一种用于制备电力机车用粉末冶金闸瓦的材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于制备电力机车用粉末冶金闸瓦的材料，所述闸瓦是一种用于电力机车刹车的刹车片，包括如下原料：铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂；其中，所述添加剂包括二硫化钼、碳化硅和镍粉；其中，所述润滑剂包括硬脂酸锌和煤油。应用本发明的材料制备的电力机车用闸瓦耐热，高负荷条件下摩擦系数稳定，衰减小，磨损小、热传导好，能把摩擦副表面的摩擦热很快传导出去并具有良好的物理、化学、力学性能。
【专利说明】
-种用于制备电力机车用粉末冶金阐瓦的材料
技术领域
[0001] 本发明属于材料领域，设及铁路机车配件材料领域，特别设及一种中低速电力机 车用粉末冶金闽瓦。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的快速发展，人民生活消费水平不断提高，对运输的便捷性和舒适 性要求也不断提高。列车告诉化已成为列车运输发展的必然趋势，相对带来的安全问题也 越来越受到人们的重视。列车的刹车性能是决定列车安全运输的重要因素，列车在运行过 程中，直接摩擦车轮使火车停车的零件就是闽瓦，闽瓦是列车最关键的安全零件，所有刹车 效果的好坏都是由闽瓦起决定性作用。
[0003] 闽瓦是由铸铁或其它材料制成的瓦状制动块，在列车制动时抱紧车轮踏面，通过 摩擦使车轮停止转动而达到刹车的目的。在运一过程中，制动装置要将巨大的动能转变为 热能消散于大气之中。运种制动效果的好坏，主要取决于摩擦热能的消散能力。使用运种 制动方式时，闽瓦摩擦面积小，大部分热负荷由车轮来承担。列车速度越高，制动时车轮的 热负荷也越大。如用铸铁闽瓦，溫度可使闽瓦烙化；即使采用较先进的合成闽瓦，溫度也会 高达400-450°C。当车轮踏面溫度增高到一定程度时，就会使踏面磨耗、裂纹或剥离，及影响 使用寿命，也影响行车安全。因此，传统的踏面闽瓦不能满足列车制动的需求。
[0004] 闽瓦按类型可分为灰铸铁、高憐铸铁、合金铸铁、粉末冶金和合成闽瓦；按闽瓦的 使用对象可分为电力机车用闽瓦、内燃机车用闽瓦和高速机车用闽瓦。
【发明内容】
阳〇化]本发明的目的是针对现有机车存在的技术问题提供一种用于制备电力机车用粉 末冶金闽瓦的材料，应用本发明的材料制备的电力机车用闽瓦耐热，高负荷条件下摩擦系 数稳定，衰减小，磨损小、热传导好，能把摩擦副表面的摩擦热很快传导出去并具有良好的 物理、化学、力学性能。
[0006] 为实现本发明的目的，本发明提供一种用于制备电力机车用粉末冶金闽瓦的材 料，所述电力机车用粉末冶金闽瓦是一种用于电力机车刹车的刹车片，其特征在于，包括如 下原料：
[0007] 铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂；
[000引其中，所述添加剂包括二硫化钢、碳化娃和儀粉；
[0009] 其中，所述润滑剂包括硬脂酸锋和煤油。
[0010] 其中，所述铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂的重量份配比为：铁粉20-40、 铜粉10-30、天然石墨30-60、添加剂7-15、润滑剂1-4。 W11] 特别是，所述铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂的重量份配比为：铁粉 25-40、铜粉15-30、天然石墨35-55、添加剂10-15、润滑剂1-3。
[0012] 尤其是，所述铁粉为还原铁粉，灰色粉末，粒度为100目，铁含量> 98 %，碳含量 《0. 01 %，憐含量< 0. 03 %，硫含量0. 03 %，氨损为0. 1-0. 2 %。
[0013] 还原铁粉是粉末冶金工业中的一种重要的金属粉末，具有耐热、摩擦系数稳定、损 耗低等优点。
[0014] 特别是，所述铜粉为电解铜粉，玫瑰红色粉末，粒度为200-300目，其中铜含量 > 99,灰分《1%。
[0015] 尤其是，所述天然石墨的粒度为50-200目，其中碳含量>99,灰分《1%。
[0016] 特别是，所述天然石墨优选为鱗片石墨，其平均粒径优选为50目或200目。
