一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种高铁制动器的关键部件及其制造方法，尤其是一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料及其制备方法。

背景技术：

高速铁路是我国领先于世界发达国家的先进集成技术之一,目前投入运营的里程已达到10000公里,正在建设中的高速铁路1万多公里；预计到2021年中国高铁总里数将超过3万公里,居世界第一,是世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。

高速铁路的快速发展，使得列车制动系统承受着越来越大的负荷，对列车的制动技术提出了更为苛刻的要求。尤其是列车遇到突发状况时的紧急制动，主要依靠车辆制动系统中的闸片和制动盘之间的滑动摩擦实现最终停车，制动闸片作为列车制动系统的关键部件之一，它的性能直接关系到列车制动的安全性和乘坐的舒适性。高铁制动闸片具有:(1)高温摩擦系数稳定性。在高的温度、压力和速度情况下,需要闸片的摩擦系数足够高,并且有足够的稳定性。制动磨合时,闸片摩擦系数的变化不得超过磨合完成后同样条件下所得数值的:±15％。在其他条件不变时,在最大接触压力、潮湿情况下得到的平均摩擦系数相对于干燥条件下的变化不能超过±15％。(2)高的抗粘结性。不与摩擦副工作表面发生粘结,不产生摩擦表面的剥落、擦伤、挥结及其他毁坏性的破坏。(3)高的耐热性。要能保持瞬时摩擦升温到900～1OOO℃和长时间摩擦升温到300～400℃时,其机械性能和摩擦性能基本保持不变。(4)高的热物理稳定性。摩擦材料应当能承受频繁的热变化,即能抗热疲劳,同时还应具有相当高的导热系数、比热值和尽可能小的线性膨胀系数。(5)足够的机械强度。材料不应产生破裂、分层、深裂纹、剥落和与钢背剥离的情况；保证可行的磨损速率。(6)高的耐磨性。对于闸片,UIC允许的磨耗量是0.35cm³/MJ。(7)高的环境友好性。制动时应平稳、噪音低且材质环保。应能长期在潮湿环境下和温度范围在-60℃～+50℃下具有较强的抗腐烛性。因此,高速列车制动闸片的制备是一项难度很高的关键技术。

技术实现要素：

本发明的目的是满足上述背景技术要求，提供一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料，该摩阻材料应当具有稳定的摩擦、磨损性能，良好的强度和韧性,较高的抗热龟裂性、良好的耐热性和耐疲劳性及导热性和较低的制动噪音,对车轮损害小,使用寿命长,且随符合环保等要求。

本发明的另一个目的是提供一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料的制备方法，该方法应具有工艺简单、制作方便以及成本较低的特点。

本发明提供的技术方案是：一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料，包含的原料及重量份为：

雾化铜粉20～42份，铬铜合金粉10～20份，氧化铝弥散强化铜粉7～20份，羰基铁粉25～50份，陶瓷粉10～25份，氟化钙1～5份，钛粉1～3份，锌锰合金粉0.5～4份，钼粉1～3份，胶体石墨8～20份，二硫化钼1～3份，三氧化二铝1～3份，以及前述原料总重量的1～2％的液体石腊。

所述各种原材料中雾化铜粉、铬铜合金粉、氧化铝弥散强化铜粉、羰基铁粉、钛粉、锌锰合金粉、钼粉的粒度1200～1500目；陶瓷粉、氟化钙的粒度1800～2000目；胶体石墨、二硫化钼、三氧化二铝的粒度1000目；液体石腊为粘稠液体。

所述高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料，包含的原料及重量份为：

雾化铜粉20～30份；铬铜合金粉10～12份；氧化铝弥散强化铜粉7～11份；羰基铁粉28～36份；陶瓷粉15～22份；氟化钙1.5～2份；钛粉1份；锌锰合金粉1.5～2份；钼粉1～1.5份；胶体石墨12～20份；二硫化钼1～1.8份；三氧化二铝1～2份；液体石腊用量为前述原料总重量的1～2％。

上述一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料的制备方法，按照以下步骤进行；

1)按配方称取各种原材料备用；

2)将雾化铜粉、铬铜合金粉、氧化铝弥散强化铜粉、羰基铁粉、陶瓷粉、氟化钙、钛粉、锌锰合金粉、钼粉置入行星式球磨混料机中,转速设定300r/min混合60～80分钟；接着将混合均匀的粉体混合料与胶体石墨、二硫化钼、三氧化二铝、液体石腊投入V型混料机内以70rpm速率混合70～80分钟，然后取出混合均匀的粉料备用；

3)压制：将粉料放在模腔内压制成坯件；成型压力为600Mpa±10Mpa，成型时间1～3分钟；

4)烧结：将压制成型的坯件放入钟罩烧结炉中烧结；以氮气和氢气的混合气体(氮气与氢气的体积比为2:1)作为还原保护气体，烧结温度为1050℃～1100℃，烧结压力为3～5MPa，保温120～150分钟，之后随炉冷却。

5)机加工组装：对烧结后的闸片与背板进行组装机加工。

本发明的有益效果是：该高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料，具有稳定的摩擦、磨损性能，良好的强度和韧性,较高的抗热龟裂性、良好的耐热性和耐疲劳性及导热性和较低的制动噪音,对车轮损害小,使用寿命长,且符合环保等要求。经测试(制动初速度为50～380Km/h，双侧闸片压力为12～31.5KN，试验环境为干燥和潮湿两种状态)，各项技术指标均符合TJ/CL 307-2014高铁动车组闸片的技术规范并优于同类产品。此外，该闸片的所有原材料均可外购获得，不但符合环保要求，而且制造工艺简便，成本较低，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明所述高铁制动用金属+陶瓷基闸片的主视结构示意图。

