專(zhuān)利名稱(chēng)：用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料、制備方法及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)，尤其涉及一種用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)閘片的摩擦材料、制備方法及用途。
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，他是利用摩擦使運(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(chē)輛發(fā)明以來(lái)，就開(kāi)始了摩擦材料的研究。近20年來(lái)，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(lèi)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(shì)是高速、環(huán)保和節(jié)能，為適應(yīng)這一新形勢(shì)發(fā)展的需要，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(lèi)，傳統(tǒng)非金屬基摩擦材料主要是石棉摩擦材料，因其易造成環(huán)境污染和高溫穩(wěn)定性不佳，已逐漸被近些年來(lái)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(guó)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(shì)。我國(guó)目前運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組最高時(shí)速已經(jīng)達(dá)到350km/h以上。列車(chē)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(guó)家對(duì)列車(chē)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)間片/瓦。合成材料和銅基粉末冶金材料有較好的性?xún)r(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(chē)材料又稱(chēng)燒結(jié)金屬剎車(chē)材料，是以金屬及其合金為基體，添加摩擦組元和潤(rùn)滑組元，用粉末冶金方法制成的復(fù)合材料。粉末冶金剎車(chē)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(chē)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(zhǎng)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(chē)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(rùn)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(chē)、汽車(chē)、船舶、工程機(jī)械等剎車(chē)裝置上的應(yīng)用發(fā)展較快。瑞典、加拿大等國(guó)的高速列車(chē)，大功率機(jī)車(chē)，日本的新干線，德國(guó)ICEZ高速列車(chē)和法國(guó)TGV — A高速列車(chē)等均使用這種閘片， 且都取得了優(yōu)異的制動(dòng)效果。用于高速列車(chē)制動(dòng)閘片的摩擦材料應(yīng)滿(mǎn)足下列要求(1)、應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，即使受雨雪或酷熱條件的影響，摩擦系數(shù)也不降低；(2)、抗熱裂性和耐磨性好，以延長(zhǎng)使用壽命；(3)、對(duì)制動(dòng)盤(pán)不產(chǎn)生異常磨損和其它形式的損傷；0)、價(jià)格便宜。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(chē)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(pán)都可配用銅基、銅一鐵基粉末冶金閘片。近幾年，國(guó)內(nèi)也開(kāi)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(chē)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(chē)、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(chē)副溫度場(chǎng)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(chē)制動(dòng)摩擦材料的發(fā)展趨勢(shì)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(chē)制動(dòng)摩擦材料的發(fā)展趨勢(shì)并結(jié)合我國(guó)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(chē)優(yōu)選的制動(dòng)間片材料。目前隨著國(guó)內(nèi)高速列車(chē)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。高速列車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，列車(chē)的動(dòng)能將在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能并通過(guò)制動(dòng)摩擦副消散掉，這對(duì)制動(dòng)間片材料的性能是一個(gè)嚴(yán)酷的考驗(yàn)，現(xiàn)有的粉末冶金銅基摩擦材料在高速制動(dòng)情況下摩擦系數(shù)波動(dòng)較大，且高溫情況下間片摩擦系數(shù)衰減明顯，磨耗量也有一定程度的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，實(shí)現(xiàn)摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損率低的優(yōu)點(diǎn)，能使軌道交通車(chē)輛安全制動(dòng)，并減小軌道交通車(chē)輛使用和維護(hù)成本。