一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高速鐵路是“十二五”和“十三五”規(guī)劃優(yōu)先發(fā)展的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。我國(guó)高速列車技術(shù)研究和建設(shè)經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)、消化、吸收和創(chuàng)新，先后掌握了時(shí)速200、250直至380 km/h的高速列車的制造技術(shù)。
[0003]高速列車制動(dòng)系統(tǒng)中的制動(dòng)閘片是高速列車安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵部件之一，在高速列車制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)閘片制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最高瞬時(shí)溫度可以達(dá)到600-1000°C，因此對(duì)制動(dòng)材料的摩擦磨損性能要求非常嚴(yán)格，傳統(tǒng)的鑄鐵和合成材料不能滿足高速列車制動(dòng)要求。為了降低運(yùn)營(yíng)成本，運(yùn)行速度在200-250 km/h的動(dòng)車組可以采用合成摩擦材料；而在大于250km/h的高速列車上粉末冶金制動(dòng)材料正逐步取代合成材料，國(guó)外250-300 km/h高速閘片摩擦材料已經(jīng)全部采用粉末冶金摩擦材料。
[0004]當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外高速列車制動(dòng)材料的研究熱點(diǎn)主要集中在提高材料的耐熱度、比強(qiáng)度、耐熱沖擊、摩擦系數(shù)等方面。粉末冶金閘片具有優(yōu)良的綜合性能，摩擦系數(shù)高、穩(wěn)定性好、使用溫度高和使用壽命長(zhǎng)，能夠承載高負(fù)荷、高沖擊載荷的優(yōu)點(diǎn)。因此，研制出一種能夠滿足時(shí)速380km/h高速列車技術(shù)制動(dòng)要求的粉末冶金摩擦材料具有重要的工程、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)【背景技術(shù)】中的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高速列車制動(dòng)用粉末冶金摩擦材料及其制備方法，本發(fā)明的材料具有良好的物理性能和摩擦性能，符合時(shí)速380 km/h高速列車的制動(dòng)性能要求。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:銅40-60%、鐵 7-20%、鉻 3-5%、鋯英石 5_10%、氧化鋁 3_6%、錫 2_5%、錳 2_4%、石墨 5_10%、二硫化鉬2-5%、鉻鐵合金1-5%。
[0007]制備上述高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步驟:
(1)配料:按上述重量百分比稱取原料:銅40-60%、鐵7-20%、鉻3-5%、鋯英石5_10%、氧化鋁3-6%、錫2-5%、錳2-4%、石墨5-10%、二硫化鉬2_5%、鉻鐵合金1-5% ；
(2)混料:摻入原料總重量0.3-0.8%的煤油，通過(guò)V型混料機(jī)將原料攪拌均勻；
(3)壓制:將攪拌均勻后的原料混合物壓制成壓坯；
(4)燒結(jié):將壓坯在保護(hù)氣體保護(hù)下加壓高溫?zé)Y(jié)，使壓坯與預(yù)先配置的支撐鋼背發(fā)生冶金結(jié)合，牢固地固定于所述支撐鋼背上。
[0008]優(yōu)選的，步驟(3)中，所述壓制其壓力為250-550 MPa。
[0009]優(yōu)選的，步驟(4)中，所述加壓高溫?zé)Y(jié)其壓力為1.5-8 Mpa，溫度為850-950 °C，時(shí)間為2-4 ho
[0010]優(yōu)選的，步驟(4)中，所述保護(hù)氣體為還原性氣體、惰性氣體中的任一種或它們的混合物。
[0011]優(yōu)選的，所述還原性氣體為氫氣，所述惰性氣體為氮?dú)狻?br>[0012]本發(fā)明的原理是:
采用銅、鐵、錫、錳、鎳、鉻等金屬組元進(jìn)行優(yōu)化組合，獲得一種具有高耐熱性、對(duì)其他組元形成良好包裹鑲嵌效果的金屬基體；采用鋯英石、鉻鐵合金和氧化鋁作為摩擦組元提供穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和滿足制動(dòng)所需的制動(dòng)力矩，其中鋯英石的添加可以提高材料的抗熱震、和高溫摩擦性能，鉻鐵合金與基體形成的界面結(jié)合強(qiáng)度高能有效減少材料的剝落，降低磨損量；采用石墨、二硫化鉬作為潤(rùn)滑組元降低材料磨損率，防止磨損對(duì)偶?；炝蠒r(shí)適當(dāng)加入煤油，主要是作為潤(rùn)滑劑提高混料的均勻性，同時(shí)煤油相對(duì)容易揮發(fā)，不影響后續(xù)的壓制和作么士
