粉末冶金制動(dòng)閘片摩擦材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種制備制動(dòng)閩片的粉末冶金材料，W及該材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 粉末冶金材料尤其是銅、鐵基粉末冶金摩擦材料作為摩擦磨損部件的關(guān)鍵材料， 廣泛應(yīng)用于列車、飛機(jī)、坦克等大型運(yùn)輸工具之中。隨著世界鐵路向高速、重載的快速發(fā)展， 對(duì)粉末冶金材料的性能提出了越來(lái)越高的要求。
[0003] 列車在制動(dòng)過(guò)程中，列車動(dòng)能將在短時(shí)間內(nèi)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能并通過(guò)制動(dòng)盤和制 動(dòng)閩片消散掉，運(yùn)對(duì)制動(dòng)閩片是一個(gè)嚴(yán)酷考驗(yàn)，而制動(dòng)閩片通常是由摩擦塊、金屬鋼背和燕 尾板等零部件組成，制動(dòng)閩片摩擦塊在制動(dòng)盤盤面圓環(huán)上滑動(dòng)摩擦，依靠摩擦力將列車最 終停下來(lái)，制動(dòng)閩片摩擦材料的性能好壞直接決定了列車制動(dòng)的安全性和舒適性。制動(dòng)閩 片在工作時(shí)，承受高溫、高壓、沖擊載荷、交變應(yīng)力等綜合作用，其服役條件極為苛刻。傳統(tǒng) 的合成材料由于使用溫度低，無(wú)法滿足鐵路高速化和重載化的發(fā)展需求。目前，高速和重載 列車大多使用的是粉末冶金制動(dòng)閩片。
[0004] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1257903(【申請(qǐng)?zhí)枴?9122593.7)公開(kāi)了一種制動(dòng)用粉末冶金摩擦 材料，該摩擦材料的組分含量為:銅粉:15~30%，錫粉:3~7%，錬粉:0.5~3%，二硫化鋼粉:1 ~3%，石墨:6~12%，氧化侶粉：1.5~6%，氧化娃粉：1.5~6%，鐵粉余量，制造工藝壓制后在 還原性氣氛下載980~1000°C下燒結(jié)2小時(shí)。該方法制得的摩擦材料密度在4.3~4.8g/cm 3， 硬度28~42皿，密度較低，但硬度較高，且含有鉛粉對(duì)人體和環(huán)境有危害，不符合環(huán)保要求。
[0005] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1272454(【申請(qǐng)?zhí)枴?3126347 .X)公開(kāi)了一種銅基粉末冶金摩擦材 料，該摩擦材料的組分含量為:銅粉:40~80%，錫粉:3~10%，鐵粉:2~20%，侶粉:2~10%，碳 化娃：1~3%，四棚化碳：1~3%，石墨：1~15%，鉛粉:0~10%，二硫化鋼：2~10%，領(lǐng)粉：5~ 20%，儘粉:0~2%，儀粉:0~2%，二氣化巧:0~2%，制造工藝在950~1050°C燒結(jié)溫度下加壓 燒結(jié)1.5~2小時(shí)。該方法制得的摩擦材料平均磨耗量0.3~0.65，波動(dòng)范圍大，硬度高，且含 有鉛粉對(duì)人體和環(huán)境有危害，不符合環(huán)保要求。
[0006] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN100467659(【申請(qǐng)?zhí)枴?00610134187 .X)公開(kāi)了一種銅基粒子強(qiáng)化 摩擦材料該摩擦材料的組分含量為:銅粉:30~70%，錫粉:4~11%，侶粉：1~15%，鐵粉:5~ 18%，氧化侶：2~15%，氧化娃:2~15%，鐵銘合金:0~15%，石墨：5~20%。制造工藝為采用鐘 罩式加壓燒結(jié)法在還原性氣氛下載780~880°C下燒結(jié)40~60分鐘，燒結(jié)壓力1~2MPa，或采 用電流直加熱模壓燒結(jié)成型法在真空條件下750~900°C下燒結(jié)3~5分鐘，燒結(jié)壓力為10~ 50MPa。該方法制得的摩擦材料密度5.0~5.6g/cm 3,硬度60~70皿，平均摩擦系數(shù)0.35~ 0.49,磨耗量0.41~0.65cm^MJ，摩擦系數(shù)波動(dòng)較大，磨耗量超過(guò)中國(guó)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和UIC (國(guó)際鐵路聯(lián)盟)相關(guān)規(guī)定要求。
