本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片及其制備方法。
背景技術(shù)：
摩擦材料是生產(chǎn)各種機(jī)械設(shè)備的制動(dòng)器、離合器和摩擦傳動(dòng)裝置所不可缺少的材料之一，其利用摩擦力將運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)至空氣中，從而使物體減速或停止運(yùn)動(dòng)。自從車輛問(wèn)世以來(lái)就開(kāi)始了摩擦材料的研究，尤其在近20年來(lái)，隨著運(yùn)輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)于摩擦材料的研發(fā)也越來(lái)越深入，涌現(xiàn)出了許多新型的摩擦材料，如鑄鐵、青銅、高分子合成材料、粉末冶金材料、碳/碳復(fù)合材料等，其中，高分子合成材料和粉末冶金材料是目前用于生產(chǎn)鐵路列車制動(dòng)閘片的主流材料。
隨著鐵路客貨運(yùn)輸量的迅速增加，鐵路運(yùn)輸?shù)母咚倩殉蔀楸厝话l(fā)展趨勢(shì)，在200～250km/h的動(dòng)車組領(lǐng)域可以采用高分子合成材料作為制動(dòng)材料，如CRH1拖車制動(dòng)閘片，但在更高速度的列車制動(dòng)領(lǐng)域，高分子合成材料因其強(qiáng)度低、耐熱性差、熱衰嚴(yán)重，不能適用于300km/h以上高速列車的制動(dòng)要求，而粉末冶金材料通過(guò)優(yōu)化配方和工藝，可以達(dá)到強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、摩擦性能穩(wěn)定等效果，因此是一種較為理想的高速列車閘片用制動(dòng)材料。
粉末冶金閘片主要分為鐵基和銅基兩大類，由于鐵基粉末冶金閘片的硬度和強(qiáng)度較高，同時(shí)又與其對(duì)偶部件(車輪或制動(dòng)盤)含有較多同種金屬--鐵，導(dǎo)致相溶性好，使得閘片與車輪或制動(dòng)盤對(duì)磨時(shí)產(chǎn)生局部高溫，接觸面發(fā)生粘著及粘著磨損，從而造成鐵基粉末冶金閘片的對(duì)偶部件的表面常常會(huì)出現(xiàn)熱裂紋和較深的磨痕。鑒于此，越來(lái)越多的研究致力于銅基粉末冶金閘片的開(kāi)發(fā)，現(xiàn)有技術(shù)通常在銅基粉末冶金材料體系中添加金屬錫形成Cu-Sn合金以強(qiáng)化基體，例如，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101602105B公開(kāi)了一種銅基粉末冶金制動(dòng)閘片材料，由如下原料制成：機(jī)械合金粉Cu-Sn：10～80％、機(jī)械活化粉Ti-C：1.25～15％、Ni：0～10％、Cr：0～12％、Al2O3：2～8％、石墨：7.75～23％。上述配方以銅為主，不含鐵粉，但由于錫是低熔點(diǎn)(231.86℃)金屬，制動(dòng)表面的瞬間摩擦高溫足以使其軟化甚至融化，一樣會(huì)產(chǎn)生粘著和粘著磨損現(xiàn)象，致使上述閘片材料在列車高速制動(dòng)情況下摩擦系數(shù)波動(dòng)較大，且隨著服役時(shí)間的推移，材料的強(qiáng)度和摩擦性能都將急劇衰減，與全新?tīng)顟B(tài)相比磨損狀態(tài)下的摩擦系數(shù)會(huì)大幅降低、磨耗量增加，導(dǎo)致上述制動(dòng)閘片不能有效制動(dòng)。
因此，如何對(duì)現(xiàn)有的銅基粉末冶金材料的配方及加工工藝進(jìn)行改進(jìn)以克服上述不足，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一大技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有的銅基粉末冶金閘片在用于列車高速制動(dòng)時(shí)所存在的摩擦系數(shù)衰減明顯、磨耗量大的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種摩擦性能穩(wěn)定且耐磨損的具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片及其制備方法。
為此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下：
一種具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片，包括以下原料組分：
銅源，52-62重量份；
共析鋼研磨粉，8-12重量份；
鍍銅石墨粉，6-15重量份；
硫化亞鐵，2-6重量份；
鎳源，3-8重量份；
二氧化硅，4-6重量份；
氧化鉬，6-12重量份。
優(yōu)選地，所述具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片包括以下原料組分：
銅源，55-60重量份；
共析鋼研磨粉，9-11重量份；
鍍銅石墨粉，7-13重量份；
硫化亞鐵，3-5重量份；
鎳源，4-6重量份；
二氧化硅，5-6重量份；
氧化鉬，8-11重量份。
所述銅源為電解銅粉、還原銅粉或水霧化銅粉中的一種或幾種。
所述共析鋼研磨粉是由共析鋼研磨至粒徑為200-300目所得到的。
所述鎳源為電解鎳粉、還原鎳粉或水霧化鎳粉中的一種或幾種。
