一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及粉末冶金材料技术领域，具体涉及一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]高速铁路是“十二五”和“十三五”规划优先发展的新兴战略产业。我国高速列车技术研究和建设经过20多年的发展，通过技术引进、消化、吸收和创新，先后掌握了时速200、250直至380 km/h的高速列车的制造技术。
[0003]高速列车制动系统中的制动闸片是高速列车安全运营的关键部件之一，在高速列车制动过程中制动闸片制动时产生的最高瞬时温度可以达到600-1000°C，因此对制动材料的摩擦磨损性能要求非常严格，传统的铸铁和合成材料不能满足高速列车制动要求。为了降低运营成本，运行速度在200-250 km/h的动车组可以采用合成摩擦材料；而在大于250km/h的高速列车上粉末冶金制动材料正逐步取代合成材料，国外250-300 km/h高速闸片摩擦材料已经全部采用粉末冶金摩擦材料。
[0004]当前，国内外高速列车制动材料的研究热点主要集中在提高材料的耐热度、比强度、耐热冲击、摩擦系数等方面。粉末冶金闸片具有优良的综合性能，摩擦系数高、稳定性好、使用温度高和使用寿命长，能够承载高负荷、高冲击载荷的优点。因此，研制出一种能够满足时速380km/h高速列车技术制动要求的粉末冶金摩擦材料具有重要的工程、经济和社会效益。
【发明内容】
[0005]针对【背景技术】中的问题，本发明提供一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料及其制备方法，本发明的材料具有良好的物理性能和摩擦性能，符合时速380 km/h高速列车的制动性能要求。
[0006]本发明是这样实现的:
一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:铜40-60%、铁 7-20%、铬 3-5%、锆英石 5_10%、氧化铝 3_6%、锡 2_5%、锰 2_4%、石墨 5_10%、二硫化钼2-5%、铬铁合金1-5%。
[0007]制备上述高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步骤:
(1)配料:按上述重量百分比称取原料:铜40-60%、铁7-20%、铬3-5%、锆英石5_10%、氧化铝3-6%、锡2-5%、锰2-4%、石墨5-10%、二硫化钼2_5%、铬铁合金1-5% ；
(2)混料:掺入原料总重量0.3-0.8%的煤油，通过V型混料机将原料搅拌均匀；
(3)压制:将搅拌均匀后的原料混合物压制成压坯；
(4)烧结:将压坯在保护气体保护下加压高温烧结，使压坯与预先配置的支撑钢背发生冶金结合，牢固地固定于所述支撑钢背上。
[0008]优选的，步骤(3)中，所述压制其压力为250-550 MPa。
[0009]优选的，步骤(4)中，所述加压高温烧结其压力为1.5-8 Mpa，温度为850-950 °C，时间为2-4 ho
[0010]优选的，步骤(4)中，所述保护气体为还原性气体、惰性气体中的任一种或它们的混合物。
[0011]优选的，所述还原性气体为氢气，所述惰性气体为氮气。
[0012]本发明的原理是:
采用铜、铁、锡、锰、镍、铬等金属组元进行优化组合，获得一种具有高耐热性、对其他组元形成良好包裹镶嵌效果的金属基体；采用锆英石、铬铁合金和氧化铝作为摩擦组元提供稳定的摩擦系数和满足制动所需的制动力矩，其中锆英石的添加可以提高材料的抗热震、和高温摩擦性能，铬铁合金与基体形成的界面结合强度高能有效减少材料的剥落，降低磨损量；采用石墨、二硫化钼作为润滑组元降低材料磨损率，防止磨损对偶。混料时适当加入煤油，主要是作为润滑剂提高混料的均匀性，同时煤油相对容易挥发，不影响后续的压制和作么士
[0013]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
1、本发明的材料具有良好的综合力学性能和稳定的摩擦磨损性能，平均摩擦系数达0.36-0.42，能够满足时速380 km/h高速列车的制动要求。
[0014]2、本发明的材料具有良好的导电导热性能。
[0015]3、本发明所用原料和配比，可在相对较低的烧结压力和温度下制备出性能优异的摩擦材料，节省能耗。
[0016]4、本发明的材料成本低廉、制备简单、质量优良，具有良好的市场前景。
【具体实施方式】
[0017]以下结合实施例描述本发明的一种高强度钢化玻璃，这些描述并不是对本
【发明内容】
作进一步的限定。
[0018]实施例1
一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:铜50%、铁15%、铬4%、锆英石8%、氧化铝5%、锡3%、锰3%、石墨6%、二硫化钼3%、铬铁合金3%。
[0019]制备上述高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步骤:
(1)配料:按上述重量百分比称取粉末原料
(2)混料:掺入原料总重量0.5%的煤油，通过V型混料机将原料搅拌均匀；
(3)压制:将搅拌均匀后的原料混合物在250Mpa下压制成压坯；
(4)烧结:将压坯在氢气保护下，以压力1.5 Mpa、温度850°C加压高温烧结2 h，使压坯与预先配置的支撑钢背发生冶金结合，牢固地固定于所述支撑钢背上。
[0020]采用MM-1000III摩擦磨损试验机对制得的摩擦材料进行性能测试，模拟380km/h高速列车的制动工况，其平均摩擦系数为0.35-0.40。
[0021]实施例2
一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:铜45%、铁17%、铬5%、锆英石6%、氧化铝4%、锡4%、锰4%、石墨7%、二硫化钼4%、铬铁合金4%。
[0022]制备上述高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步骤: (1)配料:按上述重量百分比称取粉末原料
(2)混料:掺入原料总重量0.3%的煤油，通过V型混料机将原料搅拌均匀；
(3)压制:将搅拌均匀后的原料混合物在400Mpa下压制成压坯；
