本發(fā)明涉及一種摩擦體、制動閘片及其制備方法，屬于列車制動。

背景技術(shù)：

1、隨著列車輕量化和對清潔能源的要求以及高鐵制動的發(fā)展，應(yīng)用于氫能源市域列車的碳陶材料制動盤逐漸成熟。與鑄鋼盤相比，碳陶盤自身重量輕且使用壽命長、耐高溫、噪音小、清潔環(huán)保、耐蝕性強(qiáng)。但是，氫能源列車用碳陶盤傳熱效果較差，制動過程中摩擦產(chǎn)生的大量熱能，大部分由盤傳遞給了閘片，瞬時溫度高達(dá)800℃～1000℃，隨著制動速度、制動壓力、軸重和盤載荷的提高，對閘片產(chǎn)生了更大的應(yīng)力，在此服役工況下閘片的銅基體將會軟化，導(dǎo)致其高溫力學(xué)性能以及摩擦性能失效，特別是在高速高壓下連續(xù)緊急制動時摩擦系數(shù)出現(xiàn)衰退、磨耗急劇增加，甚至出現(xiàn)摩擦粒子開裂和崩落掉塊現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種摩擦體、制動閘片及其制備方法，以解決現(xiàn)有制動閘片在應(yīng)用于氫能源市域列車的碳陶材料制動盤制動過程中耐熱性差的問題。

2、本發(fā)明問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明公開一種摩擦體，以摩擦體的重量百分比計(jì)，由以下原料組分制備得到：基體組分60wt％～75wt％，摩擦組分11wt％～16wt％，增強(qiáng)組分12wt％～20wt％和穩(wěn)定組分2wt％～4wt％；其中，基體組分為銅合金粉和鐵合金粉，合金化的銅鐵合金粉，以摩擦體的重量百分比計(jì)，銅合金粉的添加量占摩擦體重量百分比的40wt％～50wt％，鐵合金粉的添加量占摩擦體重量百分比的20wt％～25wt％；增強(qiáng)組分包括半石墨化增碳劑顆粒。

4、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中銅合金粉重量百分比為40wt％～50wt％，鐵合金粉重量百分比為20wt％～25wt％，本發(fā)明鐵合金重量百分比占銅鐵合金總重量百分比的1/3左右，通過銅合金粉、鐵合金粉相互搭配及合理配比，充分利用了銅合金基體的延展性、導(dǎo)熱性和鐵合金基體的高熔點(diǎn)、良好的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，使摩擦體同時兼具兩者優(yōu)點(diǎn)，保證了制動過程中閘片在高溫高壓條件下能夠保持穩(wěn)定的形狀和性能，更適應(yīng)于氫能源列車制動時高溫高壓的服役工況；本發(fā)明使用半石墨化增碳劑顆粒作為增強(qiáng)組分，引入碳元素，可以改變合金的性能，有利于增強(qiáng)閘片的強(qiáng)度和硬度，并且半石墨化增碳劑顆粒中的硫元素與銅元素和鐵元素可以分別生成硫化銅和硫化亞鐵，列車制動過程中由于摩擦溫度升高，硫化銅和硫化亞鐵就會熔化形成薄膜，薄膜可以消除摩擦副的粘結(jié)和卡滯，使閘片具有自潔性，并且能夠保護(hù)閘片表面，還有助于維持一個穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，保證制動過程中高溫高壓條件下閘片摩擦系數(shù)的穩(wěn)定，也可以提高閘片的耐磨性，有利于減少閘片的磨損。

5、本發(fā)明摩擦體采用金屬粉末為原料，不含有機(jī)物，穩(wěn)定性強(qiáng)，可長時間自然存放、不影響其摩擦性能，使用壽命長。

6、進(jìn)一步地，銅合金粉包括銅粉和錫粉，以銅合金粉的重量百分比計(jì)，其中錫粉占銅合金粉的4wt％～6wt％；鐵合金粉包括鐵粉和鎳粉，以鐵合金粉的重量百分比計(jì)，其中鎳粉占鐵合金粉的4wt％～6wt％。

