CN101839295B - 一种高速列车粉末冶金刹车片及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种高速列车粉末冶金刹车片，该刹车片的材料由下述重量份的粉末原料制成：铜粉60～70；锡粉4～10；铁粉4～6；石墨4～9；二氧化硅2～3；锌粉2～6；二硫化钼3～5；锆英石2～6。还公开了该粉末冶金刹车片的制备工艺。本发明的优点是以具有高导热率及良好塑性的铜为基体，添加锡、锌在烧结过程中合金化，降低烧结温度，改善摩擦性能，添加二氧化硅、锆英石提高摩擦系数，用石墨、二硫化钼作为润滑组元，保护对偶、稳定摩擦系数。由此生产的刹车片对对偶盘的磨损小，摩擦系数稳定，异常磨损、噪音出现概率小、环保、制动性能满足高速列车的要求。

Description

一种高速列车粉末冶金刹车片及其制备工艺

技术领域

本发明涉及刹车片技术领域，更具体地说，涉及一种高速列车粉末冶金刹车片及其制备工艺。

背景技术

刹车片也叫刹车皮，是最关键的安全零件，所有刹车效果的好坏都是刹车片起决定性作用。

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。列车高速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。现有的常规制动材料，如半金属基合成材料，无论是摩擦系数和列车运行平稳性，还是耐磨性、导热性、制动距离等方面均不能满足提速车辆的需要，在列车行驶速度大于200Km/h的制动过程中，由于摩擦制动，列车的动能几乎全部转化为摩擦热，使摩擦副的温升很高，致使传统半金属基合成刹车片的摩擦系数不稳定、刹车片老化、开裂、磨损加剧、使用寿命缩短，无法满足高速列车制动需要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高速列车粉末冶金刹车片及其制备工艺，以实现摩擦系数稳定，异常磨损、噪音出现概率小、环保、制动性能满足高速列车的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高速列车粉末冶金刹车片，该刹车片的材料包括：

铜粉    60wt％～70wt％；

锡粉    4wt％～10wt％；

铁粉    4wt％～6wt％；

石墨        4wt％～9wt％；

二氧化硅    2wt％～3wt％；

锌粉        2wt％～6wt％；

二硫化钼    3wt％～5wt％；

锆英石      2wt％～6wt％。

优选的，上述高速列车粉末冶金刹车片中，该刹车片的材料包括：

铜粉        63wt％～67wt％；

锡粉        5wt％～8wt％；

铁粉        4wt％～6wt％；

石墨        5wt％～7wt％；

二氧化硅    2wt％～3wt％；

锌粉        3wt％～5wt％；

二硫化钼    3wt％～5wt％；

锆英石      3wt％～6wt％。

优选的，上述高速列车粉末冶金刹车片中，该刹车片各材料的粒度分别为：

铜粉        240～260目；

锡粉        300～350目；

铁粉        280～320目；

石墨        180～220目；

二氧化硅    180～220目；

锌粉        180～220目；

二硫化钼    180～220目；

锆英石      180～220目。

优选的，上述高速列车粉末冶金刹车片中，该刹车片各材料的粒度分别为：

铜粉    250目；

锡粉    325目；

铁粉    300目；

石墨    200目；

二氧化硅    200目；

锌粉        200目；

二硫化钼    200目；

锆英石      200目。

一种高速列车粉末冶金刹车片的制备工艺，包括步骤：

原料混配，按配比称取刹车片的粉末原料，放入混料机中混配均匀；

烧结热压成型，将上述混合好的粉末原料装入模具，模压成型后放入烧结炉中烧结热压成型，其中，烧结温度为760℃-830℃，烧结时间为20-30min。

优选的，上述高速列车粉末冶金刹车片的制备工艺中，所述热压烧结是在氨分解气保护下进行。

从上述的技术方案可以看出，相对于背景技术，本发明的优点是以具有高导热率及良好塑性的铜为基体，添加锡、锌在烧结过程中合金化，降低烧结温度，改善摩擦性能，添加二氧化硅、锆英石提高摩擦系数，用石墨、二硫化钼作为润滑组元，保护对偶、稳定摩擦系数。由此生产的刹车片对对偶盘的磨损小，摩擦系数稳定，异常磨损、噪音出现概率小、环保、制动性能满足高速列车的要求。