[0007] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101280374(【申請(qǐng)?zhí)枴?00810031315.7)公開(kāi)了一種高速動(dòng)車組用 粉末冶金制動(dòng)閩片及其制備工藝，該摩擦材料的組分含量為:錫粉:1~8%，鐵粉:4~10%，銅 粉:50~80%，碳化娃：1~3%，石墨:6~12%，海砂：1~8%，Ξ氧化二侶：1~4%，棚鐵：1~10〇/〇， 二硫化鋼：1~5 % w及娃鐵：2~8 %;制造工藝為原料混合均勻，混合粉在壓制壓力3 5 ο~ 600Μ化下得到壓巧，壓巧放入具有氨氣保護(hù)的加壓燒結(jié)爐中制備粉末冶金制動(dòng)閩片材料， 燒結(jié)工藝為燒結(jié)爐升溫到680~740°C的過(guò)程中壓力為0.8~1.2MPa，再升溫到900~980°C 的過(guò)程中壓力為1.8~2.2MPa，溫度達(dá)到900~980°C后保溫，保溫壓力為2.3~3. OMPa。該方 法制得的摩擦材料密度5.6~6.2g/cm3，表觀硬度10~40皿，平均摩擦系數(shù)0.3~0.38，密度 和硬度較高，平均摩擦系數(shù)較低。
[000引中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101493127(【申請(qǐng)?zhí)枴?00810067969.7)公開(kāi)了一種銅基粉末冶金 高速閩片，該摩擦材料的組分含量為:銅粉:50~70%，祕(mì)粉:2~5%，顆粒石墨:5~11%，氮化 棚：1~4%，錫粉:4~8%，銘粉1~5%，鐵粉:1~5%，儀粉:2~6%，鐵粉:3~8%，Ξ氧化二侶:2~ 6%，二氧化娃:3~8%，錯(cuò)英石:2~7%。該方法制得的摩擦材料密度高達(dá)5.8g/cm 3,磨耗量為 0.284cm3/MJ，摩擦系數(shù)在0.3~0.45之間，波動(dòng)范圍較大，磨耗量較高。
[0009] 從上述現(xiàn)有技術(shù)可知，現(xiàn)有的粉末冶金材料存在配方中合金組分種類過(guò)于繁雜， 且制備工藝復(fù)雜，摩擦材料密度和硬度較高，摩擦系數(shù)穩(wěn)定性差，對(duì)制動(dòng)盤損傷較大等技術(shù) 缺陷，且部分合金組分為貴金屬，生產(chǎn)成本高，配方中還會(huì)添加鉛粉等對(duì)環(huán)境和人體健康有 害的原料組分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種純凈度高，摩擦性能優(yōu)異，成本較低的粉末 冶金制動(dòng)閩片摩擦材料，W及該材料的制備方法。
[0011] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的一種技術(shù)方案是:一種粉末冶金制動(dòng)閩片摩擦 材料，由原材料燒結(jié)而成，所述原材料包括W下質(zhì)量百分比的組分:銅:46%~56%，銘鐵合 金:25%~35%，石墨：8%~18%，碳化娃:4%~7〇/〇。
[0012] 上述銘鐵合金中包括W下質(zhì)量百分比的組分:銘:30%~50%，碳:2%~5%，娃:0.5% ~2%，余量為鐵。
[0013] 上述一種優(yōu)選的技術(shù)方案是：所述銘鐵合金的質(zhì)量百分比含量為29%~33%，所述 石墨的質(zhì)量百分比含量為10%~15%。
[0014] 上述一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述碳化娃的質(zhì)量百分比含量為4.5%~5.5%。
[0015] 上述一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述石墨是鱗片石墨。
[0016] 為了使得摩擦材料獲得更加穩(wěn)定的摩擦性能，上述一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述 材料的密度為4. Ig/cm3~4.6g/cm3;所述材料用直徑為10mm的硬質(zhì)合金球，在250k奸的試驗(yàn) 載荷作用下，保持30s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為10~17;所述材料的基體界面剪切強(qiáng)度為4MPa ~61VPa〇
