专利名称：风力发电机用金属基主轴刹车片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种刹车片，特别是涉及一种用于风力发电机主轴制动系统的刹车片，本发 明还涉及该刹车片的制备方法。
背景技术：
随着科技的进步和经济的高速发展，人类对电力的需求不断扩大。利用煤、石油等不可 再生能源发电，都面临资源日益贫乏的窘境，且不符合国家可持续发展的战略决策。风能作 为绿色清洁能源，其不仅符合国家能源改革方向，而且又是可再生资源，对环境保护也有积 极的意义。进几十年来受到世界各国特别是欧美、日本等发达国家的青睐。
风能发电时，当遇到突发状况或进行检修时，主轴需制动使其停止转动。 一般每台风机 安装5个轴刹车器。它们共同作用于一个刹车盘。刹车器通过弹簧力打开和液压刹车。每台 轴刹车器上有两个刹车片。刹车时，刹车片在活塞的压力作用下，上下对称分两级压紧刹车 盘。 一级刹车的刹车力为额定转矩使主轴减速，当主轴停转(或缓慢转动)，二级刹车的刹 车力为两倍的额定转矩锁住主轴，可靠刹住刹车盘，使轴停止转动。
粉末冶金摩擦片具有摩擦系数较高、制动效果好、耐温性能好、使用寿命长等优点，特 别适合在重载、高温的环境下使用。因此，目前主轴刹车片普遍采用铜基粉末冶金摩擦材料
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种低成本、安全和可靠性更高、低噪音的风 力发电机用金属基主轴刹车片。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供该风力发电机用金属基主轴刹车片的制备方法
为了解决上述第一技术问题，本发明提供的风力发电机用金属基主轴刹车片，其材料配 方按重量百分比计算为
铜粉和锡粉40 60%，其粒度为《70ym，铜粉纯度》98%，其中铜粉锡粉=10:1; 铁粉20 40%，其粒度为《70ym，铁粉纯度S 98. 5%; 短切钢纤维5 10%，其长度为2 5mm，直径为50 150ym; 黄铜纤维4 10%，其长度为2. 5 3. 5mm，直径为100 200 y m; 高铝陶瓷纤维1 5%，其长度为O. 5 1. 5mm，直径为50 100ym;硫磺0 5%，其粒度为《200ym; 氧化铝2 5%，其粒度为70y m 200y m; 二氧化硅2 5%，其粒度为70y m 200y m;
鳞片石墨2 8%，固定碳含量》90%，灰分《10%，其粒度为《70ym; 颗粒石墨4 10%，固定碳含量》95%，灰分《10%，其粒度为《200ym。
制备力发电机用金属基主轴刹车片的方法，包括如下步骤
(1) 、配料按配比称量铜粉、锡粉、铁粉、短切钢纤维、黄铜纤维、高铝陶瓷纤维 、硫磺、氧化铝、二氧化硅、鳞片石墨和颗粒石墨物料；
(2) 、混料将称量好的各物料投入干式混料机中混合均匀，混料时间6 10小时；
(3) 、成型按刹车片型号称取混合料，倒入模具中，室温下冷压成型，压制压力200 400Mpa;
(4) 、烧结将刹车片冷坯放在镀铜或镍的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石
墨垫板隔开，在钟罩式加压烧结炉里面进行烧结，烧结时采用还原性保护气氛，烧结压力l
2Mpa，烧结温度800 100(TC，烧结时间3 8小时，然后随炉冷却；
(5) 、再将上述制得的产品按技术要求进行平磨、倒角、开槽，再经喷漆、印标，即
制得广品。
采用上述技术方案的风力发电机用金属基主轴刹车片及其制备方法，本发明的主轴刹 车片和普通粉末冶金刹车片相比，通过加入不同金属纤维和陶瓷纤维混杂增强，提高材料 力学性能的同时，降低材料的磨损率，并改善其摩擦稳定性。另外，通过在材料中加入颗 粒状的人造石墨，除了起稳定摩擦系数的作用外，还能显著降低摩擦片制动过程中的制动 噪音，真正实现环境友好性，同时产品具有适中而稳定的动摩擦系数、更好的耐磨性、低 制动噪音且对对偶磨损较小的优点，静摩擦系数能达到O. 5左右，平均动摩擦系数在O. 3左 右，制动过程平稳，无制动噪音，是一种性价比较高的摩擦材料制品，能充分满足风力发 电机主轴高速制动的要求。