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明的材料具有良好的綜合力學(xué)性能和穩(wěn)定的摩擦磨損性能，平均摩擦系數(shù)達(dá)0.36-0.42，能夠滿足時(shí)速380 km/h高速列車的制動(dòng)要求。
[0014]2、本發(fā)明的材料具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。
[0015]3、本發(fā)明所用原料和配比，可在相對(duì)較低的燒結(jié)壓力和溫度下制備出性能優(yōu)異的摩擦材料，節(jié)省能耗。
[0016]4、本發(fā)明的材料成本低廉、制備簡(jiǎn)單、質(zhì)量?jī)?yōu)良，具有良好的市場(chǎng)前景。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合實(shí)施例描述本發(fā)明的一種高強(qiáng)度鋼化玻璃，這些描述并不是對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的限定。
[0018]實(shí)施例1
一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:銅50%、鐵15%、鉻4%、鋯英石8%、氧化鋁5%、錫3%、錳3%、石墨6%、二硫化鉬3%、鉻鐵合金3%。
[0019]制備上述高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步驟:
(1)配料:按上述重量百分比稱取粉末原料
(2)混料:摻入原料總重量0.5%的煤油，通過(guò)V型混料機(jī)將原料攪拌均勻；
(3)壓制:將攪拌均勻后的原料混合物在250Mpa下壓制成壓坯；
(4)燒結(jié):將壓坯在氫氣保護(hù)下，以壓力1.5 Mpa、溫度850°C加壓高溫?zé)Y(jié)2 h，使壓坯與預(yù)先配置的支撐鋼背發(fā)生冶金結(jié)合，牢固地固定于所述支撐鋼背上。
[0020]采用MM-1000III摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)制得的摩擦材料進(jìn)行性能測(cè)試，模擬380km/h高速列車的制動(dòng)工況，其平均摩擦系數(shù)為0.35-0.40。
[0021]實(shí)施例2
一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:銅45%、鐵17%、鉻5%、鋯英石6%、氧化鋁4%、錫4%、錳4%、石墨7%、二硫化鉬4%、鉻鐵合金4%。
[0022]制備上述高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步驟: (1)配料:按上述重量百分比稱取粉末原料
(2)混料:摻入原料總重量0.3%的煤油，通過(guò)V型混料機(jī)將原料攪拌均勻；
(3)壓制:將攪拌均勻后的原料混合物在400Mpa下壓制成壓坯；
(4)燒結(jié):將壓坯在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以壓力4Mpa、溫度900°C加壓高溫?zé)Y(jié)4 h，使壓坯與預(yù)先配置的支撐鋼背發(fā)生冶金結(jié)合，牢固地固定于所述支撐鋼背上。
[0023]采用MM-1000III摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)制得的摩擦材料進(jìn)行性能測(cè)試，模擬380km/h高速列車的制動(dòng)工況，其平均摩擦系數(shù)為0.36-0.42。
[0024]實(shí)施例3
一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:銅60%、鐵7%、鉻3%、鋯英石6%、氧化鋁3%、錫4%、錳2%、石墨8%、二硫化鉬2%、鉻鐵合金5%。
[0025]制備上述高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步驟:
(1)配料:按上述重量百分比稱取粉末原料
(2)混料:摻入原料總重量0.8%的煤油，通過(guò)V型混料機(jī)將原料攪拌均勻；
(3)壓制:將攪拌均勻后的原料混合物在550Mpa下壓制成壓坯；
(4)燒結(jié):將壓坯在氫氣和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以壓力3Mpa、溫度950°C加壓高溫?zé)Y(jié)2 h，使壓坯與預(yù)先配置的支撐鋼背發(fā)生冶金結(jié)合，牢固地固定于所述支撐鋼背上。
[0026]采用MM-1000III摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)制得的摩擦材料進(jìn)行性能測(cè)試，模擬380km/h高速列車的制動(dòng)工況，其平均摩擦系數(shù)為0.36-0.41。
[0027]實(shí)施例4
一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:銅45%、鐵15%、鉻5%、鋯英石9%、氧化鋁6%、錫5%、錳4%、石墨5%、二硫化鉬5%、鉻鐵合金1%。
[0028]制備上述高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步驟:
(1)配料:按上述重量百分比稱取粉末原料
(2)混料:摻入原料總重量0.8%的煤油，通過(guò)V型混料機(jī)將原料攪拌均勻；
(3)壓制:將攪拌均勻后的原料混合物在300Mpa下壓制成壓坯；
(4)燒結(jié):將壓還在氫氣和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以壓力1.5 Mpa、溫度900°C加壓高溫?zé)Y(jié)3 h，使壓坯與預(yù)先配置的支撐鋼背發(fā)生冶金結(jié)合，牢固地固定于所述支撐鋼背上。
[0029]采用MM-1000III摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)制得的摩擦材料進(jìn)行性能測(cè)試，模擬380km/h高速列車的制動(dòng)工況，其平均摩擦系數(shù)為0.37-0.42。
[0030]實(shí)施例5
一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:銅55%、鐵12%、鉻5%、鋯英石4%、氧化鋁4%、錫3%、錳4%、石墨6%、二硫化鉬2%、鉻鐵合金5%。
[0031]制備上述高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步驟:
(1)配料:按上述重量百分比稱取粉末原料
(2)混料:摻入原料總重量0.5%的煤油，通過(guò)V型混料機(jī)將原料攪拌均勻；
(3)壓制:將攪拌均勻后的原料混合物在500Mpa下壓制成壓坯；
(4)燒結(jié):將壓坯在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以壓力6Mpa、溫度950°C加壓高溫?zé)Y(jié)2h，使壓坯與預(yù)先配置的支撐鋼背發(fā)生冶金結(jié)合，牢固地固定于所述支撐鋼背上。
[0032]采用MM-1000III摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)制得的摩擦材料進(jìn)行性能測(cè)試，模擬380km/h高速列車的制動(dòng)工況，其平均摩擦系數(shù)為0.36-0.42。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料:銅40-60%、鐵7-20%、鉻3-5%、鋯英石5_10%、氧化鋁3_6%、錫2_5%、錳2_4%、石墨5-10%、二硫化鉬2-5%、鉻鐵合金1-5%。2.一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)配料:按以下重量百分比稱取原料:銅40-60%、鐵7-20%、鉻3-5%、鋯英石5_10%、氧化鋁3-6%、錫2-5%、錳2-4%、石墨5-10%、二硫化鉬2_5%、鉻鐵合金1-5% ； (2)混料:摻入原料總重量0.3-0.8%的煤油，通過(guò)V型混料機(jī)將原料攪拌均勻； (3)壓制:將攪拌均勻后的原料混合物壓制成壓坯； (4)燒結(jié):將壓坯在保護(hù)氣體保護(hù)下加壓高溫?zé)Y(jié)，使壓坯與預(yù)先配置的支撐鋼背發(fā)生冶金結(jié)合，牢固地固定于所述支撐鋼背上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述壓制其壓力為250-550 MPa。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述加壓高溫?zé)Y(jié)其壓力為1.5-8 Mpa，溫度為850-950 °C，時(shí)間為2_4h05.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述保護(hù)氣體為還原性氣體、惰性氣體中的任一種或它們的混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料的制備方法，其特征在于，其特征在于:所述還原性氣體為氫氣，所述惰性氣體為氮?dú)狻?br>【專利摘要】本發(fā)明提供一種高速列車制動(dòng)用銅基粉末冶金摩擦材料，其包括以下重量百分比的原料：銅40-60%、鐵7-20%、鉻3-5%、鋯英石5-10%、氧化鋁3-6%、錫2-5%、錳2-4%、石墨5-10%、二硫化鉬2-5%、鉻鐵合金1-5%，其制備方法包括配料、混料、壓制、燒結(jié)等步驟。本發(fā)明的材料具有優(yōu)異的摩擦性能，制動(dòng)性能穩(wěn)定、安全，能夠滿足時(shí)速380？km/h高速列車的制動(dòng)要求，制備方法簡(jiǎn)單、環(huán)保，具有良好的市場(chǎng)前景。
【IPC分類】C22C1/05, C22C30/04, B22F1/00, B22F7/06, C22C9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105063459
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510427053
【發(fā)明人】尹彩流, 王秀飛, 文國(guó)富, 藍(lán)奇
【申請(qǐng)人】廣西民族大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月20日