一種制備上述制動(dòng)閘片的方法，包括以下步驟：
(1)按照上述重量份稱取各原料組分并充分混合，得混合料；
(2)將步驟(1)中的混合料壓制成型，得坯體；
(3)對(duì)步驟(2)中的坯體進(jìn)行熱壓燒結(jié)，經(jīng)等溫冷卻后即制得所述高摩擦系數(shù)制動(dòng)閘片。
步驟(2)中，所述壓制成型的壓力為15-25Mpa，時(shí)間為10-20s。
步驟(3)中，所述熱壓燒結(jié)的具體操作為：采用熱壓機(jī)將所述坯體加熱至800-860℃，并保溫0.2-0.5h。
步驟(3)中，所述等溫冷卻的具體操作為：以5-30℃/min的速率冷卻到500℃后，保溫30min,再空冷至室溫。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明所述的具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片，其原料配方中包括以下組分：銅源、共析鋼研磨粉、鍍銅石墨粉、硫化亞鐵、鎳源、二氧化硅和氧化鉬，通過(guò)上述各組分間的合理配比，可以制得具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片，且其在列車高速制動(dòng)情況下的摩擦系數(shù)波動(dòng)小、磨耗量低，摩擦性能十分穩(wěn)定，能夠滿足高速列車的制動(dòng)要求，有效克服了現(xiàn)有的銅基粉末冶金閘片在用于列車高速制動(dòng)時(shí)所存在的摩擦系數(shù)衰減明顯、磨耗量大的問(wèn)題。
2、本發(fā)明所述的制動(dòng)閘片的制備方法是將各原料組分充分混合后壓制成型，所得坯體經(jīng)熱壓燒結(jié)、等溫冷卻后即可制得本發(fā)明的制動(dòng)閘片，本發(fā)明的上述制備方法通過(guò)嚴(yán)格控制加熱溫度及適當(dāng)?shù)牡葴乩鋮s處理，使得生產(chǎn)出的材料的密度大幅提高，且材料的組織和結(jié)構(gòu)也更加穩(wěn)定，能夠適用于高速列車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的高溫條件，同時(shí)在使用過(guò)程中始終具有穩(wěn)定的高摩擦系數(shù)和低磨耗，使得由本發(fā)明所述方法制得的制動(dòng)閘片在高速制動(dòng)情況下具有摩擦系數(shù)高、磨損小、摩擦性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面將對(duì)本發(fā)明的技術(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?；诒景l(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。此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。以下實(shí)施例中，1重量份代表1g。
實(shí)施例1
本實(shí)施例所述的具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片，包括以下原料組分：
電解銅粉，52重量份；
粒徑為200目的共析鋼研磨粉，12重量份；
鍍銅石墨粉，7重量份；
硫化亞鐵，5重量份；
電解鎳粉，6重量份；
二氧化硅，4重量份；
氧化鉬，8重量份。
本實(shí)施例所述的制動(dòng)閘片由如下方法制備：
(1)按照上述重量份稱取各原料組分并置于球磨機(jī)中進(jìn)行充分混合4h，得到混合料；
(2)將步驟(1)中的混合料裝填至模具中，在15MPa的壓力下保壓20s即可壓制成型得到坯體；
(3)采用熱壓機(jī)將步驟(2)中的坯體直接加熱至860℃，并保溫0.2h，而后以25℃/min的速率冷卻到500℃，并保溫30min,再空冷至室溫，即制得所述制動(dòng)閘片，記為閘片A。
實(shí)施例2
本實(shí)施例所述的具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片，包括以下原料組分：
還原銅粉，62重量份；
粒徑為300目的共析鋼研磨粉，8重量份；
鍍銅石墨粉，13重量份；
硫化亞鐵，2重量份；
電解鎳粉，8重量份；
二氧化硅，6重量份；
氧化鉬，6重量份。
本實(shí)施例所述的制動(dòng)閘片由如下方法制備：
(1)按照上述重量份稱取各原料組分并置于球磨機(jī)中進(jìn)行充分混合4h，得到混合料；
(2)將步驟(1)中的混合料裝填至模具中，在20MPa的壓力下保壓15s即可壓制成型得到坯體；
(3)采用熱壓機(jī)將步驟(2)中的坯體直接加熱至800℃，并保溫0.5h，而后以5℃/min的速率冷卻到500℃，并保溫30min,再空冷至室溫，即制得所述制動(dòng)閘片，記為閘片B。
實(shí)施例3
本實(shí)施例所述的具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片，包括以下原料組分：
水霧化銅粉，57重量份；
粒徑為250目的共析鋼研磨粉，11重量份；
鍍銅石墨粉，15重量份；
硫化亞鐵，6重量份；
還原鎳粉，3重量份；
二氧化硅，5重量份；
氧化鉬，12重量份。
本實(shí)施例所述的制動(dòng)閘片由如下方法制備：
(1)按照上述重量份稱取各原料組分并置于球磨機(jī)中進(jìn)行充分混合4h，得到混合料；
