一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及刹车材料技术领域，具体涉及一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料及其制备方法；本发明专利技术由原材料铜粉、铁粉、镀铜鳞片石墨、镀铜石墨粒、铬铁粉、二硫化钼粉、氧化铝纤维经粉末冶金工艺制备，具有良好的力学性能，摩擦系数稳定，磨耗量小，抗热衰性好，本发明专利技术所用原材料和配比，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，制备工艺简单易控、性能优异，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料及其制备方法
本专利技术涉及粉末冶金材料
，具体涉及一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料及其制备方法。
技术介绍
高铁作为现在社会目前最新一代的交通运输方式，在运行速度、运输能力、节能环保等方面具有很大的优势，面对国内市场和国际市场急剧增长的交通运输需求，我国已研制出覆盖时速200-250km/h、300-350km/h的各型号高速列车，特别是中国标准动车组的提速，例如，现复兴号已提速至350km/h，高速列车在行驶制动过程中制动闸片摩擦材料产生的温度非常高，最高的瞬时温度可达500-900℃，因此对制动摩擦材料的摩擦磨损性能要求非常严格，在速度等级250-350km/h的高速列车，合成摩擦材料已经不能满足技术要求，国内外均已全部采用粉末冶金摩擦材料进行制动。中国专利文献CN107824783公开了一种高速列车制动用铜铁基粉末冶金摩擦材料及制备方法，包括原料铜粉35-65wt％，铁粉15-45wt％，石墨粉6-17wt％，二硫化钼2-5wt％，钨铁合金粉2-6wt％，氧化锆粉1-8wt％，氧化铝粉0-2wt％，氧化硅粉0-1wt％，铬粉0.5-6wt％，其在硬度、磨损量、剪切强度、摩擦系数等性能指标方面都能达到时速300～350km及以上高速列车的制动要求，且具有制动平稳、磨损量小、对对偶盘损伤小等优点。但随着国内铁路行业标准和国际铁路联盟(UIC)技术条件的不断升级提高，另外400km/h的高速列车已经在研制，制动负荷越来越大，同时对高速列车制动系统中的制动制动用摩擦材料闸片的要求也越来越高，要求闸片摩擦材料的摩擦系数更加稳定，抗热衰性能更强，使用寿命更长。因此，研制出一种摩擦系数稳定、抗热衰性能更强，能够满足时速350km/h及以上的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、经济和社会意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种性能更优异、摩擦系数更加稳定、抗热衰性能更强的高速列车制动用粉末冶金摩擦材料及其制备方法。本专利技术提供了一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料，以重量百分比计，包括以下原料：铜粉45-60wt％、铁粉10-20wt％、镀铜鳞片石墨12-15wt％、镀铜石墨粒5-9wt％、铬铁粉6-10wt％、二硫化钼粉1-3wt％、氧化铝纤维1-2wt％。优选的，所述铜粉采用电解铜粉，粒度分布范围50-300目。优选的，所述铁粉采用雾化铁粉，粒度分布范围50-200目。优选的，所述镀铜鳞片石墨采用人造鳞片石墨通过化学镀的方式镀铜，含铜量为40-50wt％，粒度分布范围20-150目；所述镀铜石墨粒铜含量为25-35wt％。优选的，所述二硫化钼粒度分布范围为100-300目。优选的，所述铬铁粉粒度分布范围80-200目，其中，以重量百分比计，铬含量为50-60wt％，铁含量40-50wt％。优选的，所述氧化铝纤维长径比为10:1，包括95wt％Al2O3和5wt％SiO2。优选的，所述氧化铝纤维采用化学胶体法制取。本专利技术还提供了一种上述高速列车制动用粉末冶金摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：配料：使用自动称料设备按上述的重量份数比称取原材料；混料：将上述原材料放入V型混料机内，加入煤油，搅拌均匀，混料时长为1-2h，其中，煤油添加量与原料总重量的比例为1ml：100g；压制：将混合均匀的原材料混合物冷压成型，成型压力为400-700MPa，加压时间8-15s；烧结：将冷压成型的摩擦材料坯体在保护气氛中进行高温加压烧结。优选的，制备过程中，保护气体为氮氢混合气，热压压力为2-6MPa，烧结温度870-1000℃，烧结时间为1-2h。