片/瓦由原料粉末經(jīng)混和、壓制、燒結(jié)而成。它具有摩擦因數(shù)不受天氣氣候影響的優(yōu)點(diǎn)，并且耐磨性和導(dǎo)熱性都好。高速列車在制動(dòng)時(shí)其制動(dòng)組件的體積溫度將達(dá)到500°C以上，閃點(diǎn)溫度甚至可達(dá)1000°C，在這種情況下，粉末冶金制動(dòng)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(jī)車，日本的新干線，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(yōu)異的制動(dòng)效果。銅基粉末冶金閘片比鐵基具有更好的綜合性能。日本高速列車所采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(wěn)定劑。先將它們攪拌均勻， 后高壓成型，再與鍍銀的補(bǔ)強(qiáng)板粘合在一起進(jìn)行燒結(jié)。用低合金鑄鐵、低合金鍛鋼及鋁基復(fù)合材料制備出的制動(dòng)圓盤都可配用銅基、銅一鐵基粉末冶金間片。最近，日本開發(fā)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(jìn)一步提高耐磨性、耐熱性和潤滑性，可用于350km/時(shí)的列車上，其摩擦因數(shù)相當(dāng)穩(wěn)定。近幾年，國內(nèi)也開始系統(tǒng)地研究鐵基、銅基、鐵銅基粉末冶金摩擦材料。例如對(duì)銅基航空剎車材料的制備工藝的系統(tǒng)研究，二硫化鉬對(duì)摩擦磨損性能的研究，對(duì)于應(yīng)用于高速機(jī)車、飛機(jī)制動(dòng)、空間對(duì)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(jìn)行的研究，為制備新型的摩擦材料提供了理論基礎(chǔ)。列車制動(dòng)摩擦材料的發(fā)展趨勢是由單一材質(zhì)、低熱容量、低高溫比強(qiáng)度(強(qiáng)度/比重)、低耐熱裂、低耐熱沖擊向復(fù)合材料、高熱容量、高比強(qiáng)度、高耐熱裂、高耐熱沖擊方向發(fā)展。考慮列車制動(dòng)摩擦材料的發(fā)展趨勢并結(jié)合我國的具體實(shí)際，從成本、制造技術(shù)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(yōu)選的制動(dòng)間片材料。目前隨著國內(nèi)高速列車的發(fā)展，其制動(dòng)閘片材料的研究也正在逐漸起步和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種高速列車用的摩擦材料，應(yīng)用于我國350km/h的高速列車。本發(fā)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(fā)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，并且選用潤滑性好的鱗片石墨。摩擦劑是SiC和Mo03。本發(fā)明的摩擦材料的制備方法為混粉、壓制以及加壓燒結(jié)?；旆鄄捎肰形混料機(jī)，并且為了避免偏析，加入酒精，混合時(shí)間為1-池。壓制采用粉末冶金專用液壓機(jī)成形，壓制壓力為3-5MPa。燒結(jié)采用鐘罩爐，燒結(jié)溫度為860-880°C，燒結(jié)時(shí)間為2_池，采用分解氨為保護(hù)氣氛。本發(fā)明的摩擦材料具有摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損率低的優(yōu)點(diǎn)，能使高速列車的安全制動(dòng)，并減小高速列車的使用和維護(hù)成本。
具體實(shí)施例方式實(shí)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%配制混合料。混粉采用V形混料機(jī)，并且為了避免偏析，加入酒精，混合時(shí)間為池。壓制采用粉末冶金專用液壓機(jī)成形，壓制壓力為5MPa。燒結(jié)采用鐘罩爐，燒結(jié)溫度為880°C，燒結(jié)時(shí)間為2h，采用分解氨為保護(hù)氣氛。采用MM1000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)上述摩擦材料進(jìn)行測試，在相當(dāng)于350km/h的速度下其摩擦系數(shù)為0. 37，磨損率為0. ^Cm3/MJ。實(shí)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%配制混合料。混粉采用V形混料機(jī)，并且為了避免偏析，加入酒精，混合時(shí)間為lh。壓制采用粉末冶金專用液壓機(jī)成形，壓制壓力為3MPa。燒結(jié)采用鐘罩爐，燒結(jié)溫度為860°C，燒結(jié)時(shí)間為3h，采用分解氨為保護(hù)氣氛。采用MM1000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)上述摩擦材料進(jìn)行測試，在相當(dāng)于350km/h的速度下其摩擦系數(shù)為0. 35，磨損率為0. 21cm7MJ。實(shí)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%配制混合料。混粉采用V形混料機(jī)，并且為了避免偏析，加入酒精，混合時(shí)間為1.證。壓制采用粉末冶金專用液壓機(jī)成形，壓制壓力為4MPa。燒結(jié)采用鐘罩爐，燒結(jié)溫度為870°C，燒結(jié)時(shí)間為2.證，采用分解氨為保護(hù)氣氛。采用MM1000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)上述摩擦材料進(jìn)行測試，在相當(dāng)于350km/h的速度下其摩擦系數(shù)為0. 36，磨損率為0. Mcm7MJ。
權(quán)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(fā)明涉及一種摩擦材料，用于高速列車的制動(dòng)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(fā)明的摩擦材料可以通過混粉、壓制以及加壓燒結(jié)的粉末冶金技術(shù)制備。本發(fā)明的摩擦材料具有摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損率低的優(yōu)點(diǎn)，能使高速列車的安全制動(dòng)，并減小高速列車的使用和維護(hù)成本。
文檔編號(hào)C09K3/14GK102191014SQ20101918505
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者吳佩芳 申請(qǐng)人:吳佩芳