一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料制造技术

本发明专利技术涉及一种含流态化高效氧化纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料；属于制动材料开发技术领域。其所用原料以质量百分比计包括下述组分：铜粉35～58％、铁粉10～20％、二氧化锆2～8％、铬铁粉5～15％、石墨15～20％、二硫化钼1～5％；所述铜粉中，纤维状铜粉的含量大于等于45％；所述纤维状铜粉的粒度分布为：粒径为5μm以下的铜粉:5～6wt％；粒径为5～20μm的铜粉:59～65wt％；粒径大于20μm且小于等于45μm：30～33wt％。其可通过现有常规的粉末冶金方法制备。本发明专利技术所得产品硬度高、剪切强度高、抗压强度高，在高能制动条件下其摩擦系数更为稳定、磨损量更低。本发明专利技术组分设计合理、制备工艺简单可控，便于大规模工业化应用。便于大规模工业化应用。便于大规模工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料


[0001]本专利技术涉及一种含流态化高效氧化纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料；属于制动材料开发


技术介绍

[0002]高速列车基础制动一般采用的是盘形制动方式，制动时利用闸片与制动盘相互接触产生摩擦力，消耗列车的动能实现减速或者停车。其中，闸片的性能与稳定性决定了高速列车的安全运行。随着国民经济的快速发展，高速列车的运营时速和负载不断提高，对制动闸片的性能也提出了更高的要求。
[0003]目前，高速列车制动闸片主要使用的是铜基粉末冶金摩擦材料，铜基粉末冶金摩擦材料是以铜作为基体，添加基体的强化组元、摩擦组元和润滑组元烧结而成的材料。铜基粉末冶金制动闸片通过上述组元经过混粉、冷压、烧结后共同作用，具有优异的摩擦学性能和导热性能。然而，由于目前铜基粉末冶金摩擦材料的强度较低，制动过程中受到制动盘的高速摩擦与重载冲击，导致摩擦过程中闸片的表面异常磨损，甚至出现崩边掉块的现象，大大缩短了闸片使用安全性与寿命。因此，提高高速列车铜基粉末冶金制动材料的强度与耐磨性，是开发出满足高速重载制动工况的高性能铜基粉末冶金制动闸片的重要方向之一。
[0004]现有的铜基粉末冶金闸片材料使用的是雾化铜粉和电解铜粉为基体粉末。雾化铜粉具有球形与类球形结构，其松装密度高，成型性能较差；电解铜粉具有树枝状结构，混合与压制过程中容易破碎，所制备出的闸片材料基体强度不高。因此，由现有的两种基体粉末制备出的闸片材料强度较低，在高能制动条件下摩擦系数不稳定，磨损率高。纤维状铜粉由于具有特殊的纤维状形貌，其成型性能比雾化铜粉好，且在混合与压制过程中不易破损，经过流态化高效氧化后，粉末特殊表面形貌使得其比表面积大，烧结性能好，制备出铜基粉末冶金制动闸片强度高，摩擦系数稳定且磨损率低。
[0005]针对上述问题，现有的解决办法大部分是通过改变或调整组元的种类和配比来增强铜基粉末冶金摩擦材料的强度。中国公开专利文献CN103244586B公开了一种用于高速列车的金属基粉末冶金制动闸片及其制备方法，该专利技术以电解铜粉或还原铜粉为基体，添加铁粉为增强组元，钨、刚玉、硅砂、碳化硼为摩擦组元，石墨粉、二硫化钼为润滑组元，炭纤维粉末为摩擦稳定组元，该材料在约5284.98J/cm3时速等能量密度条件下摩擦系数较为稳定，磨损率较低；中国公开专利文献CN111889681A公开了一种铜基粉末冶金制动闸片及制备方法，该专利技术通过括铜粉、镍粉、铁粉、片状石墨粉、粒状石墨粉、碳化硅粉、莫来石、镀镍二硫化钨或者氟化钙或者氟化钡、六方氮化硼，满足了在时速350km/h时速下宽温域摩擦系数稳定性能。以上所述专利文献都是通过改变或调整组元的种类和配比来提高铜基粉末冶金摩擦的强度。而目前铜基粉末冶金摩擦材料中的铜粉大部分使用的是雾化铜粉和电解铜粉，其在粉末分散过程中容易破裂，且由于粉末形貌问题而导致其成型性能差，生坯结合强度底，所制备出的摩擦材料对组元束缚性能不足，使得在更高能量制动状态下组元易与基体剥离，磨损率较大，无法满足更高能量制动条件下的性能要求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术首次提出采用纤维状铜粉部分或全部替代电解铜粉的方法，配合适当的组元，得到了硬度高、剪切强度高、抗压强度高，在高能制动条件下其摩擦系数更为稳定，磨损量更低的高速列车制动闸片材料。
[0007]本专利技术一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其所用原料以质量百分比计包括下述组分：
[0008]铜粉35～58％、铁粉10～20％、二氧化锆2～8％、铬铁粉5～15％、石墨15～20％、二硫化钼1～5％；所述铜粉中，纤维状铜粉的含量大于等于45％；所述纤维状铜粉的粒度分布为：粒径为5μm以下的铜粉:5～6vol％；粒径为5～20μm的铜粉:59～65vol％；粒径大于20μm且小于等于45μm：30～34vol％，粒径大于45μm且小于等于75μm：1～2vol％。
[0009]本专利技术一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，所述纤维状铜粉的松装密度为1.0
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1.5g/cm3；优选为1.2
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1.3g/cm3。比表面积为0.28～0.4m2/g、优选为0.35
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0.4m2/g。原料的比表面积和松装密度对产品有着至关重要的影响。
[0010]作为优选方案，本专利技术一种纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，所述铜粉中，纤维状铜粉的含量大于等于50％。