本發(fā)明提供的一種用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料，包括重量配比如下的各組分Cu 40-60 份、Fe 6—15 份、Sn 6—10 份、Ni 2—5 份、Mn 1—5 份、Cr 1—6 份、C 8-16 份、SiC 2-8份和Mo 2-8份。其中以銅為主的銅合金為本摩擦材料的基體，所述銅合金還包括Sn、Fe、Ni、Cr、Mn合金元素。所述SiC和Mo為摩擦劑。
進(jìn)一步地，包括重量配比如下的各組分Cu 50-55份、Fe 8-12份、Sn 7-8份、Ni
3-4 份、Mn 2-3 份、Cr 3-4 份、C 10-13 份、SiC 3-6 份和 Mo 3-6 份。 進(jìn)一步地，所述C為鱗片石墨，所述鱗片石墨為潤(rùn)滑組元，具有良好的潤(rùn)滑性。本發(fā)明的另一個(gè)目的是還提供了所述用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料的制備方法，包括如下步驟按照配比將各組分混合得到混合料，所述混合時(shí)間為l_2h，優(yōu)選的為1. 5h，可完成各組分的充分混合；將混合料置于模具中壓制，壓制壓力為15 25Mpa，壓制時(shí)間0. 5-2min，壓制的目的是要使摩擦材料按模具的形狀加工成形，同時(shí)保證材料壓制后其密度在合理的范圍之內(nèi)；將壓制后的混合料置于氨氣氣氛下，3-5MPa,加熱溫度860_880°C，加壓燒結(jié)4_8h 得到用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料。優(yōu)選的壓力為4MPa，加熱溫度 870°C，加壓燒結(jié)6h。進(jìn)一步地，所述混合采用V形混料機(jī)。進(jìn)一步地，混合時(shí)，向混合料中加入乙醇，所述混合料與乙醇的用量比為Ikg: 20 50ml，乙醇的加入可減少或避免偏析。所述乙醇為無(wú)水乙醇。進(jìn)一步地，所述壓制采用粉末冶金液壓機(jī)成形。進(jìn)一步地，所述燒結(jié)采用鐘罩爐。本發(fā)明的另一個(gè)目的是還提供了一種閘瓦，包括所述用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是還提供了一種閘片，包括所述用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料。本發(fā)明公開(kāi)了一種用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料、制備方法及其用途，與現(xiàn)有技術(shù)相比較主要具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)1、原材料易取易得，成本低廉；2、摩擦系數(shù)穩(wěn)定，可達(dá)到0. 35以上；即使受雨雪或酷熱條件的影響，摩擦因數(shù)也不降低；3、抗熱裂性和耐磨性好，磨損率低，進(jìn)而延長(zhǎng)了使用壽命；4、合理控制摩擦材料的硬度及成分配比保證摩擦材料不對(duì)制動(dòng)盤(pán)或其他摩擦對(duì)偶件產(chǎn)生異常磨損和其它形式的損傷。本發(fā)明高速列車(chē)用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料能使高速列車(chē)安全制動(dòng)，并減小高速列車(chē)的使用和維護(hù)成本。高速列車(chē)在制動(dòng)時(shí)其制動(dòng)組件的體積溫度將達(dá)到600°C以上，閃點(diǎn)溫度甚至可達(dá)1000°C，在這種情況下，采用本發(fā)明所述高速列車(chē)摩擦材料制備的閘片/瓦仍能保持良好的摩擦性能。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的摩擦系數(shù)曲線；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的摩擦系數(shù)曲線。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1按照重量配比如下各組分Cu 50份、Fe 11份、Sn 7份、Ni 3份、Mn 2份、Cr 3份、 C (鱗片石墨)12份、SiC 6份和Mo 6份混合配制混合料?；旌喜捎肰形混料機(jī)，并且為了避免偏析，每公斤混合料中加入20 40ml乙醇，混合時(shí)間為2h。利用粉末冶金液壓機(jī)將混合料按閘片摩擦塊模具的形狀壓制成形，壓制壓力25Mpa，加壓時(shí)間lmin。然后將壓制的混合料置于鐘罩爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為5Mpa、燒結(jié)溫度為880°C，燒結(jié)時(shí)間為他，采用氨氣為保護(hù)氣氛。采用1 1制動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)對(duì)上述用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料進(jìn)行測(cè)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。摩擦系數(shù)曲線見(jiàn)附圖1。實(shí)施例2按照重量配比如下各組分Cu 55份、Fe 8份、Sn 8份、Ni 4份、Mn 2份、Cr 4份、 C (鱗片石墨)13份、SiC 3份和Mo 3份混合配制混合料?；旌喜捎肰形混料機(jī)，并且為了避免偏析，加入乙醇，混合時(shí)間為lh。利用粉末冶金液壓機(jī)將混合料按間片摩擦塊模具的形狀壓制成形，壓制壓力20Mpa，加壓時(shí)間lmin。