一种高性能风电高速轴制动片及其制备方法与流程

本发明涉及一种高性能风电高速轴制动片及其制备方法。

背景技术：

高速轴制动片是风电机组中不可或缺的组成零件，其性能直接影响着机组的可靠性和安全性。随着风电产业的快速发展，风电机组向着高速、高载的方向发展，风电机组制动片损坏是风电机组产生故障的主要原因之一。

当前国内摩擦材料的主性能缺陷是：材料压缩强度差、高温时容易变形且摩擦系数不稳定、噪音污染严重。同时摩擦材料中普遍存在的重金属pb对环境的污染也是相当严重，无法满足现代工业发展及环保要求，目前国内市场上的风电摩擦片均为进口，价格非常高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高性能风电高速轴制动片及其制备方法，所述制动片具有稳定的摩擦因数，强度高，耐磨性好，其中的摩擦块的导热性好，性能稳定，寿命长，显著提高了风机的发电效率。

本发明所提供的风电高速轴制动片摩擦材料，由如下质量百分比组成的原料制成：

铜粉50～80％；

铁粉1～6％；

高碳铬铁3～10％；

铜包石墨8～20％；

铜合金粉末8～20％；

具体可为：

铜粉67％；

铁粉3％；

高碳铬铁5％；

铜包石墨15％；

铜合金粉末10％。

本发明采用铜包石墨作为原料，解决了石墨与铜润湿结合不好的问题，同时产品成型压力由5mpa降为2mpa，降低成型压力后，不但可以降低压制工艺能耗，更提高了成型模具寿命。根据产品试验，原有成型模具寿命为1.5万次，压力降低后可达到2.5万次。

在所述摩擦材料的基础上，本发明进一步提供了一种风电高速轴制动片的制备方法，包括如下步骤：

1)将所述摩擦材料的原料与润滑剂和粘结剂混合，然后经压制得到摩擦块生坯；

2)将所述摩擦块生坯放置于钢背板上，进行加压烧结得到摩擦块；

所述钢背板的表面镀铜；

3)对所述摩擦块进行融渗处理，即得到所述风电高速轴制动片。

上述的制备方法中，步骤1)中，所述润滑剂可为硬脂酸锌或微粉蜡；

所述粘结剂可为煤油或液体石蜡；

所述润滑剂的用量可为所述摩擦材料的原料质量的0.2％～1.5％；

所述粘结剂的用量可为：1～10ml/kg所述摩擦材料的原料。

上述的制备方法中，步骤1)中，所述混合的时间为2～8小时，可在三维混料机中进行混料。

上述的制备方法中，步骤2)中，所述钢背板上设有若干个凹槽，所述凹槽与所述摩擦块生坯的凸起相配合，这样配合能够起到增强所述钢背板与所述摩擦块的粘结强度的作用。

上述的制备方法中，步骤2)中，所述加压烧结的条件如下：

气氛为还原性气氛；

压力为0.5～2.5mpa；

温度为900～990℃；

保温保压时间为2.5～3.5h；

保温保压后进行冷却。

上述的制备方法中，步骤3)中，所述融渗处理采用的融渗材料的质量百分比组成如下：

铜锡合金粉90～95％；

铁粉5～10％；

具体可为：

铜锡合金粉93％；

铁粉7％；

具体步骤是：在所述摩擦块表面放入压制好的所述融渗材料，在还原气氛中进行高温烧结。

上述的制备方法中，步骤3)中，所述融渗处理的条件如下：

烧结温度为850℃～950℃；

烧结时间为0.5～2h；

冷却后即得到所述风电高速轴制动片。

上述方法制备得到的风电高速轴制动片也属于本发明的保护范围。

本发明中，摩擦材料初次烧结完成后，添加融渗材料进行二次融渗工艺处理，形成连续且牢固的金属连接相，有效提高了摩擦材料的力学性能。

本发明提供的风电机组用高速轴制动片，其中的摩擦材料通过研究各组分的作用机理，进行合理配比，优化工艺参数，调节控制各组分的含量及存在形式，使闸片承载合理、散热性能好，所得制动闸片用摩擦材料具有稳定适宜的摩擦因数，强度高，耐磨性好，材料的比热容和密度大，单位体积内能吸收较多的摩擦热量，能够有效承担运行工况中的尖峰负荷，导热性能好，服役时耐高温，工作可靠性高，材料使用寿命长，减少了维修次数，显著提高了风机的发电效率。

