專利名稱：一種高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料及其制備工藝。具 體說是獲得了 一種新型銅基粉末冶金制動(dòng)閘片。
背景技術(shù)：
隨著我國鐵路跨越式發(fā)展進(jìn)程的深入，高速動(dòng)車組的引進(jìn)和國產(chǎn)化研制 正逐步開展并進(jìn)入實(shí)際運(yùn)營。沒有制動(dòng)就沒有高速。制動(dòng)閘片是高速動(dòng)車組 制動(dòng)裝置中的易耗件，需定期更換。粉末冶金制動(dòng)閘片材料是高速動(dòng)車組制 動(dòng)裝置中的關(guān)鍵材料之一，利用制動(dòng)閘片材料與配對(duì)制動(dòng)盤材料的摩擦力使 高速動(dòng)車組的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎推渌问降哪芰?，散發(fā)到空氣中，從而使制 動(dòng)裝置達(dá)到制動(dòng)的效果。
目前高速列車制動(dòng)主要使用合成閘片和粉末冶金閘片，其中合成閘片由 于使用溫度低，僅在通過特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)上獲得使用，現(xiàn)有粉末冶金則存在 制動(dòng)力不足、可靠性差、使用壽命短和對(duì)制動(dòng)盤損傷大等技術(shù)缺陷。因此制 備出能適合高速列車應(yīng)用的高性能長壽命的新型粉末冶金制動(dòng)閘片材料尤為 重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘 片材料及其制備工藝，使得制得的閘片使用壽命和制動(dòng)性能能滿足時(shí)速達(dá)
250km/h及以上速度的高速動(dòng)車組制動(dòng)要求。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料，其特征在于，其原料包括摻 雜有錫、鐵合金組元的銅基粉末以及a碳化硅，各成分的質(zhì)量百分比為l 8錫、4 10鐵、50 80銅以及l(fā) 3a碳化硅。
其原料還包括6 12 (質(zhì)量百分比)石墨、1 8海砂、1 4三氧化二鋁、 1 10硼鐵、1 5二硫化鉬以及2 8硅鐵。
一種制備高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料的工藝，其特征在于，包 括以下步驟
按如下質(zhì)量百分比稱取各種粉末4 10鐵、6 12石墨、1 8海砂、l 3 a碳化硅、1 8錫、1 4三氧化二鋁、1 10硼鐵、1 5二硫化鉬、2 8 硅鐵、余量為銅；混合均勻后摻入航空煤油和乳膠，混合均勻；將混合料經(jīng) 壓制得到壓坯；將壓坯固定于支撐鋼背上(可以通過有相對(duì)定位孔定位和固 定)，經(jīng)燒結(jié)得到粉末冶金制動(dòng)閘片材料。
燒結(jié)過程為燒結(jié)爐升溫到680 740。C的的過程中壓力為0. 8 1. 2 MPa， 再升溫到900 98(TC的過程中壓力為1.8 2.2MPa，溫度達(dá)到900 980。C后 保溫，保溫壓力為2.3 3.0 MPa。
航空煤油和乳膠的體積比為3~5: 1，優(yōu)選4:1。摻入航空煤油和乳膠的 外加量按總料重外加比例l~3ml/kg添加。
所述的燒結(jié)過程中往燒結(jié)爐通入氫氣保護(hù)。
所述將混合料壓制的壓力為350 600MPa。
支撐鋼背采用45號(hào)鋼板加工，加工后電鍍銅，電鍍層厚度為10 20um。有益效果
本發(fā)明在材料設(shè)計(jì)方面，采用了鐵/錫等作為合金組元的銅基粉末冶金制 動(dòng)材料，獲得了新的剎車材料基體；并且采用a碳化硅獲得了制動(dòng)需要的高 摩擦系數(shù)及摩擦系數(shù)穩(wěn)定性和高的制動(dòng)力矩；采用梯度升溫和分階段加壓的 加壓燒結(jié)工藝，保證剎車材料的致密化和材料各組元反應(yīng)充分；本發(fā)明獲得 的制動(dòng)材料的主要物理機(jī)械性能見表1 。本發(fā)明獲得的制動(dòng)閘片能滿足時(shí)速 達(dá)250km/h及以上速度的高速動(dòng)車組制動(dòng)要求(具體性能見實(shí)施例)。
表1 制動(dòng)材料主要物理機(jī)械性能
密度(g/cm3)孔隙度(％)表觀硬度(HB)抗彎強(qiáng)度(MPa)
5.6 ~ 6.2<1.510~4060-80
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1: CRH5高速動(dòng)車組用制動(dòng)閘片
制動(dòng)閘片材料組元為5鐵、10石墨、7海砂、1錫、1三氧化二鋁、4 硼鐵、4 二硫化鉬、2硅鐵、2碳化硅(a )、 64銅，以上組分參數(shù)為質(zhì)量百 分比數(shù)據(jù)。
制造工藝如下各組分按上述配比混合均勻后摻入航空煤油和乳膠 1.5ml/kg，航空煤油和乳膠的體積比為4:1并采用V型混料器混合均勻;將 混合料倒入壓模的模腔內(nèi)，以壓制壓力500MPa成形粉末壓坯；采用厚度2. 5mm 的45號(hào)鋼板加工成鋼背，鍍銅，鍍層厚度10 20um;壓坯加壓燒結(jié)工藝如 下升溫3小時(shí)，升溫初階段加壓1.0 MPa， 70(TC后加壓2.0MPa，再繼續(xù)升 溫到910。C;保溫溫度910。C，保溫壓力2.5MPa，保溫3小時(shí)，燒結(jié)過程中通 氫氣保護(hù)。摩擦磨損性能轉(zhuǎn)速n=6500rpm，慣量J=2. 5kg. cm. s2，剎車壓力P=0. 6MPa， 剎車10次；平均摩擦系數(shù) u 二O. 30 0. 38。