具体实施方式

本发明提供的高速列车粉末冶金刹车片，其中，该刹车片的材料由下述重量份的粉末原料制成：铜粉60～70、锡粉4～10、铁粉4～6、石墨4～9、二氧化硅2～3、锌粉2～6、二硫化钼3～5、锆英石2～6。

本发明提供的刹车片材料是以铜作为基体材料，以锡、铁和锌作为合金化材料，(刹车片的原料组成包括基体材料、合金化材料、增磨材料、减磨材料和增强材料)其中基体材料为铜合金。铜具有高的导热率，保证了在摩擦过程中很好的散热；铜具有较好的塑性，易于压制；铜具有相对较低的熔点，烧结的工艺性较好。所述合金化材料主要有锡、铁和锌，这些材料的加入会在烧结过程中和基体材料铜进行合金化，增加刹车片的强度，同时由于金属具有较好的导热率，会将摩擦过程中的热量散掉，降低摩擦工作面的温度。所述增磨材料主要为二氧化硅和锆英石，增磨材料由于热压作用与基体材料间存在较好的把持，此种情况下要从基体中将增磨材料分离出来会消耗很大的摩擦功，因而会促进耐磨性提高。同时，由于上述材料具有一定的硬度和不规则的表面，在摩擦过程中会在对偶件表面形成一定深度和数量的犁沟，有利于增强摩擦性能，提高摩擦系数。所述减磨材料主要为石墨和二硫化钼。由于石墨具有层状结构，可以有效的降低摩擦系数，在摩擦过程中能够起到良好的减磨作用，同时也会降低刹车片的磨损，保护对偶、稳定摩擦系数。由此生产的刹车片对对偶盘的磨损小，摩擦系数稳定，异常磨损、噪音出现概率小、环保、制动性能满足高速列车的要求。

本发明提供的高速列车粉末冶金刹车片的制备工艺，包括步骤：

混料；

通过自动配料系统或手工操作将刹车片的摩擦表面所需的各种原材料按照配方配比，倒入搅拌机破碎，并搅拌均匀。搅拌好的摩擦材料和涂完胶的钢背，一起送模压工序，加工出刹车片半成品。

热压；

模压分称料和压制两步进行。

称料：依据压制产品需要的各种原料和重量，在电子台秤上称量摩擦材料。称量完的摩擦材料放到检重秤上检重，保证使用的摩擦材料在“标准值±1g”的重量范围内。

压制：安装固定好模具后，依据规定的压制工艺系统压力为16MPa，背压压力12MPa，保压时间300秒。压机上模190℃，中下模195℃，等模具升温到规定范围后开始生产。操作过程中操作者注意将摩擦材料全部倒入模腔，合模压制；到达工艺规定的时间后，压机自动开模，操作者将产品转移到周转盘内。

磨削；

使用组合磨床加工摩擦材料表面，使摩擦材料表面达到一定的厚度、平行度、平面度要求；使用开槽、磨斜机，通过开槽砂轮锯片或杯形砂轮，加工摩擦材料的表面，加工出槽或斜面。

表面清理；

分抛光和喷砂两步进行。先在抛光机上，通过钢丝轮，清理刹车片钢背周边的毛刺、溢料、飞边等；再在喷砂机上，通过棕刚玉磨料，清理刹车片钢背上面的污垢、锈蚀等，用以保证后序加工的质量要求。

喷涂；

表面清理完的产品，根据客户的要求，将不同颜色、不同亮度的粉末覆盖在刹车片钢背上面、侧面，和摩擦材料侧面。产品通过烘干炉，经过熔融、溜平、固化等状态，达到一定的附着力要求。