图l是风机主轴刹车片实验l的制动曲线； 图2是风机主轴刹车片实验2的制动曲线； 图3是风机主轴刹车片实验3的制动曲线； 图4是风机主轴刹车片实验4的制动曲线； 图5是风机主轴刹车片实验5的制动曲线；
4图6是风机主轴刹车片实验6的制动曲线； 图7是风机主轴刹车片实验7的制动曲线； 图8是风机主轴刹车片实验8的制动曲线； 图9是风机主轴刹车片实验9的制动曲线；
图10是风机主轴刹车片实验10的制动曲线。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步说明。
实施例l:
本发明提供的风力发电机主轴刹车片的配方说明
铜粉50 (wt.%)，其粒度为《70ym，铜粉纯度》98%，
锡粉5 (wt.%)，其粒度为《70ym，
铁粉20 (wt.%)，其粒度为《70ym，铁粉纯度S 98. 5%;
短切钢纤维5 (wt.%)，其长度为2 5mm，直径为50 150ym;
黄铜纤维5 (wt.%)，其长度为2. 5 3. 5mm，直径为100 200 y m;
高铝陶瓷纤维3 (wt.%)，其长度为O. 5 1. 5mm，直径为50 100ym;
硫磺l (wt.%)，其粒度为《200ym;
氧化铝2 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m;
二氧化硅3 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m;
鳞片石墨2 (wt.%)，固定碳含量》90%，灰分《10%，其粒度为《70ym; 颗粒石墨4 (wt.%)，固定碳含量》95%，灰分《10%，其粒度为《200ym。 在这个配方体系中，摩擦材料采用铜、铁为基体，氧化铝、二氧化硅为增摩剂，锡粉、 鳞片石墨作为润滑组元，硫磺作为强化组元，加入钢纤维、铜纤维和陶瓷纤维作为增强相。 风力发电机主轴刹车片的制备工艺说明
(1) 、配料按上述配比称量各个组分物料；
(2) 、混料将称量好的各物料投入干式混料机中混合均匀，混料时间8小时；
(3) 、成型按刹车片型号称取混合料，倒入模具中，室温下冷压成型，在300Mpa的 压制压力下保压3秒即得冷坯；
(4) 、烧结将刹车片冷坯放在镀铜的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫 板隔开，在钟罩式加压烧结炉里面进行烧结，烧结时采用还原性氢气保护，烧结压力2Mpa， 烧结温度90(TC，烧结时间3小时，然后随炉冷却；(5)、再将上述制得的产品按技术要求进行去毛刺、平磨、倒角、开槽，再经喷涂、 印标，即制得成为本发明产品。 实施例2:
本发明提供的风力发电机主轴刹车片的配方说明
铜粉和锡粉50%，其粒度为《70ym，铜粉纯度》98%，其中铜粉锡粉=10:1; 铁粉20 (wt.%)，其粒度为《70ym，铁粉纯度S 98. 5%; 短切钢纤维5 (wt.%)，其长度为2 5mm，直径为50 150ym; 黄铜纤维4 (wt.%)，其长度为2. 5 3. 5mm，直径为100 200 y m; 高铝陶瓷纤维4 (wt.%)，其长度为O. 5 1. 5mm，直径为50 100ym; 氧化铝5 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m; 二氧化硅5 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m;
鳞片石墨3 (wt.%)，固定碳含量》90%，灰分《10%，其粒度为《70ym; 颗粒石墨4 (wt.%)，固定碳含量》95%，灰分《10%，其粒度为《200ym。 在这个配方体系中，摩擦材料采用铜、铁为基体，氧化铝、二氧化硅为增摩剂，锡粉、 鳞片石墨作为润滑组元，加入钢纤维、铜纤维和陶瓷纤维作为增强相。 风力发电机主轴刹车片的制备工艺说明