[0017] 本发明的天然石墨质量轻、导电、导热、润滑性能好、机械加工性能优良。
[001引其中，所述添加剂包括二硫化钢、碳化娃和儀粉。
[0019] 尤其是，所述二硫化钢、碳化娃和儀粉的重量份配比为1-5:1-8:0. 5-4。
[0020] 特别是，所述二硫钢、碳化娃和儀粉的重量份配比优选为1. 5-4. 5:3-7:0. 5-3。
[0021] 尤其是，所述二硫化钢为黑色固体粉末，粒度为100-200目，优选为200目。
[0022] 二硫化钢的加入可W提高闽瓦的耐磨性、润滑性和环境适应性。
[0023] 特别是，所述碳化娃为绿色碳化娃，粒度为100-200目，优选为200目，比重为 3. 20-3. 25,显微硬度为 2840-3320kg/mm2。
[0024] 碳化娃具有很好的抗高溫性能和很高的强度，摩擦性能优良，可W增加材料的摩 擦系数。
[00巧]尤其是，所述儀粉的粒度为100-200目，优选为200目。
[00%] 其中，所述润滑剂包括硬脂酸锋和煤油。
[0027] 特别是，所述硬脂酸锋与煤油的重量份配比为0. 5-1:1-3。
[002引尤其是，所述硬脂酸锋与煤油的重量份配比优选为0. 8:1. 5。
[0029] 特别是，所述硬脂酸锋为白色黏结的细粉，有滑腻感，微具刺激性气味，密度为 1. 0953g/mL(4-25°C )，烙点为1304。自燃点为9005。不溶于水、醇和酸，能溶于苯和松 节油等有机溶剂。
[0030] 硬脂酸锋主要起稳定剂、脱模剂和润滑剂的作用。
[0031] 尤其是，所述煤油为无色透明液体，略带臭味，密度为0.78-0. 80g/mL(4-15°C )。 煤油的加入可W在压制成型时起到脱模作用。
[0032] 本发明的优点如下：
[0033] 1、本发明用于制备电力机车用粉末冶金闽瓦的材料原料选择合理，加入的天然石 墨具有质量轻、导电、导热、润滑性能好、机械加工性能优良等优点，非常适合用于制备电力 机车用粉末冶金闽瓦。
[0034] 2、本发明用于制备电力机车用粉末冶金闽瓦的材料选用二硫化钢作为添加剂，可 W提高闽瓦的耐磨性能，提高闽瓦的润滑性能及与车轮的刹车接触良好，使其在任何环境 中可W抗环境因素干扰。
[0035] 3、本发明用于制备电力机车用粉末冶金闽瓦的材料选用绿色碳化娃作为添加剂， 碳化娃的硬度较大，耐磨性能良好，可W增强闽瓦的强度和初性及抗高溫性能。
[0036] 4、本发明用于制备电力机车用粉末冶金闽瓦的材料选用硬脂酸锋和航空煤油作 为润滑剂，其润滑性能好，在瓦片状的粉末冶金组件的压制成型过程中，可W很好的起到脱 模作用。
[0037] 5、应用本发明用于制备电力机车用粉末冶金闽瓦的材料制备的电力机车用粉末 冶金闽瓦密度为5. 0-5. Ig/cm3,布氏硬度为90-100皿，抗剪强度为70-90MPa，冲击初性为 6-8J/M2,抗压强度为180-230MPa，达到铁路Η型标准。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而 更为清楚。但运些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术 人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可W对本发明技术方案的细节和形式 进行修改或替换，但运些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
[0039] 原料与试剂：
[0040] 还原铁粉购自湘潭凌飞金属材料科技有限公司，灰色粉末，粒度为100目，铁含量 > 98%，碳含量《0. 01 %，憐含量< 0. 03%，硫含量0. 03%，氨损为0. 1-0. 2% ;
[0041] 电解铜粉购自北京有研有色金属有限公司，玫瑰红色粉末，粒度为200-300目，其 中铜含量> 99,灰分《1% ;
[0042] 天然石墨购自青岛天和公司，粒度为50-200目，其中碳含量> 99,灰分《1% ;
[0043] 二硫化钢购自上海申雨工贸有限公司，黑色固体粉末，粒度为200目；
[0044] 碳化娃购自南通市金东方金刚砂厂，粒度为200目，比重为3. 20-3. 25,显微硬度 为 2840-3320kg/mm2.