[0011]作为优选方案，本专利技术一种纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其所用原料以质量百分比计包括下述组分：
[0012]铜粉38～55％，、铁粉12～18％、二氧化锆4～6％、铬铁粉7～10％、石墨17～19％、二硫化钼2～4％；所述铜粉中电解铜粉的占比为0～50wt％，纤维状铜粉的占比为50～100wt％。
[0013]本专利技术一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，需要使用电解铜粉时，电解铜粉可以采用市面上的电解铜粉，但需要控制粒度。当然如果将电解铜粉的松装密度控制为1.6～1.8g/cm3；优选为1.65～1.75g/cm3。比表面积为0.14～0.2m2/g、优选为0.16～0.18m2/g。
[0014]作为进一步的优选方案，本专利技术一种纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其所用原料以质量百分比计包括下述组分：
[0015]铜粉50～52％，铁粉15～17％、二氧化锆4％、铬铁粉7％、石墨17～19％、二硫化钼2～4％；所述铜粉中电解铜粉的占比为0～50wt％，纤维状铜粉的占比为50～100wt％。
[0016]作为进一步的优选方案一；本专利技术一种纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其所用原料以质量百分比计包括下述组分：
[0017]铜粉50％、铁粉17％、二氧化锆4％、铬铁粉7％、石墨18％、二硫化钼4％，所述铜粉中电解铜粉50wt％，纤维状铜粉50wt％。
[0018]进一步的优选方案一所得的材料，根据国内铁路行业标准，针对CR400型高速列车，采用等能量密度计算方法，利用MM
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3000摩擦磨损实验机进行模拟时速380km/h制动能量密度条件下的惯量制动实验测试，测得所述材料的摩擦系数为0.41，平均磨损量为0.15cm3/MJ。
[0019]作为进一步的优选方案，本专利技术一种纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，所述铜粉中，纤维状铜粉的含量大于等于75wt％。更进一步优选为90～100wt％。
[0020]作为进一步的优选方案二，本专利技术一种纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材
料，其所用原料以质量百分比计包括下述组分：纤维状铜粉52％、铁粉15％、二氧化锆4％、铬铁粉7％、石墨18％、二硫化钼4％。
[0021]所述纤维状铜粉的优选制备工艺为：将纯铜熔化后，形成铜液，然后采用水雾化的方式，制得非球形铜粉；然后在流化床装置上进行流态化氧化，氧化后含氧量≥10％，氧化效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其特征在于：所用原料以质量百分比计包括下述组分：铜粉35～58%、铁粉10～20%、二氧化锆2～8%、铬铁粉5～15%、石墨15～20%、二硫化钼1～5%；所述铜粉中，纤维状铜粉的含量大于等于45%；所述纤维状铜粉的粒度分布为：粒径为5μm以下的铜粉: 5～6wt%；粒径为5～20μm的铜粉: 59～65wt%；粒径大于20μm且小于等于45μm的铜粉：30～33wt%。2.根据权利要求1所述的一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其特征在于：所述铜粉中，纤维状铜粉的含量大于等于50%；所述纤维状铜粉的松装密度为1.0
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1.5g/cm3；优选为1.2
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1.3g/ cm3。比表面积为0.28~0.4m2/g、优选为0.35
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0.4 m2/g。3.根据权利要求1所述的一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其特征在于：所用原料以质量百分比计包括下述组分：铜粉38～55%，、铁粉12～18%、二氧化锆4～6%、铬铁粉7～10%、石墨17～19%、二硫化钼2～4%；所述铜粉中电解铜粉的占比为0～50wt%，纤维状铜粉的占比为50～100wt%。4.根据权利要求3所述的一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其特征在于：所用原料以质量百分比计包括下述组分：铜粉50～52%，、铁粉15～17%、二氧化锆4%、铬铁粉7%、石墨17～19%、二硫化钼2～4%；所述铜粉中电解铜粉的占比为0～50wt%，纤维状铜粉的占比为50～100wt%。5.根据权利要求4所述的一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其特征在于：所用原料以质量百分比计包括下述组分：铜粉50 %、铁粉17 %、二氧化锆4 %、铬铁粉7 %、石墨18 %、二硫化钼4 %，所述铜粉中电解铜粉50 wt%，纤维状铜粉50 wt%。6.根据权利要求5所述的一种含纤维状铜基粉末的高速列车制动闸片材料，其特征在于：所得的材料，根据国内铁路行业标准，针对CR400型高速列车，采用等...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚萍屏，王兴，徐宇轩，方义强，邓中旺，邓敏文，
申请(专利权)人：江苏大方金属粉末有限公司，
类型：发明
国别省市：