[發明專利]一種含混合石墨的銅基粉末冶金摩擦材料及制備方法

有效

• 申請號: 202110278542.5
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112981171B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 樊江磊;王霄;郝源豐;吳深;王艷;李瑩;周向葵;劉建秀
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/05;C22C1/10;B22F3/02;B22F3/10;B22F3/14
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

本發明公開一種含混合石墨的銅基粉末冶金摩擦材料及制備方法，該材料主要包含Cu、Fe、Cr?Fe、MoS₂、Sn、焦炭和鱗片石墨。其中各成分質量百分比如下：Cu（余量）、Fe（12~16%）、Cr?Fe（12~16%）、MoS₂（2~4%）、Sn（1~4%）、焦炭（1~9%）和鱗片石墨（1~9%）。焦炭和鱗片石墨的總量不高于9%，二者以適當的比例加入。原料粉末經混料、冷壓、燒結三步形成摩擦材料。本發明提供的含混合石墨的銅基摩擦材料在高速制動條件下具有摩擦系數高，摩擦性能穩定的特點。由于材料中含有焦炭，在保證了強度和摩擦系數的同時，緩解了制動過程中的摩擦振動現象，從而提高了銅基摩擦材料的摩擦磨損性能及其穩定性，尤其適用于高速列車制動閘片。

技術領域

本發明屬于摩擦材料制造技術領域，特別涉及一種含混合石墨的銅基粉末冶金摩擦材料及制備方法，尤其是用于制造高速列車的制動閘片材料。

背景技術

目前高速列車中使用最廣泛的制動材料為銅基粉末冶金摩擦材料，這類材料大多以銅為基體，含有鐵、二氧化硅、鉻鐵合金等硬質顆粒組成的增磨相，以及石墨、二硫化鉬等固體潤滑顆粒組成的潤滑相。基體主導著材料的強度、韌性和導熱性等整體性能。增磨相鐵、二氧化硅、鉻鐵合金等硬質顆粒起到增磨作用。增磨相具有很高的硬度和強度，能夠增加摩擦系數，同時防止基體流失從而提高耐磨性。而石墨等潤滑相，起到潤滑作用，可調整摩擦系數，提高摩擦材料的工作穩定性和耐磨性，也有利于降低對偶材料的磨損，并使摩擦副工作平穩。隨著列車速度及制定負荷的不斷增加，制動材料工作過程表面平均溫度達到500℃以上，瞬時溫度接近1000℃以上，對銅基粉末冶金材料的摩擦磨損性能提出了更高的要求。然而，現有銅基摩擦材料在這種服役條件下易于出現摩擦系數不穩定，磨損量大等問題。因此，亟需開發新的摩擦材料，彌補現有摩擦材料的不足。

在銅基粉末冶金摩擦材料方面，已有一些相關專利報道。

如中國專利申請號200610134187.X（一種銅基粒子強化摩擦材料）描述的銅基粉末冶金摩擦材料，其配方為Cu（30~70%）、Fe（5~18%）、Cr-Fe（0~15%）、SiO₂（2~15%）、Al₂O₃（2~15%）、Sn（4~11%）、Al(1~15%)和鱗片石墨（5~20%）。其摩擦材料的摩擦系數為0.35~0.49，磨損量0.41~0.65cm³/MJ。

如中國專利申請號201710085015.6（銅基粉末冶金摩擦材料及其制備方法）描述的銅基粉末冶金摩擦材料，其配方為Sn（6~8%）、Fe（3~6%）、Ni（4~7%）、SiO₂（4~7%）、石墨粉（5~6%）、納米SiC（0.5~4%）、Cu（余量）。其摩擦材料的摩擦系數為0.28~0.47。

中國專利申請號201710907845.2公布了一種利用3D打印裝置制備摩擦材料的方法，對比文件中公開了：Cu：40~60%、Fe：5~30%、Sn：1~15%、Cr：0~10%、Cr-Fe：0~8%、SiO₂：5~10%、Al₂O₃：3~15%，MoS₂：0~6%、石墨：5~12%。但是，在摩擦材料中只采用石墨組元只為單一石墨。

中國專利公開號CN105014956A公布了一種適于復合材料硬膠接結構的閉角內增壓工藝，該專利中使用了人造石墨和鱗片石墨的混合物加入樹脂基摩擦材料中，可降低材料的熱衰退，但是對比文件提及的材料基本為有機物，大多用于制動能量較低的汽車等運輸工具的制動，制動能量和制動時材料的瞬時溫度均較低。而銅基摩擦材料多用于高速列車，制動能量大、瞬時溫度高，可達500℃以上。而且，此專利涉及的材料中，由鱗片狀石墨和人造石墨組成的潤滑劑含量為11~15%。