[發(fā)明專(zhuān)利]金屬基復(fù)合材料制動(dòng)閘片及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110352382.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113102757B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅明良
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海連縱軌道交通科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B22F5/00
• 分類(lèi)號(hào): B22F5/00;B22F1/12;B22F3/02;B22F3/14;F16D69/02
• 代理公司: 上海京滬專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 31235
• 代理人: 馬強(qiáng)

本發(fā)明提供一種金屬基復(fù)合材料制動(dòng)閘片及其制備方法，屬于制動(dòng)閘片制造技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明制動(dòng)閘片的原料配方中包括以下組分：金屬粉末：銅粉，鐵粉，鉻鐵粉，鋯砂，硼鐵粉，鉬鐵粉，鎢粉，二硫化鉬粉；非金屬粉末：天然顆粒狀石墨，天然鱗片狀石墨，人造顆粒狀石墨；納米銅線(xiàn)；本發(fā)明將各原料組分充分混合后壓制成型，所得坯體經(jīng)熱壓燒結(jié)、等溫冷卻后即制得制動(dòng)閘片。本發(fā)明的制動(dòng)閘片的摩擦系數(shù)穩(wěn)定性好，材料的磨損率低；材料的導(dǎo)熱性能好，可有效減少制動(dòng)過(guò)程中摩擦材料在制動(dòng)盤(pán)上的粘著，對(duì)制動(dòng)盤(pán)損傷較小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及剎車(chē)閘片的制造技術(shù)，尤其涉及一種金屬基復(fù)合材料制動(dòng)閘片及其制備方法，屬于高速列車(chē)制動(dòng)設(shè)備制造生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前,廣泛應(yīng)用于高速列車(chē)制動(dòng)閘片的主要是銅基粉末冶金制動(dòng)閘片。隨著中國(guó)高鐵的快速發(fā)展，制動(dòng)速度逐漸提高，制動(dòng)載荷不斷加大；銅基粉末冶金制動(dòng)閘片表面工作溫度和應(yīng)力都逐漸加大。根據(jù)《動(dòng)車(chē)組新型閘片運(yùn)用考核緊急制動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)大綱》要求，速度300km/h運(yùn)行的列車(chē)在緊急情況下制動(dòng)時(shí)，摩擦制動(dòng)系統(tǒng)必須能夠使列車(chē)在3800m的制動(dòng)距離內(nèi)停車(chē)。在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)消耗巨大的動(dòng)能，每平方毫米的制動(dòng)材料需要在短時(shí)間內(nèi)散失450焦耳的能量，制動(dòng)盤(pán)/制動(dòng)閘片接觸面處的閃點(diǎn)溫度可達(dá)1000℃以上。因此，在緊急制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生如此高的溫度對(duì)于銅基粉末冶金制動(dòng)閘片要保持穩(wěn)定的摩擦系數(shù)來(lái)說(shuō)是巨大的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在使用的銅基粉末冶金制動(dòng)閘片主要包括銅粉、摩擦組元以及潤(rùn)滑組元等，其材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般在35W/m·K左右。其材料的導(dǎo)熱系數(shù)主要依靠銅粉建立材料內(nèi)部的導(dǎo)熱通道。依據(jù)現(xiàn)有動(dòng)車(chē)組閘片的制備工藝，銅粉在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)軟化，銅顆粒之間會(huì)形成點(diǎn)接觸或面接觸，從而建立起內(nèi)部的導(dǎo)熱通道；但其內(nèi)部的導(dǎo)熱通道也存在被非金屬成分阻斷的情況。故現(xiàn)有使用的銅基粉末冶金制動(dòng)閘片的導(dǎo)熱系數(shù)都偏低，難以滿(mǎn)足高速列車(chē)快速發(fā)展對(duì)制動(dòng)材料的要求。在新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條件下，制動(dòng)速度和制動(dòng)載荷都急劇提高，制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，熱量若不能及時(shí)散失，會(huì)使制動(dòng)盤(pán)/制動(dòng)閘片接觸面處的溫度急劇升高，從而導(dǎo)致制動(dòng)閘片表面軟化，與制動(dòng)盤(pán)粘著，致使摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，難以滿(mǎn)足高速列車(chē)的運(yùn)行要求。

CN101602105B公開(kāi)了一種金屬基粉末冶金制動(dòng)閘片材料，由如下原料制成：Cu-Sn機(jī)械合金粉10-80％、Ti-C機(jī)械活化粉1.25-15％、Fe粉2-65％、Ni粉0-10％、Cr粉0-12％、Al2O3粉2-8％和石墨7.75-23％組成。其中Cu-Sn機(jī)械合金粉由Sn粉占6-10％的Cu粉與Sn粉預(yù)先經(jīng)過(guò)機(jī)械合金化制成；Ti-C機(jī)械活化粉由2∶1至8∶1的Ti粉和C粉預(yù)先經(jīng)過(guò)機(jī)械活化制成，并在燒結(jié)時(shí)形成TiC。上述配方中由于錫是低熔點(diǎn)(231.86℃)金屬，制動(dòng)表面的瞬間摩擦高溫足以使其軟化甚至融化，一樣會(huì)產(chǎn)生粘著和粘著磨損現(xiàn)象，致使上述閘片材料在列車(chē)高速制動(dòng)情況下摩擦系數(shù)波動(dòng)較大，且隨著服役時(shí)間的推移，材料的強(qiáng)度和摩擦性能都將急劇衰減，與全新?tīng)顟B(tài)相比磨損狀態(tài)下的摩擦系數(shù)會(huì)大幅降低、磨耗量增加，導(dǎo)致上述制動(dòng)閘片不能有效制動(dòng)。另外，上述配方中Al2O3粉含量高達(dá)2-8％，不能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)TJ/CL307-2019《動(dòng)車(chē)組閘片暫行技術(shù)條件》中有關(guān)限制元素含量的要求。

CN106238722B公開(kāi)了一種具有高摩擦系數(shù)的制動(dòng)閘片，包括以下原料組分：銅源，52-62重量份；共析鋼研磨粉，8-12重量份；鍍銅石墨粉，6-15重量份；硫化亞鐵，2-6重量份；鎳源，3-8重量份；二氧化硅，4-6重量份；氧化鉬，6-12重量份。上述配方以銅為主，含有共析鋼研磨粉，摩擦組元以二氧化硅為主；以此配方制備的制動(dòng)閘片雖然在高速制動(dòng)情況下具有摩擦系數(shù)高、磨損小的特點(diǎn)，但是由于含有較高含量的硬質(zhì)顆粒二氧化硅，此閘片對(duì)制動(dòng)盤(pán)表面的磨損較大，且隨著服役時(shí)間的推移，制動(dòng)盤(pán)表面會(huì)產(chǎn)生較多的劃痕、犁溝等損傷。而且，上述配方中二氧化硅含量高達(dá)4-6重量份，不能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)TJ/CL307-2019《動(dòng)車(chē)組閘片暫行技術(shù)條件》中有關(guān)限制元素含量的要求。另外，上述配方制動(dòng)閘片分別在300km/h、350km/h時(shí)制動(dòng)的摩擦系數(shù)高達(dá)0.421-0.468，已經(jīng)超出了標(biāo)準(zhǔn)TJ/CL307-2019《動(dòng)車(chē)組閘片暫行技術(shù)條件》要求的摩擦系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容