專利名稱：高速列車剎車片摩擦塊及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬冶金材料技術(shù)領域，涉及一種高速列車剎車片摩擦塊及其制備方法，具體涉及一種在350km/h以上高速列車上使用的金屬基復合材料剎車片摩擦塊及其制備方法。
背景技術(shù)：
高速列車剎車片對高速列車運行的安全性、可靠性有著至關(guān)重要的影響，是高速列車非常重要的零部件之一。目前，在行車時速小于200km的列車上，國外多采用樹脂基摩擦片，其使用溫度一般不高于250°C，溫度過高會造成摩擦片樹脂基體的老化、開裂，使摩擦片磨損率急劇增加，摩擦系數(shù)也發(fā)生很大的變化。在時速高于250km高速列車制動過程中，摩擦副的溫升很高，樹脂基合成摩擦片已不宜采用。普遍采用的是粉末冶金法制備的金屬基復合材料摩擦片，其具有導熱性能好、摩擦副溫升低、許用溫度高等優(yōu)點。粉末冶金制動材料的使用溫度較高，當制動溫度達到500°C時，它仍能保持較小的磨損率和較優(yōu)良的摩擦特性，對制動盤的熱影響較小，并能保證列車在惡劣氣候條件下安全運行。粉末冶金摩擦材料由基體組元、潤滑組元和摩擦組元組成。其中基體組元為銅或鐵等金屬材料，而潤滑組元和摩擦組元則多為非金屬材料。石墨因為其優(yōu)良的潤滑性能而被用來作為傳統(tǒng)的潤滑組元使用，但是由于石墨密度小、強度低，大量的加入會產(chǎn)生成分偏析和降低摩擦塊的強度。尤其是近幾年來，隨著列車的進一步高速化，制動摩擦塊需要吸收的制動能量越來越大，當列車時速380公里制動時，剎車摩擦塊溫度高達700°C，易出現(xiàn)掉塊、開裂等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)在技術(shù)中的問題，提供一種高速列車剎車片摩擦塊及其制備方法，它能避免列車在300Km/h以上速度剎車時，由于剎車溫度高而引起的剎車片摩擦塊強度降低導致掉塊、開裂等問題。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):本發(fā)明一種高速列車剎車片摩擦塊，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成:銅粉20-50、鐵粉5-20、鎳粉5-20、錳粉1-4、鈦硅碳2-15、石墨0-8、碳化硅2-10、鶴粉1-8、二氧化欽2-6、二氧化娃2-10、欽粉1_4、招粉1-2和錫粉1-2。優(yōu)選的，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成:銅粉20-40、鐵粉5-12、鎳粉5-12、錳粉1-2、鈦硅碳2-10、石墨2-6、碳化硅3-8、鎢粉2-5、二氧化欽3-6、二氧化娃3-6、欽粉1_3、招粉1-2和錫粉1-2。進一步優(yōu)選的，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成:銅粉20、鐵粉20、鎳粉10、錳粉3、鈦硅碳10、石墨4、碳化硅6、鎢粉2、二氧化鈦5、二氧化硅2、鈦粉2、鋁粉1.5和錫粉1.5。
上述剎車片摩擦塊應用于350km/h以上的列車其優(yōu)點更為突出。所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，它包括以下步驟:將剎車片摩擦塊原料粉末按配比放入三維混料機中，充分混配均勻；將混合好的粉末放入冷壓模具，在100 1500MPa的壓力下壓制，得壓坯；將所述壓坯固定在鋼背上，并在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為2 6Mpa，燒結(jié)溫度為800°C 900°C，保溫時間為1-3小時，即得到剎車片摩擦塊。優(yōu)選的，所述壓坯的壓制壓力為400 lOOOMpa，更優(yōu)選的為800Mpa。所述燒結(jié)壓力為4Mpa，所述燒結(jié)溫度為800°C，燒結(jié)壓坯的保溫時間為2小時。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的顯著效果為:本發(fā)明應用了三元層狀碳化物鈦硅碳，鈦硅碳既具有很好的導熱性能、導電性能及高溫塑性等，又具有高的屈服強度、高熱穩(wěn)定性、高溫強度以及良好的抗氧化性能。且鈦硅碳具有比石墨更低的摩擦系數(shù)和更好的自潤滑性能。針對時速300Km/h以上高速列車提供了一種摩擦性能穩(wěn)定、熱強度高、抗熱疲勞性能優(yōu)良的高速列車剎車片；很好的解決了列車在300Km/h以上速度剎車時，由于剎車溫度高而引起的剎車片摩擦塊強度降低導致掉塊、開裂等問題。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明一種高速列車剎車片摩擦塊，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成:銅粉20-50、鐵粉5-20、鎳粉5-20、錳粉1_4、鈦硅碳2_15、石墨0_8、碳化硅2_10、鶴粉1-8、_二氧化鈦2-6、_二氧化硅2-10、欽粉1_4、招粉1-2和錫粉1-2。本發(fā)明所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，包括以下步驟:將剎車片摩擦塊原料粉末按配比放入三維混料機中，充分混配均勻；將混合好的粉末放入冷壓模具，在100 1500MPa的壓力下壓制，得壓坯；將所述壓坯固定在鋼背上，并在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為2 6Mpa，燒結(jié)溫度為800°C 900°C，保溫時間為