附图说明

图1为摩擦块生坯与钢背配合时的示意图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、

本实施例采用的摩擦材料的主要组成如下：

铜粉67％；铁粉3％；高碳铬铁5％；铜包石墨15％；铜锌合金粉末10％。

按照下述步骤制备高性能风电高速轴制动片：

(1)混料：把上述摩擦材料用粉末原料按照比例称料，放入三维混料机，添加入0.45％的硬脂酸锌和5ml/kg的煤油(与摩擦材料用粉末原料中的比例)，混料4小时。

(2)摩擦块压制：将混好料按照计算好重量放入模具中，压制成摩擦块生坯；

其中，铜包石墨作为原料，成型压力由5mpa降至2mpa，降低成型压力后，不但可以降低压制工艺能耗，更提高了成型模具寿命。经试验，原有成型模具寿命为1.5万次，压力降低后可达到2.5万次。

(3)制动片烧结：如图1所示，将摩擦块生坯3按照顺序放在镀铜后的钢背板1上，摩擦块生坯3凸起处与钢背板上的凹槽2一一对应，从而使摩擦块生坯3与凹槽2配合，进行加压烧结，气氛为氢气，压力为1.0mpa，烧结温度为900℃，保温保压3h，随炉冷却，得到摩擦块。

(4)融渗处理：在上述制备得到的制动片摩擦块表面放入压制好的融渗材料(铜锡合金粉：93％、铁粉：7％)，在还原气氛(氢气)中进行高温处理，烧结温度为885℃，时间为1h，冷却后得到所需要性能的风电高速轴制动片。

本实施例所制备的制动片，割取3块20mm×15mm的方型样块，在mm3000摩擦实验台进行摩擦试验，产品的最高摩擦温度由普通摩擦材料的550℃降为500℃，材料的剪切强度由8mpa提高至12mpa，压缩强度由110mpa提高至160mpa以上，产品磨耗量由0.15cm³/mj降为0.11cm³/mj。同时，摩擦系数稳定保持在0.3～0.4之间。表明所制备的制动片具有稳定适宜的摩擦因数，强度高，耐磨性好。

实施例2、

本实施例采用的摩擦材料的主要组成如下：

铜粉68％；铁粉3％；高碳铬铁4％；铜包石墨10％；铜锌合金粉末15％。

按照下述步骤制备高性能风电高速轴制动片：

(1)混料：把上述摩擦材料用粉末原料按照比例称料，放入三维混料机，添加入0.45％的硬脂酸锌和5ml/kg的煤油(与摩擦材料用粉末原料中的比例)，混料4小时。

(2)摩擦块压制：将混好料按照计算好重量放入模具中，压制成摩擦块生坯；

(3)制动片烧结：加压烧结，气氛为氢气，压力为1.0mpa，烧结温度为880℃，保温保压3h随炉冷却，得到摩擦块；

(4)融渗处理：在上述制备得到的制动片摩擦块表面放入压制好的融渗材料(铜锡合金粉：95％、铁粉：5％)，在还原气氛(氢气)中进行高温处理，烧结温度为850℃，时间为1h，冷却后得到所需要性能的风电高速轴制动片。

本实施例所制备的制动片，割取3块20mm×15mm的方型样块，在mm3000摩擦实验台进行摩擦试验，材料的剪切强度为14mpa，压缩强度为160mpa以上，产品磨耗量0.06cm³/mj。同时，摩擦系数稳定保持在0.25-0.35之间。表明所制备的制动片磨耗量小，摩擦系数稳定，适用于海上风电机组。

本发明制动片摩擦材料的比热容大，导热性能好，吸收相同的能量，摩擦材料表面的温度可以降低50°左右，因此具有如下优点：服役时耐高温，工作可靠性高，材料使用寿命长，减少了维修次数，显著提高了风机的发电效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。