然后將壓制的混合料置于鐘罩爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為3Mpa、燒結(jié)溫度為860°C，燒結(jié)時(shí)間為8h，采用氨氣為保護(hù)氣氛。采用1 1制動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)對(duì)上述用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料進(jìn)行測(cè)試，在相當(dāng)于350km/h的速度下的摩擦系數(shù)為0. 35，磨損率為0. 21Cm3/MJ，摩擦系數(shù)曲線見(jiàn)附圖2。實(shí)施例3按照重量配比如下各組分Cu 53份、Fe 12份、Sn 8份、Ni 4份、Mn 2份、Cr 4份、 C (鱗片石墨)10份、SiC 4份和Mo 5份混合配制混合料?；旌喜捎肰形混料機(jī)，并且為了避免偏析，加入乙醇，混合時(shí)間為1.證。利將混合料按間片摩擦塊模具的形狀壓制成形，壓制壓力15Mpa，加壓時(shí)間lmin。然后將壓制的混合料置于鐘罩爐中燒結(jié)，燒結(jié)壓力為3Mpa、 燒結(jié)溫度為870°C，燒結(jié)時(shí)間為10h，采用氨氣為保護(hù)氣氛。采用1 1制動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)對(duì)上述用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料進(jìn)行測(cè)試，在相當(dāng)于350km/h的速度下的摩擦系數(shù)為0. 36，磨損率為0. MCm3/MJ。實(shí)施例4本實(shí)施例提供三種閘片，分別采用實(shí)施例1-3所述的用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料。將其應(yīng)用在高速列車(chē)中，經(jīng)檢測(cè)均可滿(mǎn)足時(shí)速350km/h高速制動(dòng)時(shí)閘片摩擦系數(shù)(μ )不低于0. 35，閘片磨耗量小于0. 35cm7MJ。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)間片的摩擦材料，其特征在于，包括重量配比如下的各組分Cu 40-60 份、Fe 6-15 份、Sn 6-10 份、Ni 2-5 份、Mn 1-5 份、Cr 1-6 份、C 8-16 份、 SiC 2-8 份和 Mo 2-8 份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料，其特征在于，包括重量配比如下的各組分Cu 50-55 份、Fe 8-12 份、Sn 7-8 份、Ni 3-4 份、Mn 2-3 份、Cr 3-4 份、C 10-13 份、 SiC 3-6 份和 Mo 3-6 份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料，其特征在于，所述C為鱗片石墨。
4.權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)間片的摩擦材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟按照配比將各組分混合得到混合料；將混合料置于模具中壓制，壓制壓力為15 25Mpa，壓制時(shí)間0. 5-2min ；將壓制后的混合料置于氨氣氣氛下，3-5MPa,加熱溫度860-880°C，加壓燒結(jié)4- 得到用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述混合采用V形混料機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，混合時(shí)，向混合料中加入乙醇，所述混合料與乙醇的用量比為Ikg 20 50ml。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述壓制采用粉末冶金液壓機(jī)成形。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)采用鐘罩爐。
9.一種閘瓦，包括權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料。
10.一種間片，包括權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料、制備方法及用途。用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料包括重量配比如下的各組分Cu 40-60份、Fe 6-15份、Sn 6-10份、Ni 2-5份、Mn 1-5份、Cr 1-6份、C 8-16份、SiC 2-8份和Mo 2-8份。用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料的制備方法包括以下步驟按照配比將各組分混合得到混合料；將混合料置于模具中壓制；將壓制后的混合料燒結(jié)得到用于軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)閘片的摩擦材料。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損率低的優(yōu)點(diǎn)，能使軌道交通車(chē)輛安全制動(dòng)，并減小軌道交通車(chē)輛使用和維護(hù)成本。
文檔編號(hào)C22C9/00GK102560183SQ201210001828
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者丁福焰, 呂寶佳, 李和平, 李繼山, 焦標(biāo)強(qiáng), 陳德峰, 顧磊磊 申請(qǐng)人:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所, 北京縱橫機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)公司, 鐵道部運(yùn)輸局