(1) 、配料按上述配比称量各个组分物料；
(2) 、混料将称量好的各物料投入干式混料机中混合均匀，混料时间8小时；
(3) 、成型按刹车片型号称取混合料，倒入模具中，室温下冷压成型，在400Mpa的 压制压力下保压3秒即得冷坯；
(4) 、烧结将刹车片冷坯放在镀镍的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫 板隔开，在钟罩式加压烧结炉里面进行烧结，烧结时采用还原性氢气保护，烧结压力lMpa， 烧结温度90(TC，烧结时间5小时，然后随炉冷却；
(5) 、再将上述制得的产品按技术要求进行去毛刺、平磨、倒角、开槽，再经喷涂、 印标，即制得成为本发明产品。
实施例3:
本发明提供的风力发电机主轴刹车片的配方说明
铜粉和锡粉40 wt.%，其粒度为《70ym，铜粉纯度》98%，其中铜粉锡粉=10:1; 铁粉20 (wt.%)，其粒度为《70ym，铁粉纯度S 98. 5%; 短切钢纤维10 (wt.%)，其长度为2 5mm，直径为50 150ym;黄铜纤维IO (wt.%)，其长度为2. 5 3. 5mm，直径为100 200 y m; 高铝陶瓷纤维3 (wt.%)，其长度为O. 5 1. 5mm，直径为50 100ym; 氧化铝2 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m; 二氧化硅3 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m;
鳞片石墨8 (wt.%)，固定碳含量》90%，灰分《10%，其粒度为《70ym; 颗粒石墨4 (wt.%)，固定碳含量》95%，灰分《10%，其粒度为《200ym。 在这个配方体系中，摩擦材料采用铜、铁为基体，氧化铝、二氧化硅为增摩剂，锡粉、 鳞片石墨作为润滑组元，加入钢纤维、铜纤维和陶瓷纤维作为增强相。 风力发电机主轴刹车片的制备工艺说明
(1) 、配料按上述配比称量各个组分物料；
(2) 、混料将称量好的各物料投入干式混料机中混合均匀，混料时间8小时；
(3) 、成型按刹车片型号称取混合料，倒入模具中，室温下冷压成型，在200Mpa的 压制压力下保压5秒即得冷坯；
(4) 、烧结将刹车片冷坯放在镀铜的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫 板隔开，在钟罩式加压烧结炉里面进行烧结，烧结时采用还原性氢气保护，烧结压力2Mpa， 烧结温度80(TC，烧结时间8小时，然后随炉冷却；
(5) 、再将上述制得的产品按技术要求进行去毛刺、平磨、倒角、开槽，再经喷涂、 印标，即制得成为本发明产品。
实施例4:
本发明提供的风力发电机主轴刹车片的配方说明
铜粉和锡粉40 wt.%，其粒度为《70ym，铜粉纯度》98%，其中铜粉锡粉=10:1; 铁粉35 (wt.%)，其粒度为《70ym，铁粉纯度S 98. 5%; 短切钢纤维5 (wt.%)，其长度为2 5mm，直径为50 150ym; 黄铜纤维4 (wt.%)，其长度为2. 5 3. 5mm，直径为100 200 y m; 高铝陶瓷纤维3 (wt.%)，其长度为O. 5 1. 5mm，直径为50 100ym; 硫磺l (wt.%)，其粒度为《200ym; 氧化铝2 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m; 二氧化硅2 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m;
鳞片石墨3 (wt.%)，固定碳含量》90%，灰分《10%，其粒度为《70ym; 颗粒石墨5 (wt.%)，固定碳含量》95%，灰分《10%，其粒度为《200ym。在这个配方体系中，摩擦材料采用铜、铁为基体，氧化铝、二氧化硅为增摩剂，锡粉、 鳞片石墨作为润滑组元，硫磺作为强化组元，加入钢纤维、铜纤维和陶瓷纤维作为增强相。 风力发电机主轴刹车片的制备工艺说明