[0045] 儀粉购自上海九佳粉体材料有限公司，粒度为200目；
[0046] 硬脂酸锋购自江西宏远化工有限公司，白色黏结的细粉，有滑腻感，微具刺激性气 味，密度为1. 0953g/mL(4-25°C )，烙点为1304°C，自燃点为9005°C，不溶于水、醇和酸，能溶 于苯和松节油等有机溶剂；
[0047] 煤油购自上海梓琢能源科技有限公司，无色透明液体，略带臭味，密度为 0. 78-0. 80g/mL(4-15°C ) 〇 阳04引实施例1
[0049] 1、按照如下重量份配比准备原料： 阳化0] 铁粉 巧 铜粉 30 天然石墨 35 二硫化钢 么5 碳化娃 斗
[0051] 银粉 1.5 硬脂酸薛 0.5 煤油 1.5
[0052] 2、在常溫状态下，将铁粉、铜粉、添加剂和硬脂酸锋均匀混合，制得第一预混料；再 将天然石墨和煤油均匀混合，制得第二预混料；将第一预混料和第二预混料加入到混合设 备中混合化，制得预混料。
[0053] 3、将预混料置于模具中进行压制处理，压制设备为315吨液压机，压制比重为 5. 3,制得瓦片状的粉末冶金闽瓦摩擦块巧料。
[0054] 4、对粉末冶金闽瓦摩擦块巧料进行赔烧处理，首先在5.化内将烧结炉溫度提高 至1050°C，然后在此溫度下保持4.化，然后用冷水冷却至室溫，制得瓦片状的粉末冶金闽 瓦摩擦块。
[0055] 5、将闽瓦摩擦块与冲制处理好的锻铜钢背放置于加压烧结炉中进行加压烧结处 理，首先在化内将烧结溫度提高至950°C，然后在此溫度下保持3.化，此过程中保持加压烧 结炉内的压力为3. 5MPa，然后用冷水冷却至室溫，制得闽瓦摩擦块组件。
[0056] 6、将压制好的钢瓦、扣套和挡块进行组合焊接，采用普通焊机400即可（焊条要 求：Φ 2. 5 X 300 mm )，焊接电流为120A，选择开关处于I挡，在两长孔和两方孔内电焊；然后 将焊接好的闽瓦骨架组件置于200°C的烘箱中进行烘干处理化，去除冷却至室溫。
[0057] 7、对闽瓦摩擦块组件和闽瓦骨架组件进行打磨处理，然后采用氣弧焊对打磨后的 闽瓦摩擦块组件和闽瓦骨架组件进行组合焊接处理，氣弧焊电流为115A，氣气流量为18L/ min,使用碳钢用氣焊丝灯IG-501. 8X 1000醒），制得闽瓦成品。
[0058] 8、将闽瓦成品浸没在清漆中2秒，对其进行浸清漆处理，然后将浸清漆处理后的 闽瓦成品于90°C下烘干化，最后对烘干处理后的闽瓦成品进行喷漆处理，即得。
[0059] 按照GB/T10421-2002方法测定闽瓦的密度，按照GB/T10425-2002, GB/ T231. 1-2002方法测定闽瓦的布氏硬度，按照GB/T9135-1999方法测定闽瓦的抗剪强度， 按照GB/T9096-2002GB/T229-1994方法测定闽瓦的冲击初性，按照GB/T10424-2002方 法测定闽瓦的抗压强度，结果见表1。 W60] 实施例2
[0061] 1、按照如下重量份配比准备原料：
[0062] 鑛潑 40 铜粉 15 天然石墨 30 二硫化钢 1 碳他娃 8 银粉 4 硬脂酸锋 1 煤油 1
[0063] 2、在常溫状态下，将铁粉、铜粉、添加剂和硬脂酸锋均匀混合，制得第一预混料；再 将天然石墨和煤油均匀混合，制得第二预混料；将第一预混料和第二预混料加入到混合设 备中混合化，制得预混料。
[0064] 3、将预混料置于模具中进行压制处理，压制设备为315吨液压机，压制比重为 5. 6,制得粉末冶金闽瓦摩擦块巧料。