[0017] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的另一種技術(shù)方案是:一種粉末冶金制動(dòng)閩片摩 擦材料的制備方法，包括W下具體步驟： A、 原材料稱重，所述原材料包括W下質(zhì)量百分比的組分:銅:46%~56%，銘鐵合金:25% ~3 5%，石墨:8%~18%，碳化娃:4%~7〇/〇; B、 將原材料充分混勻； C、 將原材料壓制成形，壓制的壓力為15M化~20MPa; D、 加壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為950°C~1050°C，燒結(jié)時(shí)間為化~15h，燒結(jié)壓力為0.5M化~ 3MPa〇
[001引上述一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述步驟B中，向原材料內(nèi)添加占原材料總質(zhì)量0.3% ~0.8%的粘合劑，所述粘合劑用于防止粉末混合料偏析，所述粘合劑是煤油或酒精。
[0019] 上述一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述步驟B中，采用準(zhǔn)刀式高速混料機(jī)，混合時(shí)間為 15min~45min〇
[0020] 上述一種優(yōu)選的技術(shù)方案是:所述步驟D中，采用能分步升溫的鐘罩式加壓燒結(jié)爐 進(jìn)行加壓燒結(jié)，采用氨分解爐制得的氨氣和氮?dú)庑纬杀Ｗo(hù)氣氛。
[0021] 本發(fā)明具有積極的效果： (1)本發(fā)明的摩擦材料采用銅作為基材，銘鐵合金和碳化娃作為摩擦組元，石墨改善潤(rùn) 滑特性，所燒結(jié)得到的摩擦材料具有W下優(yōu)點(diǎn)：1)燒結(jié)密度低，摩擦塊硬度低，所制成的閩 片制動(dòng)噪聲小，與制動(dòng)盤匹配良好，對(duì)制動(dòng)盤傷害?。?)瞬時(shí)摩擦系數(shù)和平均摩擦系數(shù)穩(wěn) 定，制動(dòng)平穩(wěn)，磨耗量低，使用壽命長(zhǎng)，可有效降低車輛的使用和維護(hù)成本;3)與鍛銅的背板 結(jié)合強(qiáng)度高，可有效防止摩擦粒子在高溫高壓的作用下不會(huì)發(fā)生脫落、缺損和性能衰退等 現(xiàn)象。本發(fā)明的摩擦材料可應(yīng)用于160km/h及W上的客運(yùn)機(jī)車或其他鐵路車輛，也可用于其 他工程機(jī)械領(lǐng)域，如重型卡車、礦山機(jī)械等。
[0022] (2)銘鐵合金具有質(zhì)硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕等特性，但銘在空氣中容易被氧化， 因此本發(fā)明添加銘鐵合金而不直接添加銘。本發(fā)明的摩擦材料采用將銘和鐵制成銘鐵合金 而取代傳統(tǒng)的銘和鐵，提高其抗氧化能力，使得材料具有一定的硬度，良好的高溫穩(wěn)定性和 耐磨特性。另外，銘鐵合金與銅或銅合金的親和力很強(qiáng)，兩者可W互溶，W銘鐵合金作為摩 擦組元，可W改善硬質(zhì)相與銅基體間的結(jié)合狀態(tài)，提高閩片的平均摩擦系數(shù)和摩擦系數(shù)穩(wěn) 定性，提升閩片耐熱溫度，降低閩片磨損量。
[0023] (3)碳化娃具有硬度高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨損、耐化學(xué)腐蝕、優(yōu)良的高溫性能和抗 熱震性能，是理想的高溫材料。本發(fā)明的摩擦材料采用碳化娃作為摩擦組元中的硬質(zhì)相，可 得到較高的摩擦系數(shù)和制動(dòng)力矩。
[0024] (4)本發(fā)明的摩擦材料可僅由四種材料燒結(jié)而成，純凈度高，批量生產(chǎn)時(shí)質(zhì)量可控 性高，在組分較少的情況下，依然可W獲得良好的摩擦性能，并且杜絕添加可能對(duì)人體及環(huán) 境有潛在危害的鉛、鋒及其化合物，更加環(huán)保。
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