7、進(jìn)一步地，摩擦組分包括主摩擦組分和副摩擦組分，主摩擦組分包括高碳鉻鐵，副摩擦組分包括氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦三者中的任意一種；穩(wěn)定組分包括鉬粉和鎢粉。

8、進(jìn)一步地，以摩擦體的重量百分比計(jì)，主摩擦組分重量百分比為9wt％～12wt％，副摩擦組分重量百分比為2wt％～4wt％。

9、進(jìn)一步地，半石墨化增碳劑顆粒的粒徑為30～100目，半石墨化增碳劑顆粒的含硫量為0.1～0.3％；

10、和/或，高碳鉻鐵的粒徑≤60目，高碳鉻鐵中的鉻含量為68％～73％，碳含量為7％～9％，鐵含量為20％～23％，氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦的粒徑均為100～200目；

11、和/或，鉬粉的粒徑≤325目，鎢粉的粒徑≤325目。

12、第二方面，本發(fā)明公開一種摩擦體的制備方法，應(yīng)用于上述摩擦體，包括：

13、按配比，將銅粉和錫粉進(jìn)行高速混料，混合轉(zhuǎn)速為1000rpm～3000rpm，混合3～5min得到銅合金粉，將鐵粉和鎳粉進(jìn)行高速混料，混合轉(zhuǎn)速為1000rpm～3000rpm，混合3～5min得到鐵合金粉；

14、將半石墨化增碳劑和銅合金粉、鐵合金粉進(jìn)行密煉混料，混合轉(zhuǎn)速設(shè)置為15rpm～30rpm混合時間設(shè)置為10～20min，密煉溫度設(shè)置為0～80℃，得到混合粉；

15、將穩(wěn)定組分、摩擦組分、上述合金化的混合粉和粘結(jié)劑進(jìn)行v型混料，混合轉(zhuǎn)速設(shè)置為15rpm～30rpm，混合時間設(shè)置為40～50min，得到混合總粉；

16、將混合總粉置于常溫的模具中高壓成型，壓力設(shè)置為7mpa～15mpa，保壓時間為3～10秒，得到摩擦體生坯，經(jīng)加壓燒結(jié)形成摩擦體。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中摩擦體的制備方法通過高速混料、密煉混料和v型混料將各組分充分混合，提高了物料混合的均勻性，縮短了混料周期，提高了生產(chǎn)效率，再通過冷壓成型和加壓燒結(jié)，有效增強(qiáng)了產(chǎn)品的物理力學(xué)性能和耐磨性能，本發(fā)明摩擦體的制備方法的工藝方法簡單，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

18、進(jìn)一步地，粘結(jié)劑為煤油，粘結(jié)劑的加入量為混合總粉的總量的0.7wt％。

19、第三方面，本發(fā)明公開一種制動閘片，包括鋼背和摩擦粒子，摩擦粒子包括骨架和上述摩擦體，摩擦體固定于骨架上；摩擦粒子通過骨架固定于鋼背上。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的制動閘片，具備良好的機(jī)械強(qiáng)度，對制動盤沒有損傷，具備自潔性，在高溫條件下仍具備良好的機(jī)械性能與耐磨性能，能保證穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，能夠滿足列車高速制動情況下制動閘片的需要。

21、第四方面，本發(fā)明公開一種制動閘片的制備方法，應(yīng)用于上述的制動閘片，包括以下步驟：

22、準(zhǔn)備鋼背、骨架；

23、將摩擦體生坯與骨架在保護(hù)氣保護(hù)下加壓燒結(jié)，得到摩擦粒子；

24、將摩擦粒子固定于鋼背上，得到制動閘片。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制動閘片的制備方法對摩擦體進(jìn)行加壓燒結(jié)處理，可以提高材料的密度和強(qiáng)度，優(yōu)化摩擦和熱傳導(dǎo)特性，提高摩擦體在高溫條件下的耐熱性，有助于制動閘片在列車制動情況下保持穩(wěn)定的摩擦性能和機(jī)械強(qiáng)度。