[00化]4、对粉末冶金闽瓦摩擦块巧料进行赔烧处理，首先在化内将烧结炉溫度提高至 1000°C，然后在此溫度下保持化，然后用冷水冷却至室溫，制得瓦片状的粉末冶金闽瓦摩擦 块。
[0066] 5、将闽瓦摩擦块与冲制处理好的锻铜钢背置于加压烧结炉中进行加压烧结处理， 首先在化内将烧结溫度提高至l〇〇〇°C，然后在此溫度下保持化，此过程中保持加压烧结炉 内的压力为3. 8MPa，然后用冷水冷却至室溫，制得闽瓦摩擦块组件。
[0067] 6、将压制好的钢瓦、扣套和挡块进行组合焊接，采用普通焊机400即可（焊条要 求：Φ 2. 5 X 300 mm )，焊接电流为175A，选择开关处于I挡，在两长孔和两方孔内电焊；然后 将焊接好的闽瓦骨架组件置于190°C的烘箱中进行烘干处理化，去除冷却至室溫。
[0068] 7、对闽瓦摩擦块组件和闽瓦骨架组件进行打磨处理，然后采用氣弧焊对打磨后的 闽瓦摩擦块组件和闽瓦骨架组件进行组合焊接处理，氣弧焊电流为100A，氣气流量为20L/ min,使用碳钢用氣焊丝灯IG-501. 8X 1000醒），制得闽瓦成品。
[0069] 8、将闽瓦成品浸没在清漆中3秒，对其进行浸清漆处理，然后将浸清漆处理后的 闽瓦巧料于90°C下烘干化，最后对烘干处理后的闽瓦巧料进行喷漆处理，即得。 W70] 按照GB/T10421-2002方法测定闽瓦的密度，按照GB/T10425-2002, GB/ T231. 1-2002方法测定闽瓦的布氏硬度，按照GB/T9135-1999方法测定闽瓦的抗剪强度， 按照GB/T9096-2002GB/T229-1994方法测定闽瓦的冲击初性，按照GB/T10424-2002方 法测定闽瓦的抗压强度，结果见表1。 阳0川 实施例3
[0072] 1、按照如下重量份配比准备原料：
[0073] 铁粉 20 铜粉 10 天然石墨 奶 二硫化钢 5 碳化鞋 1 儀粉 0.5 硬脂酸轉 0.5 煤油 3
[0074] 2、在常溫状态下，将铁粉、铜粉、添加剂和硬脂酸锋均匀混合，制得第一预混料；再 将天然石墨和煤油均匀混合，制得第二预混料；将第一预混料和第二预混料加入到混合设 备中混合lOh，制得预混料。
[00巧]3、将预混料置于模具中进行压制处理，压制设备为315吨液压机，压制比重为 5. 0,制得粉末冶金闽瓦摩擦块巧料。
[0076] 4、对粉末冶金闽瓦摩擦块巧料进行赔烧处理，首先在化内将烧结炉溫度提高至 1100°C，然后在此溫度下保持化，然后用冷水冷却至室溫，制得瓦片状的粉末冶金闽瓦摩擦 块。
[0077] 5、将闽瓦摩擦块与冲制处理好的锻铜钢背置于加压烧结炉中进行加压烧结处理， 首先在5.化内将烧结溫度提高至980°C，然后在此溫度下保持地，此过程中保持加压烧结 炉内的压力为3. 6MPa，然后用冷水冷却至室溫，制得闽瓦摩擦块组件。
[0078] 6、将压制好的钢瓦、扣套和挡块进行组合焊接，采用普通焊机400即可（焊条要 求：Φ 2. 5 X 300 mm )，焊接电流为65A，选择开关处于I挡，在两长孔和两方孔内电焊；然后 将焊接好的闽瓦骨架组件置于220°C的烘箱中进行烘干处理化，去除冷却至室溫。
[0079] 7、对闽瓦摩擦块组件和闽瓦骨架组件进行打磨处理，然后采用氣弧焊对打磨后的 闽瓦摩擦块组件和闽瓦骨架组件进行组合焊接处理，氣弧焊电流为130A，氣气流量为15L/ min,使用碳钢用氣焊丝灯IG-501. 8X 1000醒），制得闽瓦成品。