1-3小時，即得到剎車片摩擦塊。實施例1:取銅粉40公斤、鐵粉10公斤、鎳粉10公斤、錳粉2公斤、鈦硅碳10公斤、石墨2公斤、碳化娃6公斤、鶴粉4公斤、二氧化鈦3公斤、二氧化娃6公斤、鈦粉2公斤、招粉I公斤、錫粉I公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在SOOMPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓還固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為4Mpa,燒結(jié)溫度為800°C,保溫時間2小時，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實施例2:取銅粉50公斤、鐵粉15公斤、鎳粉20公斤、錳粉4公斤、鈦硅碳8公斤、石墨4公斤、碳化娃10公斤、鶴粉6公斤、二氧化鈦6公斤、二氧化娃8公斤、鈦粉3公斤、招粉1.5公斤、錫粉1.5公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在1500MPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為6Mpa，燒結(jié)溫度為900°C，保溫時間3小時，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實施例3:取銅粉45公斤、鐵粉10公斤、鎳粉15公斤、錳粉2公斤、鈦硅碳6公斤、石墨6公斤、碳化娃4公斤、鶴粉2公斤、二氧化鈦2公斤、二氧化娃6公斤、鈦粉4公斤、招粉I公斤、錫粉I公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在IOOOMPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為2MPa，燒結(jié)溫度為850°C，保溫時間I小時，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實施例4:取銅粉30公斤、鐵粉5公斤、鎳粉10公斤、錳粉I公斤、鈦硅碳15公斤、石墨I公斤、碳化娃2公斤、鶴粉8公斤、二氧化鈦4公斤、二氧化娃8公斤、鈦粉4公斤、招粉2公斤、錫粉2公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在600MPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為3MPa，燒結(jié)溫度為890°C，保溫時間1.5小時，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實施例5:取銅粉20公斤、鐵粉20公斤、鎳粉10公斤、錳粉3公斤、鈦硅碳10公斤、石墨4公斤、碳化娃6公斤、鶴粉2公斤、二氧化鈦5公斤、二氧化娃2公斤、鈦粉2公斤、招粉1.5公斤、錫粉1.5公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在IOOMPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為5MPa，燒結(jié)溫度為860°C，保溫時間1.5小時，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實施例6:取銅粉25公斤、鐵粉20公斤、鎳粉5公斤、錳粉I公斤、鈦硅碳4公斤、石墨8公斤、碳化娃4公斤、鶴粉6公斤、二氧化鈦4公斤、二氧化娃4公斤、鈦粉2公斤、招粉I公斤、錫粉2公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在1200MPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為4MPa，燒結(jié)溫度為870°C，保溫時間2.5小時，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實施例7:取銅粉35公斤、鐵粉15公斤、鎳粉5公斤、錳粉4公斤、鈦硅碳2公斤、石墨8公斤、碳化娃10公斤、鶴粉8公斤、二氧化鈦6公斤、二氧化娃8公斤、鈦粉3公斤、招粉I公斤、錫粉I公斤。