图2是图1的俯视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

附图所示的高铁制动用金属+陶瓷基闸片，包括背板以及镶嵌固定在背板一个面上的高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料(简称摩阻材料)；以下提供若干摩阻材料的实施例。

实施例1

一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料由以下重量份的原料组成：

雾化铜粉23份；铬铜合金粉11份；氧化铝弥散强化铜粉10份；羰基铁粉36份；陶瓷粉15份；氟化钙1.5份；钛粉1份；锌锰合金粉1.5份；钼粉1份；胶体石墨12份；二硫化钼1份；三氧化二铝1份；液体石腊用量为前述原料总重量的1％。

上述一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料的制备方法，按照以下步骤进行；

1)按配方称取各种原材料备用；

2)将雾化铜粉、铬铜合金粉、氧化铝弥散强化铜粉、羰基铁粉、陶瓷粉、氟化钙、钛粉、锌锰合金粉、钼粉置入行星式球磨混料机中,转速设定300r/min混合60分钟。接着将混合均匀的粉体混合料与胶体石墨、二硫化钼、三氧化二铝、液体石腊投入V型混料机内以70rpm速率混合70分钟，然后取出混合均匀的粉料备用；

3)压制：将粉料放在模腔内进行压制成坯件，成型压力为600Mpa±1Mpa；成型时间1分钟；

4)烧结：将压制成型的坯件放入钟罩烧结炉中，以氮气和氢气的混合气体作为还原保护气体，烧结温度为1050℃，烧结压力为3MPa，保温120分钟，之后随炉冷却。

5)机加工组装：对烧结后的闸片与背板进行组装机加工。

实施例2

一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料由以下重量份的原料组成：

雾化铜粉20份；铬铜合金粉12份；氧化铝弥散强化铜粉11份；羰基铁粉30份；陶瓷粉22份；氟化钙1.5份；钛粉1份；锌锰合金粉1.5份；钼粉1份；胶体石墨16份；二硫化钼1.5份；三氧化二铝1.5份；液体石腊用量为前述原料总重量的1.5％。

所述各种原材料中雾化铜粉、铬铜合金粉、氧化铝弥散强化铜粉、羰基铁粉、钛粉、锌锰合金粉、钼粉的粒度1200～1500目；陶瓷粉、氟化钙的粒度1800～2000目；胶体石墨、二硫化钼、三氧化二铝的粒度1000目；液体石腊为粘稠液体。

上述一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料的制备方法，按照以下步骤进行；

1)按配方称取各种原材料备用；

2)将雾化铜粉、铬铜合金粉、氧化铝弥散强化铜粉、羰基铁粉、陶瓷粉、氟化钙、钛粉、锌锰合金粉、钼粉置入行星式球磨混料机中,转速设定300r/min混合70分钟；接着将混合均匀的粉体混合料与胶体石墨、二硫化钼、三氧化二铝、液体石腊投入V型混料机内以70rpm速率混合75分钟，然后取出混合均匀的粉料备用；

3)压制：将粉料放在模腔内进行压制成坯件，成型压力为605Mpa±1Mpa；成型时间2分钟；

4)烧结：将压制成型的坯件放入钟罩烧结炉中，以氮气和氢气的混合气体(氮气与氢气的体积比为2:1)作为还原保护气体，烧结温度为1070℃，烧结压力为4MPa，保温135分钟，之后随炉冷却。

5)机加工组装：对烧结后的闸片与背板进行组装机加工。

实施例3

一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料由以下重量份的原料组成：

雾化铜粉30份；铬铜合金粉10份；氧化铝弥散强化铜粉7份；羰基铁粉28份；陶瓷粉18.5份；氟化钙2份；钛粉1份；锌锰合金粉2份；钼粉1.5份；胶体石墨20份；二硫化钼1.8份；三氧化二铝2份；液体石腊用量为前述原料总重量的2％。

所述各种原材料中雾化铜粉、铬铜合金粉、氧化铝弥散强化铜粉、羰基铁粉、钛粉、锌锰合金粉、钼粉的粒度1200～1500目；陶瓷粉、氟化钙的粒度1800～2000目；胶体石墨、二硫化钼、三氧化二铝的粒度1000目；液体石腊为粘稠液体。

上述一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料的制备方法，按照以下步骤进行；

1)按配方称取各种原材料备用；

2)将雾化铜粉、铬铜合金粉、氧化铝弥散强化铜粉、羰基铁粉、陶瓷粉、氟化钙、钛粉、锌锰合金粉、钼粉置入行星式球磨混料机中,转速设定300r/min混合80分钟。接着将混合均匀的粉体混合料与胶体石墨、二硫化钼、三氧化二铝、液体石腊投入V型混料机内以70rpm速率混合80分钟，然后取出混合均匀的粉料备用；

3)压制：将粉料放在模腔内进行压制成坯件，成型压力为610Mpa±1Mpa；成型时间3分钟；

4)烧结：将压制成型的坯件放入钟罩烧结炉中，以氮气和氢气的混合气体(氮气与氢气的体积比为2:1)作为还原保护气体，烧结温度为1100℃，烧结压力为5MPa，保温150分钟，之后随炉冷却。

5)机加工组装：对烧结后的闸片与背板进行组装机加工。

上述加工方法获得的闸片，经过了对比检测，获得数据如下：

结论：从上表中三种产品在不同制动条件、环境、压力、温度下的摩擦、磨损性能对比，该发明的一种高铁制动用金属+陶瓷基闸片摩阻材料在各方的性能方面均优于国内同类产品以及国外产品，可以满足客户的技术要求。