對(duì)采用新型粉末冶金制動(dòng)材料制造的CRH5高速動(dòng)車組用制動(dòng)閘片進(jìn)行了 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)和實(shí)際裝車考核試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，CRH5高速動(dòng)車組用制動(dòng) 閘片的各項(xiàng)性能均CRH5高速動(dòng)車組制動(dòng)要求。
實(shí)施例2: CRH2高速動(dòng)車組用制動(dòng)閘片
制動(dòng)閘片材料組元為10鐵、12石墨、6海砂、l錫、8硼鐵、4二硫化 鉬、2硅鐵、1三氧化二鋁、1碳化硅(a )、 55銅，以上組分參數(shù)為質(zhì)量百 分比數(shù)據(jù)。
制造工藝如下
各組分按上述配比混合均勻后摻入航空煤油和乳膠并采用V型混料器混 合均勻；混合料以壓制壓力500MPa成形粉末壓坯；采用厚度2. 5mm的45號(hào) 鋼板加工成鋼背，鍍銅，鍍層厚度10 20ym;壓坯加壓燒結(jié)工藝如下升溫 2小時(shí)，升溫初階段加壓l.OMPa， 70(TC后加壓1. 5MPa，繼續(xù)升溫，溫度達(dá) 到94(TC后保溫，保溫壓力2.0MPa，保溫3小時(shí)，通氫氣保護(hù)。
對(duì)采用新型粉末冶金制動(dòng)閘片材料制造的CRH2高速動(dòng)車組用閘片進(jìn)行了 動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)性能測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，CRH2高速動(dòng)車組用閘片的各項(xiàng)性能均 符合CRH2高速動(dòng)車組制動(dòng)要求。
摩擦磨損性能轉(zhuǎn)速『6500rpm，慣量J=2. 5kg. cm. s2,剎車壓力P=0. 8MPa; 平均摩擦系數(shù) u=0. 30 0. 38。
權(quán)利要求
1.一種高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料，其特征在于，其原料包括摻雜有錫、鐵合金組元的銅基粉末和α碳化硅，各成分的質(zhì)量百分比為1～8錫、4～10鐵、50～80銅以及1～3α碳化硅。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料，其特 征在于，其原料還包括6 12 (重量百分比)石墨、1 8海砂、1 4三氧化 二鋁、1 10硼鐵、1 5二硫化鉬以及2 8硅鐵。
3. —種制備高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料的工藝，其特征在于， 包括以下步驟按如下質(zhì)量百分比稱取各種粉末4 10鐵、6 12石墨、1 8海砂、l 3 a碳化硅、1 8錫、1 4三氧化二鋁、1 10硼鐵、1 5二硫化鉬、2 8 硅鐵、余量為銅；混合均勻后摻入航空煤油和乳膠，混合均勻；將混合料經(jīng) 壓制得到壓坯；將壓坯固定于支撐鋼背上，經(jīng)燒結(jié)得到粉末冶金制動(dòng)閘片材 料。
4. 如權(quán)利要求3所述的制備高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料的工 藝，其特征在于，燒結(jié)過程為燒結(jié)爐升溫到680 74(TC的的過程中壓力為 0. 8 1.2MPa，再升溫到900 980。C的過程中壓力為1.8 2. 2 MPa，溫度達(dá) 到900 980。C后保溫，保溫壓力為2. 3 3. 0 MPa。
5. 如權(quán)利要求3所述的制備高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料的工 藝，其特征在于，航空煤油和乳膠的體積比為3 5: 1。
6. 如權(quán)利要求3所述的制備高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料的工 藝，其特征在于，所述的燒結(jié)過程中往燒結(jié)爐通入氫氣保護(hù)。
7. 如權(quán)利要求3所述的制備高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料的工藝，其特征在于，摻入航空煤油和乳膠的外加量為占混合料體積百分比1~3%。
8. 如權(quán)利要求3所述的制備粉末冶金制動(dòng)閘片材料的工藝，其特征在于， 所述將混合料壓制的壓力為350 600MPa。
9. 如權(quán)利要求3至8所述的制備高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料的 工藝，其特征在于，所述的支撐鋼背采用45號(hào)鋼板加工，加工后電鍍銅，電 鍍層厚度為10 20um。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速動(dòng)車組用粉末冶金制動(dòng)閘片材料，其特征在于，其原料包括摻雜有錫、鐵合金組元的銅基粉末和α碳化硅，各成分的質(zhì)量百分比為1～8錫、4～10鐵、50～80銅以及1～3α碳化硅。本發(fā)明還提供了一種制備這種材料的工藝，其特征在于，包括以下步驟按如下質(zhì)量百分比稱取各種粉末4～10鐵、6～12石墨、1～8海砂、1～3α碳化硅、1～8錫、1～4三氧化二鋁、1～10硼鐵、1～5二硫化鉬、2～8硅鐵、余量為銅；混合均勻后摻入航空煤油和乳膠，混合均勻；將混合料經(jīng)壓制得到壓坯；將壓坯固定于支撐鋼背上，經(jīng)燒結(jié)得到粉末冶金制動(dòng)閘片材料。應(yīng)用本發(fā)明所制得的閘片使用壽命和制動(dòng)性能能滿足時(shí)速達(dá)250km/h及以上速度的高速動(dòng)車組制動(dòng)要求。
文檔編號(hào)B22F5/00GK101280374SQ20081003131
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者俊 何, 姚萍屏, 琳 汪, 翔 熊, 白燕麟 申請(qǐng)人:中南大學(xué)