专利名称：一种高速动车组用粉末冶金制动闸片材料及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速动车组用粉末冶金制动闸片材料及其制备工艺。具 体说是获得了 一种新型铜基粉末冶金制动闸片。
背景技术：
随着我国铁路跨越式发展进程的深入，高速动车组的引进和国产化研制 正逐步开展并进入实际运营。没有制动就没有高速。制动闸片是高速动车组 制动装置中的易耗件，需定期更换。粉末冶金制动闸片材料是高速动车组制 动装置中的关键材料之一，利用制动闸片材料与配对制动盘材料的摩擦力使 高速动车组的动能转变为热能和其它形式的能量，散发到空气中，从而使制 动装置达到制动的效果。
目前高速列车制动主要使用合成闸片和粉末冶金闸片，其中合成闸片由 于使用温度低，仅在通过特殊设计的结构上获得使用，现有粉末冶金则存在 制动力不足、可靠性差、使用寿命短和对制动盘损伤大等技术缺陷。因此制 备出能适合高速列车应用的高性能长寿命的新型粉末冶金制动闸片材料尤为 重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高速动车组用粉末冶金制动闸 片材料及其制备工艺，使得制得的闸片使用寿命和制动性能能满足时速达
250km/h及以上速度的高速动车组制动要求。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是
一种高速动车组用粉末冶金制动闸片材料，其特征在于，其原料包括掺 杂有锡、铁合金组元的铜基粉末以及a碳化硅，各成分的质量百分比为l 8锡、4 10铁、50 80铜以及l 3a碳化硅。
其原料还包括6 12 (质量百分比)石墨、1 8海砂、1 4三氧化二铝、 1 10硼铁、1 5二硫化钼以及2 8硅铁。
一种制备高速动车组用粉末冶金制动闸片材料的工艺，其特征在于，包 括以下步骤
按如下质量百分比称取各种粉末4 10铁、6 12石墨、1 8海砂、l 3 a碳化硅、1 8锡、1 4三氧化二铝、1 10硼铁、1 5二硫化钼、2 8 硅铁、余量为铜；混合均匀后掺入航空煤油和乳胶，混合均匀；将混合料经 压制得到压坯；将压坯固定于支撑钢背上(可以通过有相对定位孔定位和固 定)，经烧结得到粉末冶金制动闸片材料。
烧结过程为烧结炉升温到680 740。C的的过程中压力为0. 8 1. 2 MPa， 再升温到900 98(TC的过程中压力为1.8 2.2MPa，温度达到900 980。C后 保温，保温压力为2.3 3.0 MPa。
航空煤油和乳胶的体积比为3~5: 1，优选4:1。掺入航空煤油和乳胶的 外加量按总料重外加比例l~3ml/kg添加。
所述的烧结过程中往烧结炉通入氢气保护。
所述将混合料压制的压力为350 600MPa。
支撑钢背采用45号钢板加工，加工后电镀铜，电镀层厚度为10 20um。有益效果
本发明在材料设计方面，采用了铁/锡等作为合金组元的铜基粉末冶金制 动材料，获得了新的刹车材料基体；并且采用a碳化硅获得了制动需要的高 摩擦系数及摩擦系数稳定性和高的制动力矩；采用梯度升温和分阶段加压的 加压烧结工艺，保证刹车材料的致密化和材料各组元反应充分；本发明获得 的制动材料的主要物理机械性能见表1 。本发明获得的制动闸片能满足时速 达250km/h及以上速度的高速动车组制动要求(具体性能见实施例)。
表1 制动材料主要物理机械性能
密度(g/cm3)孔隙度(％)表观硬度(HB)抗弯强度(MPa)
5.6 ~ 6.2<1.510~4060-80
具体实施例方式
实施例1: CRH5高速动车组用制动闸片
制动闸片材料组元为5铁、10石墨、7海砂、1锡、1三氧化二铝、4 硼铁、4 二硫化钼、2硅铁、2碳化硅(a )、 64铜，以上组分参数为质量百 分比数据。
制造工艺如下各组分按上述配比混合均匀后掺入航空煤油和乳胶 1.5ml/kg，航空煤油和乳胶的体积比为4:1并采用V型混料器混合均匀;将 混合料倒入压模的模腔内，以压制压力500MPa成形粉末压坯；采用厚度2. 5mm 的45号钢板加工成钢背，镀铜，镀层厚度10 20um;压坯加压烧结工艺如 下升温3小时，升温初阶段加压1.0 MPa， 70(TC后加压2.0MPa，再继续升 温到910。C;保温温度910。C，保温压力2.5MPa，保温3小时，烧结过程中通 氢气保护。摩擦磨损性能转速n=6500rpm，惯量J=2. 5kg. cm. s2，刹车压力P=0. 6MPa， 刹车10次；平均摩擦系数 u 二O. 30 0. 38。