(1) 、配料按上述配比称量各个组分物料；
(2) 、混料将称量好的各物料投入干式混料机中混合均匀，混料时间8小时；
(3) 、成型按刹车片型号称取混合料，倒入模具中，室温下冷压成型，在300Mpa的 压制压力下保压3秒即得冷坯；
(4) 、烧结将刹车片冷坯放在镀镍的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫 板隔开，在钟罩式加压烧结炉里面进行烧结，烧结时采用还原性氢气保护，烧结压力2Mpa， 烧结温度100(TC，烧结时间3小时，然后随炉冷却；
(5) 、再将上述制得的产品按技术要求进行去毛刺、平磨、倒角、开槽，再经喷涂、
印标，即制得成为本发明产品。
实施例5:
本发明提供的风力发电机主轴刹车片的配方说明
铜粉和锡粉40 wt.%，其粒度为《70ym，铜粉纯度》98%，其中铜粉锡粉=10:1; 铁粉35 (wt.%)，其粒度为《70ym，铁粉纯度S 98. 5%; 短切钢纤维5 (wt.%)，其长度为2 5mm，直径为50 150ym; 黄铜纤维6 (wt.%)，其长度为2. 5 3. 5mm，直径为100 200 y m; 高铝陶瓷纤维l (wt.%)，其长度为O. 5 1. 5mm，直径为50 100ym; 硫磺l (wt.%)，其粒度为《200ym; 氧化铝2 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m; 二氧化硅2 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m;
鳞片石墨3 (wt.%)，固定碳含量》90%，灰分《10%，其粒度为《70ym; 颗粒石墨5 (wt.%)，固定碳含量》95%，灰分《10%，其粒度为《200ym。 在这个配方体系中，摩擦材料采用铜、铁为基体，氧化铝、二氧化硅为增摩剂，锡粉、 鳞片石墨作为润滑组元，硫磺作为强化组元，加入钢纤维、铜纤维和陶瓷纤维作为增强相。 风力发电机主轴刹车片的制备工艺说明
(1) 、配料按上述配比称量各个组分物料；
(2) 、混料将称量好的各物料投入干式混料机中混合均匀，混料时间8小时；
(3) 、成型按刹车片型号称取混合料，倒入模具中，室温下冷压成型，在300Mpa的
8压制压力下保压3秒即得冷坯；
(4) 、烧结将刹车片冷坯放在镀镍的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫 板隔开，在钟罩式加压烧结炉里面进行烧结，烧结时采用还原性氢气保护，烧结压力2Mpa， 烧结温度100(TC，烧结时间3小时，然后随炉冷却；
(5) 、再将上述制得的产品按技术要求进行去毛刺、平磨、倒角、开槽，再经喷涂、 印标，即制得成为本发明产品。
实施例6:
本发明提供的风力发电机主轴刹车片的配方说明
铜粉和锡粉40 wt.%，其粒度为《70ym，铜粉纯度》98%，其中铜粉锡粉=10:1; 铁粉33 (wt.%)，其粒度为《70ym，铁粉纯度S 98. 5%; 短切钢纤维5 (wt.%)，其长度为2 5mm，直径为50 150ym; 黄铜纤维4 (wt.%)，其长度为2. 5 3. 5mm，直径为100 200 y m; 高铝陶瓷纤维5 (wt.%)，其长度为O. 5 1. 5mm，直径为50 100ym; 硫磺l (wt.%)，其粒度为《200ym; 氧化铝2 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m; 二氧化硅2 (wt.%)，其粒度为70y m 200y m;
鳞片石墨3 (wt.%)，固定碳含量》90%，灰分《10%，其粒度为《70ym; 颗粒石墨5 (wt.%)，固定碳含量》95%，灰分《10%，其粒度为《200ym。 在这个配方体系中，摩擦材料采用铜、铁为基体，氧化铝、二氧化硅为增摩剂，锡粉、 鳞片石墨作为润滑组元，硫磺作为强化组元，加入钢纤维、铜纤维和陶瓷纤维作为增强相。 风力发电机主轴刹车片的制备工艺说明