打码；

使用喷码机和专用油墨，在钢背表面、减震片表面，或摩擦材料侧面，喷印不同客户的不同信息，及产品的加工批号，以便于产品售出后的追溯。

安装附件；

在刹车片钢背上安装固定消音、报警装置。

包装；

根据客户要求，将成品刹车片，使用封口机、热收缩机，通过吸塑膜真空收缩后装盒。或使用贴体包装机，通过贴体膜将产品和纸板真空贴牢。

经过以上工艺加工后，一套完整的刹车片生产结束，可以进入市场使用。

以下结合具体实施例对本发明所提供的一种高速列车粉末冶金刹车片及其制备工艺作进一步详细说明。

实施例1：

分别取铜粉180公斤，锡粉12公斤，铁粉12公斤，石墨12公斤，二氧化硅6公斤，锌粉6公斤，二硫化钼9公斤，锆英石6公斤，将按照上述配比称取的刹车片粉末原料，放入V型混料机内混料30min均匀后，放入FSP系列数控高精密粉末冶金成形压力机压制成型，在网带式粉末冶金烧结炉内氨分解气保护下830℃烧结30min，经精整、整形、复压后得到一种性能稳定的高速列车刹车片。

表1实施例1提供的刹车片的物理-力学性能

本实施例提供的刹车片摩擦系数为0.19，磨损为0.21mm，速度在300Km/h紧急制动时，高温性能稳定，热衰退不明显，噪音低，使用寿命长，满足高速列车的制动要求。

实施例2：

分别取铜粉210公斤，锡粉30公斤，铁粉18公斤，石墨27公斤，二氧化硅9公斤，锌粉18公斤，二硫化钼15公斤，锆英石18公斤，上述粉末原料纯度分别为铜粉99.85％，锡粉99.8％，铁粉99％，石墨99.5％，二氧化硅99％，锌粉99.7％，二硫化钼99％，锆英石99％。上述粉末的粒度分别为铜粉240目；锡粉350目；铁粉280目；石墨220目；二氧化硅180目；锌粉220目；二硫化钼180目；锆英石220目。将按照上述配比称取的刹车片粉末原料，放入V型混料机内混料30min均匀后，放入FSP系列数控高精密粉末冶金成形压力机压制成型，在网带式粉末冶金烧结炉内氨分解气保护下760℃烧结30min，经精整、整形、复压等后续处理得到一种性能稳定的高速列车刹车片。

表2实施例2提供的刹车片的物理-力学性能

本实施例提供的刹车片摩擦系数为0.18，磨损在0.20，速度在300Km/h紧急制动时，高温性能稳定，热衰退不明显，噪音低，使用寿命长，满足高速列车的制动要求。

实施例3：

分别取铜粉200公斤，锡粉15公斤，铁粉16公斤，石墨20公斤，二氧化硅7公斤，锌粉12公斤，二硫化钼10公斤，锆英石12公斤，上述粉末原料纯度分别为铜粉99.85％，锡粉99.8％，铁粉99％，石墨99.5％，二氧化硅99％，锌粉99.7％，二硫化钼99％，锆英石99％。上述粉末的粒度分别为铜粉260目，锡粉300目，铁粉320目，石墨180目，二氧化硅220目，锌粉180目，二硫化钼220目，锆英石180目。将按照上述配比称取的刹车片粉末原料，放入V型混料机内混料30min均匀后，放入FSP系列数控高精密粉末冶金成形压力机压制成型，在网带式粉末冶金烧结炉内氨分解气保护下760℃烧结30min，经精整、整形、复压等后续处理得到一种性能稳定的高速列车刹车片。

表3实施例3提供的刹车片的物理-力学性能

本实施例提供的刹车片摩擦系数为0.24，磨损在0.201mm，速度在300Km/h紧急制动时，高温性能稳定，热衰退不明显，噪音低，使用寿命长，满足高速列车的制动要求。

