[發明專利]高速鐵路用Ti2AlC增強青銅基制動閘片材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310204007.0
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103273058A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 柏躍磊;赫曉東;王帥;孔繁宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高會會

技術領域

本發明涉及一種用于高速鐵路列車閘片的金屬基復合材料及其制備方法，屬粉末冶金材料技術領域。

背景技術

隨著國民經濟的快速發展，鐵路客貨運輸量迅速增加，鐵路運輸的高速化已成為必然的發展趨勢。我國在“十一五”計劃綱要指出，要逐步實現客運專線高速化，列車時速要提高到200～250公里，最高時速應大于300公里，在十二五規劃制定期間，高鐵更是被提升為十二五期間戰略新興產業中的優先發展領域，隨著京廣高鐵和哈大高鐵通車，“四縱四橫”鐵路快客通道的逐步實現，我國已經進入高速鐵路時代。但我國高速鐵路的閘片材料尚需依賴進口，250公里以上時速的高鐵閘片尚無法自主生產。

列車速度的不斷提高對其制動性能也提出了越來越嚴格的要求。高速鐵路用制動閘片材料目前發展最成熟應用最廣泛的是粉末冶金摩擦材料，它由基體，摩擦劑，潤滑劑組成。但傳統的粉末冶金摩擦材料在高速鐵路制動閘片應用上具有很多問題：由于列車制動的高速摩擦產生高溫，這就要求材料具有良好的導熱性以防止過高的溫度梯度造成閘片的破壞。而傳統粉末冶金摩擦材料中的摩擦劑如二氧化硅，其低的導熱系數和與基體弱的界面結合造成阻斷效應，使材料整體導熱系數降低；同時由于摩擦劑硬度很高且塑性很差，會造成閘片對配副材料的嚴重磨損；為降低磨損，傳統粉末冶金摩擦材料要加入很大比例的潤滑劑如石墨，這會極大的影響材料的整體力學性能。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的高速鐵路用制動閘片材料導熱性差，摩擦劑硬度高且塑性很差，會造成閘片對配副材料的嚴重磨損的技術問題，提供了一種高速鐵路用Ti₂AlC增強青銅基制動閘片材料及其制備方法。

高速鐵路用Ti₂AlC增強青銅基制動閘片材料按照體積份數由45～75份銅粉、0.01～10份錳粉、0.01～12份鋁粉、1～30份Ti₂AlC粉、0.01～20份鐵粉、0.01～10份鎳粉、0.01-10份二氧化硅、0.01～12份錫粉、5～40份石墨、0.01～20份氮化硼和0.01～10份二硫化鉬制成。

高速鐵路用Ti₂AlC增強青銅基制動閘片材料的制備方法按照以下步驟進行：

一、按照體積份數稱取45～75份銅粉、0.01～10份錳粉、0.01～12份鋁粉、1～30份Ti₂AlC粉、0.01～20份鐵粉、0.01～10份鎳粉、0.01-10份二氧化硅、0.01～12份錫粉、5～40份石墨、0.01～20份氮化硼和0.01～10份二硫化鉬；

二、將步驟一稱取的原料干燥，然后再球磨混合12～36小時，得原料粉；

三、將經過步驟二得到的原料粉放入石墨模具，真空保護下以10℃/min的升溫速度升溫加載，施加載荷為1～35MPa，當溫度升至700～1100℃，保溫0.5～6小時，即得高速鐵路用Ti₂AlC增強青銅基制動閘片材料。

Ti₂AlC是一種三元層狀化合物。它既具有陶瓷的諸多優點，比如高模量(楊氏模量277.6GPa，剪切模量118.8GPa)，高強度。也具有金屬的某些性能(比如低硬度，可加工，良好導電導熱性能，有較高的損傷容限)，同時因其具有與石墨類似的層狀結構而具有一定的自潤滑功能。三元層狀陶瓷Ti₂AlC因具有上述優異性能而成為銅合金理想的增強相。

本發明提供一種以Ti₂AlC為增強相，銅合金為基體，石墨和六方氮化硼為潤滑劑的高速鐵路用Ti₂AlC增強青銅基制動閘片材料。

本發明的優點如下：

1、以銅合金粉和具有自潤滑功能的Ti₂AlC粉末為主要原料；

2、利用熱壓工藝使燒結，成型一次完成，無需二次燒結和再加工；

3、通過熱壓工藝合成的復合材料具有可控的界面反應，隨反應溫度不同界面反應及結合程度不同；

4、產物致密度高，具有良好的綜合力學性能，壓縮強度高(270MPa～350MPa)，耐磨性好，導電導熱性能好，材料成品率高；

5、閘片材料摩擦系數穩定，經銷盤摩擦磨損測試摩擦系數在0.35左右波動，磨損率低，摩擦性能穩定，對制動盤材料磨損小。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。