(2)將步驟(1)中的混合料裝填至模具中，在25MPa的壓力下保壓10s即可壓制成型得到坯體；
(3)采用熱壓機(jī)將步驟(2)中的坯體直接加熱至860℃，并保溫0.35h，而后以30℃/min的速率冷卻到500℃，并保溫30min,再空冷至室溫，即制得所述制動(dòng)閘片，記為閘片C。
實(shí)施例4
本實(shí)施例所述的具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片，包括以下原料組分：
電解銅粉，55重量份；
粒徑為280目的共析鋼研磨粉，9重量份；
鍍銅石墨粉，6重量份；
硫化亞鐵，4重量份；
水霧化鎳粉，4重量份；
二氧化硅，5重量份；
氧化鉬，11重量份。
本實(shí)施例所述的制動(dòng)閘片由如下方法制備：
(1)按照上述重量份稱取各原料組分并置于球磨機(jī)中進(jìn)行充分混合4h，得到混合料；
(2)將步驟(1)中的混合料裝填至模具中，在18MPa的壓力下保壓20s即可壓制成型得到坯體；
(3)采用熱壓機(jī)將步驟(2)中的坯體直接加熱至850℃，并保溫0.2h，而后以17.5℃/min的速率冷卻到500℃，并保溫30min,再空冷至室溫，即制得所述制動(dòng)閘片，記為閘片D。
實(shí)施例5
本實(shí)施例所述的具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片，包括以下原料組分：
還原銅粉，60重量份；
粒徑為220目的共析鋼研磨粉，10重量份；
鍍銅石墨粉，10.5重量份；
硫化亞鐵，3重量份；
電解鎳粉，5.5重量份；
二氧化硅，4重量份；
氧化鉬，9重量份。
本實(shí)施例所述的制動(dòng)閘片由如下方法制備：
(1)按照上述重量份稱取各原料組分并置于球磨機(jī)中進(jìn)行充分混合4h，得到混合料；
(2)將步驟(1)中的混合料裝填至模具中，在22MPa的壓力下保壓15s即可壓制成型得到坯體；
(3)采用熱壓機(jī)將步驟(2)中的坯體直接加熱至830℃，并保溫0.4h，而后以10℃/min的速率冷卻到500℃，并保溫30min,再空冷至室溫，即制得所述制動(dòng)閘片，記為閘片E。
對(duì)比例1
本對(duì)比例提供的金屬基粉末冶金制動(dòng)閘片F(xiàn)，其配方與實(shí)施例5相同，但該閘片F(xiàn)的制備方法如下：
(1)按照實(shí)施例5中所述的重量份稱取各原料組分并置于球磨機(jī)中進(jìn)行充分混合4h，得到混合料；
(2)將步驟(1)中的混合料裝填至模具中，在22MPa的壓力下保壓15s即可壓制成型得到坯體；
(3)采用熱壓機(jī)將步驟(2)中的坯體直接加熱至1000℃，并保溫0.2h，而后以10℃/min的速率冷卻到500℃，并保溫30min,再空冷至室溫，即制得所述制動(dòng)閘片F(xiàn)。
對(duì)比例2
本對(duì)比例提供的金屬基粉末冶金制動(dòng)閘片G，其配方與實(shí)施例5相同，但該閘片G的制備方法如下：
(1)按照實(shí)施例5中所述的重量份稱取各原料組分并置于球磨機(jī)中進(jìn)行充分混合4h，得到混合料；
(2)將步驟(1)中的混合料裝填至模具中，在22MPa的壓力下保壓15s即可壓制成型得到坯體；
(3)采用熱壓機(jī)將步驟(2)中的坯體直接加熱至830℃，并保溫0.2h，而后空冷至室溫，即制得所述制動(dòng)閘片G。
實(shí)驗(yàn)例
采用西安順通機(jī)電應(yīng)用技術(shù)研究所研制的TM-I型軌道列車作為制動(dòng)閘片摩擦性能測(cè)試的縮比試驗(yàn)臺(tái)儀器，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1-5和對(duì)比例1-2制得的制動(dòng)閘片A-G進(jìn)行模擬制動(dòng)試驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示：
表1模擬制動(dòng)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)
根據(jù)上述測(cè)試方法，檢測(cè)得到各制動(dòng)閘片的平均摩擦系數(shù)和磨耗如表2所示。
表2制動(dòng)閘片A-G的摩擦性能測(cè)試結(jié)果
從表2可以看出，制動(dòng)閘片A-E在時(shí)速300-350km/h制動(dòng)時(shí)的平均摩擦系數(shù)始終高于0.421，且摩擦系數(shù)穩(wěn)定，在0-350km/h整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的平均磨耗低于0.26cm3/MJ，而在相同條件下制動(dòng)閘片F(xiàn)-G的摩擦系數(shù)較小(不超過(guò)0.375)，且在使用過(guò)程中摩擦系數(shù)不穩(wěn)定、波動(dòng)較大，磨耗高達(dá)0.38cm3/MJ，這充分說(shuō)明了本發(fā)明的制動(dòng)閘片不僅具有較高的摩擦系數(shù)，且在高速制動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)波動(dòng)小、磨耗量低，摩擦性能非常穩(wěn)定，能夠滿足高速列車的制動(dòng)要求。
顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。