实施例4：

分别取铜粉190公斤，锡粉18公斤，铁粉14公斤，石墨25公斤，二氧化硅8公斤，锌粉16公斤，二硫化钼12公斤，锆英石16公斤，上述粉末原料纯度分别为铜粉99.85％，锡粉99.8％，铁粉99％，石墨99.5％，二氧化硅99％，锌粉99.7％，二硫化钼99％，锆英石99％。上述粉末的粒度分别为铜粉250目，锡粉325目，铁粉300目，石墨200目，二氧化硅200目，锌粉200目，二硫化钼200目，锆英石200目。将按照上述配比称取的刹车片粉末原料，放入V型混料机内混料30min均匀后，放入FSP系列数控高精密粉末冶金成形压力机压制成型，在网带式粉末冶金烧结炉内氨分解气保护下760℃烧结20min，经精整、整形、复压等后续处理得到一种性能稳定的高速列车刹车片。

表4实施例4提供的刹车片的物理-力学性能

本实施例提供的刹车片摩擦系数为0.25，磨损在0.22mm，速度在300Km/h紧急制动时，高温性能稳定，热衰退不明显，噪音低，使用寿命长，满足高速列车的制动要求。

实施例5：

分别取铜粉185公斤，锡粉22公斤，铁粉15公斤，石墨22公斤，二氧化硅7公斤，锌粉14公斤，二硫化钼13公斤，锆英石10公斤，上述粉末原料纯度分别为铜粉99.85％，锡粉99.8％，铁粉99％，石墨99.5％，二氧化硅99％，锌粉99.7％，二硫化钼99％，锆英石99％。上述粉末的粒度分别为铜粉250目，锡粉325目，铁粉300目，石墨200目，二氧化硅200目，锌粉200目，二硫化钼200目，锆英石200目。将按照上述配比称取的刹车片粉末原料，放入V型混料机内混料均匀后，放入FSP系列数控高精密粉末冶金成形压力机压制成型，在网带式粉末冶金烧结炉内氨分解气保护下800℃烧结20min，经精整、整形、复压等后续处理得到一种性能稳定的高速列车刹车片。

表5实施例5提供的刹车片的物理-力学性能

本实施例提供的刹车片摩擦系数为0.23之间，磨损在0.202mm，速度在300Km/h紧急制动时，高温性能稳定，热衰退不明显，噪音低，使用寿命长，满足高速列车的制动要求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种高速列车粉末冶金刹车片，其特征在于，该刹车片的材料包括：

240～260目的铜粉            60wt％～70wt％；

300～350目的锡粉            4wt％～10wt％；

280～320目的铁粉            4wt％～6wt％；

180～220目的石墨            4wt％～9wt％；

180～220目的二氧化硅        2wt％～3wt％；

180～220目的锌粉            2wt％～6wt％；

180～220目的二硫化钼        3wt％～5wt％；

180～220目的锆英石          2wt％～6wt％。

2.根据权利要求1所述的高速列车粉末冶金刹车片，其特征在于，该刹车片的材料包括：

铜粉         63wt％～67wt％；

锡粉         5wt％～8wt％；

铁粉         4wt％～6wt％；

石墨         5wt％～7wt％；

二氧化硅     2wt％～3wt％；

锌粉         3wt％～5wt％；

二硫化钼     3wt％～5wt％；

锆英石       3wt％～6wt％。

3.根据权利要求1所述的高速列车粉末冶金刹车片，其特征在于，该刹车片各材料的粒度分别为：

铜粉         250目；

锡粉         325目；

铁粉         300目；

石墨         200目；

二氧化硅     200目；

锌粉         200目；

二硫化钼     200目；

锆英石     200目。

4.一种制备如权利要求1-3任一项所述的高速列车粉末冶金刹车片的工艺，其特征在于，包括步骤：

原料混配：按配比称取刹车片的材料，放入混料机中混配均匀；

烧结热压成型：将上述混合好的粉末原料装入模具，模压成型后放入烧结炉中烧结热压成型，其中，烧结温度为760℃-830℃，烧结时间为20-30min。

5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述烧结炉中烧结热压成型是在氨分解气保护下进行。