[發明專利]一種雙層結構金屬基燒結制動塊及其制法

有效

• 申請號: 200910187257.1
• 申請日: 2009-09-04
• 公開（公告）號: CN101644304A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 高飛;宋寶韞;符蓉;王延輝
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: F16D65/04
• 分類號: F16D65/04;F16D69/02;B22F3/16;B22F7/02
• 代理公司: 大連科技專利代理有限責任公司
• 代理人: 于忠晶

技術領域：

本發明屬于摩擦材料制造技術領域，特別涉及金屬基燒結制動塊制造 工藝，尤其適用于制造鐵路車輛制動閘片和閘瓦。

背景技術：

摩擦制動產品是制動器、離合器的關鍵部件，廣泛用于汽車、摩托車、 列車、飛機等運輸工具及石油鉆井、風力發電等運動機械中。在制動中， 摩擦制動部件構成的摩擦副通過相互摩擦消耗運動車輛或設備的能量，達 到使運動車輛和設備停止的目的。隨著運動車輛和設備的動能提高，摩擦 制動部件的使用條件愈發苛刻，尤其在高速列車制造領域，制動摩擦副需 要在高溫高速條件下實現制動功能，因此，摩擦部件的工作環境隨列車的 速度提高而惡化。另一方面，為了提高列車的制動力而減少制動距離，人 們又不斷提高摩擦副的壓力、摩擦系數以及閘片的面積，同時，為提高摩 擦部件(制動閘瓦或制動閘片)的使用壽命，選用的材料的耐磨性不斷提 高。在這種情況下，一些新的矛盾又顯現出來，如，隨摩擦副面積的增加， 兩個大面積的平面完全接觸嚙合的難度增加，這往往需要摩擦副相互磨合 一段時間才可實現。因此，在磨合過程中，摩擦面的嚙合面積經歷了一個 由局部小區域到逐漸擴大的過程。在摩擦過程處于嚙合面積較小的期間， 施加的制動負荷完全作用在面積較小的區域，使接觸嚙合區域的壓力處于 遠高于設計壓力的狀態，當材料的耐磨性增加，這個磨合過程隨之增加， 當制動負荷高，摩擦副的接觸嚙合區域的壓力增加。這樣，在這個磨合過 程中，局部接觸區域處于高壓摩擦狀態，形成局部高溫狀態，局部高溫造 成了這個區域的膨脹，又加劇了高溫高壓狀態，從而在這一個區域形成了 “熱斑”。熱斑是造成摩擦副出現龜裂而損壞的重要原因，因此，隨材料的 耐磨性提高，熱斑問題日益突出。為解決這一問題，美國專利5,934,418 和歐洲專利EP1318321均通過在閘片的底板上增加球形機構或彈性墊片的 方法來調節接觸面積，起到減少熱斑的作用，從而達到改善制動力、提高 摩擦副壽命的目的。然而，這種方法帶來的問題是大大增加了制動閘片底 板機構的復雜性，使制造成本顯著增加，并且增加了制動閘片的重量，這 對降低車輛重量是不利的。同時，這種在底板上增加調節機構的方式僅能 實現對單個制動塊的調節，而當接觸面積的差別出現在不同的制動塊間時， 則調節作用不大，實際上，接觸面積的最大差別往往表現在不相鄰的制動 塊間。

發明內容：

本發明的目的是提出一種雙層結構金屬基燒結制動塊及制造工藝，這 種制動塊具有雙層結構，兩層結構是由組份不同的兩種材料組成，是在摩 擦片表面制造一層轉移性好的摩擦材料，通過這層材料的轉移，快速實現 摩擦面的大面積接觸嚙合，從而避免局部高應力區的長期存在，大大減少 熱斑現象，達到改善制動力，增加摩擦副壽命的目的。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種雙層結構金屬基燒結 制動塊，制動塊為雙層結構，一層為表層，由低耐磨材料制造，另一層為 基層，由高耐磨材料制造；表層的頂面為摩擦面，另一個面與基層的一個 面相連接，基層的另一個面與底板或底板附件相連接；表層和基層材料的 成分有差別，但均為金屬基燒結摩擦材料，金屬基燒結摩擦材料采用銅基 或者鐵基金屬為基體，含有摩擦組元和潤滑組元。

所述表層與基層的摩擦系數均處于同一波動范圍內，表層在磨合期間 能實現材料在摩擦表面的轉移，使摩擦副間實現快速大面積嚙合，基層的 摩擦性能滿足制動性能要求。

所述構成制動塊表層和基層的金屬基燒結摩擦材料，其金屬基體的成 分含量為50-85％wt，摩擦組元的成分含量為4-20％wt，潤滑組元的成分 含量為5-20％wt。

所述銅基燒結摩擦材料中，銅基為銅或銅合金，含有鐵、錫、鋁、鉻 元素中的至少一種；鐵基燒結摩擦材料中，鐵基為鐵或低碳鐵合金，含有 銅、鎳、錫、鋁、鉻、錳元素中的至少一種。

所述摩擦組元是從Al₂O₃、SiO₂、SiC、鉻鐵合金、硬質合金、莫來石、 硼酸鋁、硫酸鋇、天然硅石、碳酸鈣中選擇至少一種。

所述潤滑組元石墨或二硫化鉬或二者的組合。

所述表層與基層相比，表層中基體金屬含量低1-50％wt，潤滑組元 含量高1-40％wt。

所述由表層向基層的成分過渡呈剃度分布，或者呈跳躍式變化。

所述表層與基層存在結合面，在結合面上，兩層材料的金屬基體的連 接是冶金結合。