本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术采用铜粉和铁粉作为金属基体，可以对其他摩擦和润滑组元形成良好包裹效果体；采用铬铁粉和氧化铝纤维作为摩擦组元能耐提供高而稳定的摩擦系数，其中氧化铝纤维的添加可以提高材料高温摩擦性能，同时提高摩擦材料的自身剪切强度和抗压强度，可以减少摩擦材料的高温高速剥落，降低磨耗；采用镀铜鳞片石墨和二硫化钼作为润滑组元降低材料磨损率，防止制动盘磨损；制备过程中混料时适当加入煤油，可以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烧结；本专利技术高速列车制动用粉末冶金摩擦材料具有优异的力学性能，自身剪切强度可达28.9MPa，综合物理性能较为优异；具有稳定的高温摩擦系数和高温磨损性能、磨耗值低，摩擦系数波动值小，在相同速度不同压力情况下，摩擦系数的波动在0.02范围内，特别是在350km/h时，摩擦系数的波动在0.013范围内；摩擦材料在试验中的平均磨耗为0.087-0.121cm3/MJ，远低于《TJ/CL307-2014动车组闸片暂行技术条件》规定的粉末冶金闸片磨耗量不应超过0.35cm3/MJ要求，高温稳定性能优异；同时测得所述摩擦材料的静摩擦系数为0.356-0.412。2.本专利技术原材料中采用镀铜鳞片石墨和镀铜石墨粒添加的方式，非金属颗粒镀铜能够提高烧结金属基摩擦材料的强度，因为其改善了金属和非金属之间的润湿性，使基体金属与非金属颗粒牢固结合一起；非镀铜的非金属颗粒在烧结过程中，摩擦材料的基体金属仍处于固态，未镀铜的非金属颗粒表面往往是粗糙不平的，金属不易进入非金属颗粒表面的凹处，不易与非金属颗粒表面紧密相连，会留下了空隙，结合强度很低；镀铜的非金属颗粒在镀铜的过程中，铜沉积在颗粒的整个表面，使颗粒表面变得平直而光滑，在烧结过程中，基体金属就能较好地包裹住非金属颗粒，通过与铜的相互扩散，使得基体金属与非金属颗粒彼此钉扎啮合，结合强度大大提高，从宏观上显示出更高的强度，更稳定的摩擦系数，更好的抗热衰性。3.因为镀铜鳞片石墨和镀铜石墨粒比鳞片石墨和石墨粒密度高，还能解决机械混合粉末因材料密度不同(铜8.9×103g/cm3，石墨2.2×103g/cm3)而导致的混料不均匀，产生偏析造成产品质量不稳定的问题。4.本专利技术使用电解铜粉和雾化铁粉，电解铜粉呈树枝状，雾化铁粉呈球状，烧结后结构更加紧密均匀，增强材料的力学性质。5.本专利技术添加的少量氧化铝纤维，氧化铝纤维属于陶瓷相，高温稳定性较强，与金属基体的浸润性良好，界面反应较小，组成的摩擦材料力学性能、耐磨性均会有提高，能够显著提高摩擦材料的高温摩擦系数稳定性和高温强度，还可以提高由的整体机械性能，增强剪切强度；6.本专利技术所用原材料和配比，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。7.本专利技术制备工艺简单易控、性能优异，具有良好的市场前景。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1本实施例提供了一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料，具体如下：本实施例5kg，包括以下原料：铜粉2750g、铁粉500g、镀铜鳞片石墨600g、镀铜石墨粒450g、铬铁粉500g、二硫化钼粉100g、氧化铝纤维100g；其中，所述铜粉采用电解铜粉，粒度分布范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，以重量百分比计，包括以下原料：铜粉45‑60wt％、铁粉10‑20wt％、镀铜鳞片石墨12‑15wt％、镀铜石墨粒5‑9wt％、铬铁粉6‑10wt％、二硫化钼粉1‑3wt％、氧化铝纤维1‑2wt％。

【技术特征摘要】
1.一种高速列车制动用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，以重量百分比计，包括以下原料：铜粉45-60wt％、铁粉10-20wt％、镀铜鳞片石墨12-15wt％、镀铜石墨粒5-9wt％、铬铁粉6-10wt％、二硫化钼粉1-3wt％、氧化铝纤维1-2wt％。2.根据权利要求1所述的高速列车制动用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述铜粉采用电解铜粉，粒度分布范围50-300目。3.根据权利要求1所述的高速列车制动用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述铁粉采用雾化铁粉，粒度分布范围50-200目。4.根据权利要求1所述的高速列车制动用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述镀铜鳞片石墨采用人造鳞片石墨通过化学镀的方式镀铜，含铜量为40-50wt％，粒度分布范围20-150目；所述镀铜石墨粒铜含量为25-35wt％。5.根据权利要求1所述的高速列车制动用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述二硫化钼粒度分布范围为100-300目。6.根据权利要求1所述的高速列车制动用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述铬铁粉粒度分布范围80-200目，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴佩芳，释加才让，魏东彬，曹静武，胡晨，龙波，
申请(专利权)人：北京天仁道和新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11