按照上述配比稱取的原料放入三維混料機中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在400MPa的壓力下壓制得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為3MPa，燒結(jié)溫度為890°C，保溫時間2小時，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。本發(fā)明應用了三元層狀碳化物鈦硅碳，鈦硅碳既具有很好的導熱性能、導電性能及高溫塑性等，又具有高的屈服強度、高熱穩(wěn)定性、高溫強度以及良好的抗氧化性能。且鈦硅碳具有比石墨更低的摩擦系數(shù)和更好的自潤滑性能。針對時速300Km/h以上高速列車提供了一種摩擦性能穩(wěn)定、熱強度高、抗熱疲勞性能優(yōu)良的高速列車剎車片；很好的解決了列車在300Km/h以上速度剎車時，由于剎車溫度高而引起的剎車片摩擦塊強度降低導致掉塊、開裂等問題。
權(quán)利要求
1.一種高速列車剎車片摩擦塊，其特征是，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成: 銅粉20-50、鐵粉5-20、鎳粉5-20、錳粉1_4、鈦硅碳2_15、石墨0_8、碳化硅2_10、鎢粉1_8、_■氧化欽2-6、_■氧化娃2-10、欽粉1_4、招粉1-2和錫粉1-2。
2.如權(quán)利要求1所述的高速列車剎車片摩擦塊，其特征是，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成: 銅粉20-40、鐵粉5-12、鎳粉5-12、錳粉1-2、鈦硅碳2-10、石墨2-6、碳化硅3-8、鎢粉2-5、_■氧化欽3-6、_■氧化娃3-6、欽粉1_3、招粉1-2和錫粉1-2。
3.如權(quán)利要求1所述的高速列車剎車片摩擦塊，其特征是，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成: 銅粉20、鐵粉20、鎳粉IO、錳粉3、鈦硅碳IO、石墨4、碳化硅6、鎢粉2、二氧化鈦5、二氧化硅2、鈦粉2、鋁粉1.5和錫粉1.5。
4.如權(quán)利要求1所述的高速列車剎車片摩擦塊，其特征是，所述剎車片摩擦塊適用于350km/h以上的列車。
5.如權(quán)利要求1至3擇一所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是它包括以下步驟: 將剎車片摩擦塊原料粉末按配比放入三維混料機中，充分混配均勻；將混合好的粉末放入冷壓模具，在100 1500MPa的壓力下壓制，得壓坯；將所述壓坯固定在鋼背上，并在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為2 6Mpa，燒結(jié)溫度為800°C 900°C，保溫時間為1_3小時，即得到剎車片摩擦塊。
6.如權(quán)利要求5所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是，所述壓坯的壓制壓力為400 lOOOMpa。
7.如權(quán)利要求6所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是，所述壓坯的壓制壓力為800Mpa。
8.如權(quán)利要求5所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是所述燒結(jié)壓力為4Mpa0
9.如權(quán)利要求5所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是所述燒結(jié)溫度為800。。。
10.如權(quán)利要求5所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是所述燒結(jié)壓坯的保溫時間為2小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速列車剎車片摩擦塊及其制備方法，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成銅粉20-50、鐵粉5-20、鎳粉5-20、錳粉1-4、鈦硅碳2-15、石墨0-8、碳化硅2-10、鎢粉1-8、二氧化鈦2-6、二氧化硅2-10、鈦粉1-4、鋁粉1-2和錫粉1-2，將所述原料按配比放入三維混料機中混勻后放入冷壓模具壓制，得壓坯，將所述壓坯固定在鋼背上，并在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，即得到剎車片摩擦塊。本發(fā)明產(chǎn)品能避免列車在300km/h以上速度剎車時，由于剎車溫度高而引起的剎車片摩擦塊強度降低導致掉塊、開裂等問題。
文檔編號F16D69/02GK103115097SQ20131004457
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者劉英凱, 孟凡愛, 姚俊青 申請人:博深工具股份有限公司