对采用新型粉末冶金制动材料制造的CRH5高速动车组用制动闸片进行了 动态模拟试验和实际装车考核试验。试验结果表明，CRH5高速动车组用制动 闸片的各项性能均CRH5高速动车组制动要求。
实施例2: CRH2高速动车组用制动闸片
制动闸片材料组元为10铁、12石墨、6海砂、l锡、8硼铁、4二硫化 钼、2硅铁、1三氧化二铝、1碳化硅(a )、 55铜，以上组分参数为质量百 分比数据。
制造工艺如下
各组分按上述配比混合均匀后掺入航空煤油和乳胶并采用V型混料器混 合均匀；混合料以压制压力500MPa成形粉末压坯；采用厚度2. 5mm的45号 钢板加工成钢背，镀铜，镀层厚度10 20ym;压坯加压烧结工艺如下升温 2小时，升温初阶段加压l.OMPa， 70(TC后加压1. 5MPa，继续升温，温度达 到94(TC后保温，保温压力2.0MPa，保温3小时，通氢气保护。
对采用新型粉末冶金制动闸片材料制造的CRH2高速动车组用闸片进行了 动力试验台性能测试。试验结果表明，CRH2高速动车组用闸片的各项性能均 符合CRH2高速动车组制动要求。
摩擦磨损性能转速『6500rpm，惯量J=2. 5kg. cm. s2,刹车压力P=0. 8MPa; 平均摩擦系数 u=0. 30 0. 38。
权利要求
1.一种高速动车组用粉末冶金制动闸片材料，其特征在于，其原料包括掺杂有锡、铁合金组元的铜基粉末和α碳化硅，各成分的质量百分比为1～8锡、4～10铁、50～80铜以及1～3α碳化硅。
2. 如权利要求1所述的一种高速动车组用粉末冶金制动闸片材料，其特 征在于，其原料还包括6 12 (重量百分比)石墨、1 8海砂、1 4三氧化 二铝、1 10硼铁、1 5二硫化钼以及2 8硅铁。
3. —种制备高速动车组用粉末冶金制动闸片材料的工艺，其特征在于， 包括以下步骤按如下质量百分比称取各种粉末4 10铁、6 12石墨、1 8海砂、l 3 a碳化硅、1 8锡、1 4三氧化二铝、1 10硼铁、1 5二硫化钼、2 8 硅铁、余量为铜；混合均匀后掺入航空煤油和乳胶，混合均匀；将混合料经 压制得到压坯；将压坯固定于支撑钢背上，经烧结得到粉末冶金制动闸片材 料。
4. 如权利要求3所述的制备高速动车组用粉末冶金制动闸片材料的工 艺，其特征在于，烧结过程为烧结炉升温到680 74(TC的的过程中压力为 0. 8 1.2MPa，再升温到900 980。C的过程中压力为1.8 2. 2 MPa，温度达 到900 980。C后保温，保温压力为2. 3 3. 0 MPa。
5. 如权利要求3所述的制备高速动车组用粉末冶金制动闸片材料的工 艺，其特征在于，航空煤油和乳胶的体积比为3 5: 1。
6. 如权利要求3所述的制备高速动车组用粉末冶金制动闸片材料的工 艺，其特征在于，所述的烧结过程中往烧结炉通入氢气保护。
7. 如权利要求3所述的制备高速动车组用粉末冶金制动闸片材料的工艺，其特征在于，掺入航空煤油和乳胶的外加量为占混合料体积百分比1~3%。
8. 如权利要求3所述的制备粉末冶金制动闸片材料的工艺，其特征在于， 所述将混合料压制的压力为350 600MPa。
9. 如权利要求3至8所述的制备高速动车组用粉末冶金制动闸片材料的 工艺，其特征在于，所述的支撑钢背采用45号钢板加工，加工后电镀铜，电 镀层厚度为10 20um。
全文摘要
本发明公开了一种高速动车组用粉末冶金制动闸片材料，其特征在于，其原料包括掺杂有锡、铁合金组元的铜基粉末和α碳化硅，各成分的质量百分比为1～8锡、4～10铁、50～80铜以及1～3α碳化硅。本发明还提供了一种制备这种材料的工艺，其特征在于，包括以下步骤按如下质量百分比称取各种粉末4～10铁、6～12石墨、1～8海砂、1～3α碳化硅、1～8锡、1～4三氧化二铝、1～10硼铁、1～5二硫化钼、2～8硅铁、余量为铜；混合均匀后掺入航空煤油和乳胶，混合均匀；将混合料经压制得到压坯；将压坯固定于支撑钢背上，经烧结得到粉末冶金制动闸片材料。应用本发明所制得的闸片使用寿命和制动性能能满足时速达250km/h及以上速度的高速动车组制动要求。
文档编号B22F5/00GK101280374SQ20081003131
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月16日 优先权日2008年5月16日
发明者俊 何, 姚萍屏, 琳 汪, 翔 熊, 白燕麟 申请人:中南大学