(1) 、配料按上述配比称量各个组分物料；
(2) 、混料将称量好的各物料投入干式混料机中混合均匀，混料时间8小时；
(3) 、成型按刹车片型号称取混合料，倒入模具中，室温下冷压成型，在300Mpa的 压制压力下保压3秒即得冷坯；
(4) 、烧结将刹车片冷坯放在镀镍的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫 板隔开，在钟罩式加压烧结炉里面进行烧结，烧结时采用还原性氢气保护，烧结压力2Mpa， 烧结温度100(TC，烧结时间3小时，然后随炉冷却；
(5) 、再将上述制得的产品按技术要求进行去毛刺、平磨、倒角、开槽，再经喷涂、 印标，即制得成为本发明产品。
9风力发电机主轴刹车片的性能
在丽-1000摩擦材料试验机上进行摩擦磨损实验，选取压力分别为lMPa、 3MPa，lMPa下制动 7次，3MPa下制动3次，总共制动10次。平均动摩擦系数为O. 26，静摩擦系数为O. 5;材料磨损 为1.7ym/次"面，对偶(45tt钢)磨损为O. 26 y m/次 面，制动过程平稳，无制动噪音。制
动曲线如图i-图io所示。
权利要求
1.一种风力发电机用金属基主轴刹车片，其特征是其材料配方按重量百分比计算为铜粉和锡粉40～60％，其粒度为≤70μm，铜粉纯度≥98％，其中铜粉∶锡粉＝10∶1；铁粉20～40％，其粒度为≤70μm，铁粉纯度≥98.5％；短切钢纤维5～10％，其长度为2～5mm，直径为50～150μm；黄铜纤维4～10％，其长度为2.5～3.5mm，直径为100～200μm；高铝陶瓷纤维1～5％，其长度为0.5～1.5mm，直径为50～100μm；硫磺0～5％，其粒度为≤200μm；氧化铝2～5％，其粒度为70μm～200μm；二氧化硅2～5％，其粒度为70μm～200μm；鳞片石墨2～8％，固定碳含量≥90％，灰分≤10％，其粒度为≤70μm；颗粒石墨4～10％，固定碳含量≥95％，灰分≤10％，其粒度为≤200μm。
2. 制备权利要求l所述的风力发电机用金属基主轴刹车片的方法，其特征是包括如下步骤(1) 、配料按配比称量铜粉、锡粉、铁粉、短切钢纤维、黄铜纤维、高铝陶瓷纤维 、硫磺、氧化铝、二氧化硅、鳞片石墨和颗粒石墨物料；(2) 、混料将称量好的各物料投入干式混料机中混合均匀，混料时间6 10小时；(3) 、成型按刹车片型号称取混合料，倒入模具中，室温下冷压成型，压制压力 200 400Mpa;(4) 、烧结将刹车片冷坯放在镀铜或镍的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石 墨垫板隔开，在钟罩式加压烧结炉里面进行烧结，烧结时采用还原性保护气氛，烧结压力l 2Mpa，烧结温度800 100(TC，烧结时间3 8小时，然后随炉冷却；(5) 、再将上述制得的产品按技术要求进行平磨、倒角、开槽，再经喷漆、印标，即制得广品。
全文摘要
本发明涉及一种风力发电机用金属基主轴刹车片及其制备方法，该材料包含了铁粉、铜粉和锡粉、硫磺、短切钢纤维、铜纤维、高铝陶瓷纤维、无机氧化物以及石墨等。其制备方法为首先将各组分材料按照配方称料，在特殊的干式混料机中进行搅拌混合，保证各纤维充分分散、均匀，在常温下压制成型，然后在一定压力和温度下进行烧结，随炉冷却，最后进行机加工即得本发明的材料。同普通粉末冶金刹车片相比，本发明制备的摩擦材料通过加入金属和陶瓷纤维，显著改善了材料力学性能及静摩擦力矩，同时产品具有适中而稳定的动摩擦系数、更好的耐磨性、低制动噪音且对对偶磨损较小的优点，能充分满足风力发电机主轴高速制动的要求，并真正实现环境友好性。
文档编号F16D69/02GK101660581SQ20091030820
公开日2010年3月3日 申请日期2009年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者刘伯威, 张利军, 阳 杨, 翔 熊, 黄伯云 申请人:中南大学;湖南博云汽车制动材料有限公司