[發(fā)明專利]一種均勻連續(xù)鐵相增強銅高鐵制動摩擦塊及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111402393.5
• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號: CN113976859A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黎振華;李顥;徐慧燕;解靖偉
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: B22D19/02
• 分類號: B22D19/02;B22D18/02;B22F10/28;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y80/00;F16D65/04
• 代理公司: 昆明隆合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 53220
• 代理人: 龍燕

本發(fā)明公開一種均勻連續(xù)鐵相增強銅高鐵制動摩擦塊及其制備方法，屬于新材料領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法為，首先根據(jù)摩擦塊外形和尺寸，設(shè)計均勻連續(xù)鐵相增強體的三維數(shù)字模型，然后通經(jīng)過粉床熔化增材制造系統(tǒng)制備獲得鐵相增強體，最后將鐵相增強體置于摩擦塊模具中，通過擠壓鑄造與銅液結(jié)合，獲得均勻連續(xù)鐵相增強銅高鐵制動摩擦塊。本發(fā)明工藝簡單，發(fā)明的摩擦塊的連續(xù)鐵相增強體具有連續(xù)均勻分布、應(yīng)力集中小不易破壞的特征；摩擦塊的性能能夠通過改變增強體成分、鐵相增強體形狀和壁厚以及銅基體成分，實現(xiàn)有效調(diào)控，滿足不同工況條件的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種均勻連續(xù)鐵相增強銅高鐵制動摩擦塊及其制備方法，屬于新材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高鐵制動摩擦塊是安裝在高鐵制動裝置上、保障高鐵安全運行的消耗型核心關(guān)鍵零部件。它要求有高的摩擦系數(shù)和穩(wěn)定性，在高溫、高壓和高速條件下，剎車片摩擦塊的摩擦系數(shù)足夠高且有足夠的穩(wěn)定性；不與摩擦副表面發(fā)生粘結(jié)，不產(chǎn)生摩擦表面的剝落、擦傷、焊結(jié)及其他毀壞性的破壞；要具有良好的導(dǎo)熱性能和耐熱性能，可以在900～1000℃瞬時和300～400℃長時間工作，機械性能和摩擦性能保持不變；熱疲勞性能好、線性膨脹系數(shù)小、強度高，耐磨性優(yōu)良。銅有良好的導(dǎo)熱性能和加工性能，但純銅強度、硬度和耐磨性低，不能直接用做高鐵剎車片摩擦塊。目前高鐵剎車片摩擦塊通常采用粉末冶金銅基復(fù)合材料。這種材料是在銅粉中添加陶瓷顆粒、石墨、二硫化鉬等顆粒后，通過粉末冶金工藝制備，其工藝過程復(fù)雜、成本高。

與粉末冶金工藝相比，擠壓鑄造方法工藝簡單，成本低廉。但擠壓鑄造成形時，增強體顆粒的分布難以在基體中均勻分布，容易出現(xiàn)團(tuán)聚等問題。如何實現(xiàn)增強體在復(fù)合材料中均勻可控，是這一方法面臨的主要難題。此外，現(xiàn)有的粉末冶金方法制備的高鐵剎車片摩擦塊，粉末顆粒與顆粒之間各自獨立存在，不能形成連續(xù)空間分布結(jié)構(gòu)，運行過程中顆粒容易剝落，導(dǎo)致耐磨性和導(dǎo)熱性下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供均勻連續(xù)鐵相增強銅高鐵制動摩擦塊的制備方法，該方法流程短、成本低，克服了現(xiàn)有粉末冶金摩擦塊制造工藝流程長、成本高的缺點，具體包括以下步驟：

（1）根據(jù)高鐵制動摩擦塊外形尺寸，設(shè)計均勻連續(xù)鐵相增強體的三維數(shù)字模型。

（2）將均勻連續(xù)鐵相增強體的三維數(shù)字模型切片離散后，導(dǎo)入粉床熔化增材制造系統(tǒng)中，使用鐵基合金粉末，制備獲得均勻連續(xù)鐵相增強體。

（3）將鐵相增強體置于摩擦塊模具中，通過擠壓鑄造與銅液結(jié)合，獲得均勻連續(xù)鐵相增強銅高鐵制動摩擦塊。

本發(fā)明步驟（1）中所述鐵相增強體為單一圓形或三角形、四邊形等任意多邊形在周長平面內(nèi)連續(xù)拓?fù)淦戒伒玫降倪B續(xù)體，具體形狀根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，其平鋪后的面積大小根據(jù)摩擦塊工作面完全填充確定；高度尺寸以實現(xiàn)摩擦塊高度方向完整填充確定。當(dāng)為連續(xù)圓增強體時，單個圓形的直徑為2mm-8mm，壁厚為0.1-2mm。當(dāng)為連續(xù)多邊形增強體時，單個多邊形內(nèi)切圓直徑為1.5mm-6mm，壁厚為0.1-2mm。

本發(fā)明步驟（2）中所述用于制備均勻連續(xù)圓形鐵相增強體的原材料為鐵基球形粉末，粉末直徑為20~200微米，粉末成分為純Fe或含有其它合金元素的鐵合金；當(dāng)為含有其它合金元素的鐵合金時，改變元素的種類和含量可以實現(xiàn)增強體性能的調(diào)控。

本發(fā)明步驟（3）中所述銅液為純銅或含有其它合金元素的銅合金熔煉后獲得；當(dāng)為含有其它合金元素的銅合金時，改變元素的種類和含量，可以改變銅基體的性能。

本發(fā)明步驟（3）中，澆鑄溫度為銅或銅合液相線以上100℃~150℃，擠壓鑄造時壓力范圍為5~40MPa、保壓時間5~10min。