26、進(jìn)一步地，將摩擦體生坯與骨架加壓燒結(jié)，包括：

27、將所述摩擦體生坯配合骨架置于鏈帶式加壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，鏈帶式加壓燒結(jié)爐開爐時先通入保護(hù)氣氛，鏈帶速度設(shè)置為60mm/min，燒結(jié)壓力設(shè)置為0.1～0.2mpa，燒結(jié)采用分段式階梯升溫，當(dāng)每一段升到該段設(shè)定溫度后開始向鏈帶上放置產(chǎn)品并加壓燒結(jié)，分段式階梯升溫具體包括：

28、鏈帶式加壓燒結(jié)爐分為四段，第一段1200mm，溫度300℃～500℃，第二段1200mm，溫度500℃～700℃，第三段1200mm，溫度500℃～700℃，第四段3600mm，溫度900℃～1100℃。

技術(shù)特征：

1.一種摩擦體，其特征在于，以摩擦體的重量百分比計(jì)，由以下原料組分制備得到：基體組分60wt％～75wt％，摩擦組分11wt％～16wt％，增強(qiáng)組分12wt％～20wt％和穩(wěn)定組分2wt％～4wt％；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦體，其特征在于：所述銅合金粉包括銅粉和錫粉，以銅合金粉的重量百分比計(jì)，其中錫粉占銅合金粉的4wt％～6wt％；所述鐵合金粉包括鐵粉和鎳粉，以鐵合金粉的重量百分比計(jì)，其中鎳粉占鐵合金粉的4wt％～6wt％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦體，其特征在于：所述摩擦組分包括主摩擦組分和副摩擦組分，所述主摩擦組分包括高碳鉻鐵，所述副摩擦組分包括氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦三者中的任意一種；所述穩(wěn)定組分包括鉬粉和鎢粉。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摩擦體，其特征在于：以摩擦體的重量百分比計(jì)，所述主摩擦組分重量百分比為9wt％～12wt％，所述副摩擦組分重量百分比為2wt％～4wt％。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的摩擦體，其特征在于：

6.一種摩擦體的制備方法，其特征在于：應(yīng)用于權(quán)利要求1～5任一所述摩擦體，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述摩擦體的制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為煤油，所述粘結(jié)劑的加入量為混合總粉的總量的0.7wt％。

8.一種制動閘片，其特征在于，包括：鋼背和摩擦粒子，所述摩擦粒子包括骨架和權(quán)利要求1～5任一所述摩擦體，所述摩擦體固定于所述骨架上；

9.一種制動閘片的制備方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求8中所述的制動閘片，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制動閘片的制備方法，其特征在于：所述將所述摩擦體生坯與所述骨架加壓燒結(jié)，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種摩擦體、制動閘片及其制備方法，以解決氫能源列車在高速高壓下連續(xù)緊急制動時閘片摩擦系數(shù)出現(xiàn)衰退、磨耗急劇增加，甚至出現(xiàn)摩擦粒子開裂和崩落掉塊的問題。所述摩擦體，以摩擦體的重量百分比計(jì)，由以下原料組分制備得到：基體組分60wt％～75wt％，摩擦組分11wt％～16wt％，增強(qiáng)組分12wt％～20wt％和穩(wěn)定組分2wt％～4wt％；其中，所述基體組分為銅合金粉和鐵合金粉，合金化的銅鐵合金粉，以所述摩擦體的重量百分比計(jì)，所述銅合金粉的添加量占摩擦體重量百分比的40wt％～50wt％，所述鐵合金粉的添加量占摩擦體重量百分比的20wt％～25wt％；所述增強(qiáng)組分包括半石墨化增碳劑顆粒。本發(fā)明公開的摩擦體，具備良好的耐溫性和抗衰退性能。

技術(shù)研發(fā)人員：郭明海,安晶晶,高欣海,滕佳男
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京浦然軌道交通科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19