(4)烧结:将压坯在氮气保护下，以压力4Mpa、温度900°C加压高温烧结4 h，使压坯与预先配置的支撑钢背发生冶金结合，牢固地固定于所述支撑钢背上。
[0023]采用MM-1000III摩擦磨损试验机对制得的摩擦材料进行性能测试，模拟380km/h高速列车的制动工况，其平均摩擦系数为0.36-0.42。
[0024]实施例3
一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:铜60%、铁7%、铬3%、锆英石6%、氧化铝3%、锡4%、锰2%、石墨8%、二硫化钼2%、铬铁合金5%。
[0025]制备上述高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步骤:
(1)配料:按上述重量百分比称取粉末原料
(2)混料:掺入原料总重量0.8%的煤油，通过V型混料机将原料搅拌均匀；
(3)压制:将搅拌均匀后的原料混合物在550Mpa下压制成压坯；
(4)烧结:将压坯在氢气和氮气保护下，以压力3Mpa、温度950°C加压高温烧结2 h，使压坯与预先配置的支撑钢背发生冶金结合，牢固地固定于所述支撑钢背上。
[0026]采用MM-1000III摩擦磨损试验机对制得的摩擦材料进行性能测试，模拟380km/h高速列车的制动工况，其平均摩擦系数为0.36-0.41。
[0027]实施例4
一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:铜45%、铁15%、铬5%、锆英石9%、氧化铝6%、锡5%、锰4%、石墨5%、二硫化钼5%、铬铁合金1%。
[0028]制备上述高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步骤:
(1)配料:按上述重量百分比称取粉末原料
(2)混料:掺入原料总重量0.8%的煤油，通过V型混料机将原料搅拌均匀；
(3)压制:将搅拌均匀后的原料混合物在300Mpa下压制成压坯；
(4)烧结:将压还在氢气和氮气保护下，以压力1.5 Mpa、温度900°C加压高温烧结3 h，使压坯与预先配置的支撑钢背发生冶金结合，牢固地固定于所述支撑钢背上。
[0029]采用MM-1000III摩擦磨损试验机对制得的摩擦材料进行性能测试，模拟380km/h高速列车的制动工况，其平均摩擦系数为0.37-0.42。
[0030]实施例5
一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料，包括以下重量百分比的原料:铜55%、铁12%、铬5%、锆英石4%、氧化铝4%、锡3%、锰4%、石墨6%、二硫化钼2%、铬铁合金5%。
[0031]制备上述高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的方法，包括以下步骤:
(1)配料:按上述重量百分比称取粉末原料
(2)混料:掺入原料总重量0.5%的煤油，通过V型混料机将原料搅拌均匀；
(3)压制:将搅拌均匀后的原料混合物在500Mpa下压制成压坯；
(4)烧结:将压坯在氮气保护下，以压力6Mpa、温度950°C加压高温烧结2h，使压坯与预先配置的支撑钢背发生冶金结合，牢固地固定于所述支撑钢背上。
[0032]采用MM-1000III摩擦磨损试验机对制得的摩擦材料进行性能测试，模拟380km/h高速列车的制动工况，其平均摩擦系数为0.36-0.42。
【主权项】
1.一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料:铜40-60%、铁7-20%、铬3-5%、锆英石5_10%、氧化铝3_6%、锡2_5%、锰2_4%、石墨5-10%、二硫化钼2-5%、铬铁合金1-5%。2.一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)配料:按以下重量百分比称取原料:铜40-60%、铁7-20%、铬3-5%、锆英石5_10%、氧化铝3-6%、锡2-5%、锰2-4%、石墨5-10%、二硫化钼2_5%、铬铁合金1-5% ； (2)混料:掺入原料总重量0.3-0.8%的煤油，通过V型混料机将原料搅拌均匀； (3)压制:将搅拌均匀后的原料混合物压制成压坯； (4)烧结:将压坯在保护气体保护下加压高温烧结，使压坯与预先配置的支撑钢背发生冶金结合，牢固地固定于所述支撑钢背上。3.根据权利要求2所述的高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述压制其压力为250-550 MPa。4.根据权利要求3所述的高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述加压高温烧结其压力为1.5-8 Mpa，温度为850-950 °C，时间为2_4h05.根据权利要求4所述的高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述保护气体为还原性气体、惰性气体中的任一种或它们的混合物。6.根据权利要求5所述的高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，其特征在于:所述还原性气体为氢气，所述惰性气体为氮气。
【专利摘要】本发明提供一种高速列车制动用铜基粉末冶金摩擦材料，其包括以下重量百分比的原料：铜40-60%、铁7-20%、铬3-5%、锆英石5-10%、氧化铝3-6%、锡2-5%、锰2-4%、石墨5-10%、二硫化钼2-5%、铬铁合金1-5%，其制备方法包括配料、混料、压制、烧结等步骤。本发明的材料具有优异的摩擦性能，制动性能稳定、安全，能够满足时速380？km/h高速列车的制动要求，制备方法简单、环保，具有良好的市场前景。
【IPC分类】C22C1/05, C22C30/04, B22F1/00, B22F7/06, C22C9/00
【公开号】CN105063459
【申请号】CN201510427053
【发明人】尹彩流, 王秀飞, 文国富, 蓝奇
【申请人】广西民族大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月20日