[0080] 8、将闽瓦巧成品没在清漆中1秒，对其进行浸清漆处理，然后将浸清漆处理后的 闽瓦巧料于90°C下烘干化，最后对烘干处理后的闽瓦巧料进行喷漆处理，即得。
[0081] 按照GB/T10421-2002方法测定闽瓦的密度，按照GB/T10425-2002，
[0082] GB/T231. 1-2002方法测定闽瓦的布氏硬度，按照GB/T9135-1999方法测定闽 瓦的抗剪强度，按照GB/T9096-2002GB/T229-1994方法测定闽瓦的冲击初性，按照GB/ T10424-2002方法测定闽瓦的抗压强度，结果见表1。 阳〇8引对照例
[0084] W市售的闽瓦（乐清市粉末冶金厂，Η型）作为对照例。 阳0化]按照GB/T10421-2002方法测定闽瓦的密度，按照GB/T10425-2002，
[0086] GB/T231. 1-2002方法测定闽瓦的布氏硬度，按照GB/T9135-1999方法测定闽 瓦的抗剪强度，按照GB/T9096-2002GB/T229-1994方法测定闽瓦的冲击初性，按照GB/ Τ10424-2002方法测定闽瓦的抗压强度，结果见表1。
[0087] 表1闽瓦性能参数
[0088]
[0090] 由表1数据可知，应用本发明的材料制备的电力机车用粉末冶金闽瓦密度为 5. 0-5. Ig/cm3,布氏硬度为90-100皿，抗剪强度为70-90MPa，冲击初性为6-8J/M2,抗压强度 为180-230MPa，达到铁路机车粉末冶金闽瓦Η型摩擦系数等标准；与市售同类产品相比，布 氏硬度提高了 8. 6-42. 9 %，抗剪强度提高了 60-80 %，冲击初性提高了 40-60 %，抗压强度 提高了 38. 5-76. 9%。
【主权项】
1. 一种用于制备电力机车用粉末冶金闸瓦的材料，所述电力机车用粉末冶金闸瓦是一 种用于抱紧车轮踏面的瓦片状制动块，其特征在于，包括如下原料： 铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂； 其中，所述添加剂包括二硫化钼、碳化硅和镍粉； 其中，所述润滑剂包括硬脂酸锌和煤油。2. 如权利要求1所述的用于制备电力机车用粉末冶金闸瓦的材料，其特征在于，所述 铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂的重量份配比为：铁粉20-40、铜粉10-30、天然石墨 30-60、添加剂7-15、润滑剂1-4。3. 如权利要求2所述的用于制备电力机车用粉末冶金闸瓦的材料，其特征在于，所述 铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂的重量份配比为：铁粉25-40、铜粉15-30、天然石墨 35-55、添加剂10-15、润滑剂1-3。4. 如权利要求1所述的用于制备电力机车用粉末冶金闸瓦的材料，其特征在于，所述 二硫化钼、碳化硅和镍粉的重量份配比为1-5:1-8:0. 5-4。5. 如权利要求1所述的用于制备电力机车用粉末冶金闸瓦的材料，其特征在于，所述 硬脂酸锌与煤油的重量份配比为〇. 5-1:1-3。
【文档编号】B22F1/00GK105983687SQ201510069891
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月10日
【发明人】林勇, 朱约辉
【申请人】苏州东南电碳科技有限公司