CN103438132A

CN103438132A - 一种铜基粉末冶金摩擦材料和钢背的连接方法

Info

Publication number: CN103438132A
Application number: CN2013103344321A
Authority: CN
Inventors: 燕青芝; 王晔
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: CN103438132B

Abstract

本发明涉及一种高速列车铜基粉末冶金复合摩擦材料与闸片钢背的连接方法，属于列车制动系统领域。其特征在于钢背与铜基复合摩擦材料的接触平面上喷涂有一层过渡层。本发明的特征还在于过渡层由混合金属粉和有机溶剂构成，可在常温下喷涂，操作简便，快速干燥后厚度为0.3-1.2mm，干层中混合金属粉的含量可达50%。本发明的连接方法有效缓和了复合摩擦材料和钢背热膨胀性能不匹配的问题，显著提高了两者的结合强度。对于提高制动系统可靠性和行车安全具有极大优势。

Description

一种铜基粉末冶金摩擦材料和钢背的连接方法

技术领域

本发明涉及一种高速列车铜基粉末冶金摩擦材料和钢背的连接方法，属于列车制动系统领域。

技术背景

铜基复合摩擦材料是指与制动盘摩擦制动的材料以铜粉为主体，并添加有合金粉、陶瓷粉、润滑粉体等多种摩擦调节成分，经混合、成型、烧结三个主要工艺过程，制成摩擦系数稳定性高、导热好、热容高、耐高温、耐雨雪的复合摩擦材料。摩擦材料（摩擦体）与起强度支撑作用的钢背连接形成摩擦块，摩擦块通过具有特殊结构的钢连接件连接在装配背板上，最终组成完整刹车片。

由于列车制动时摩擦体直接紧贴制动盘，靠摩擦力将列车抱停。因此摩擦体与钢背之间存在极大的剪切应力，而且由于摩擦制动过程中会产生巨大热量，有文献指出，铜基摩擦体的热膨胀系数为：12.67×10^-6·℃^-1，钢背的热膨胀系数为：13.49×10^-6·℃^-1，两者热膨胀系数的不同，使它们之间还存在相当大的热应力作用。为保证制动和行车安全，摩擦体与钢背之间的连接必须万无一失。

目前，包括铜基复合摩擦材料在内的摩擦材料采用多种连接方式，大致分为以下三类：第一类，通过增加摩擦体与钢背接触面积而增加结合强度的方式。专利200820190248.9，在钢背一面冲有若干凹槽，凹槽所在位置的钢背的另一面设有蘑菇状凸块，通过此凸块增强与摩擦体的锚固能力，从而提高摩擦体和钢背结合强度。专利200810197495.6通过在钢背表面制造网状凹槽，增加与摩擦体的接触面积，提高两者结合强度。专利200720000128.3通过在钢背表面焊接突刺，增加对摩擦体的锚固能力，起到增强抗剪切能力的作用。上述专利均是通过在钢背表面增加一定的异形结构，增加摩擦体与钢背接触面积，从而起到增强两者结合强度的作用。这种方式加工程序复杂，在钢背表面冲压凹凸结构易造成钢背的翘曲不平，不利于摩擦体与钢背的贴合，影响装配精度，需要增加后续的精整。第二类，通过对钢背表面进行浸胶处理，起到增加结合强度的作用。这一类方式主要用于合成基体摩擦制动材料，由于其耐受温度一般不超过300℃，因此不适用于金属基体摩擦制动材料。还有一类摩擦材料，专利申请号02111805.1，通过在钢背表面浇覆熔融合金液，与钢背形成冶金结合，再连铸形成特殊组织的工作层；专利97121068.3，通过在钢背表面平敷烧结铜合金粉、石墨粉、玻璃粉混合制成的工作层，形成冶金结合，再通过轧制增强强度。上述两种情况适用于工作层较薄的减摩耐磨材料，不适用于摩擦层较厚的摩擦制动材料的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速列车铜基粉末冶金复合摩擦材料与闸片钢背的连接方法。通过在与铜基复合摩擦材料接触的钢背平面上喷涂一层过渡层，起到缓解复合摩擦材料和钢背热膨胀性能不匹配的问题，可显著提高两者的结合强度。

过渡层的喷涂包含以下步骤：

（1）将超细铜粉85-95%，超细铁粉5-15%，在高速搅拌机中均匀混合；

（2）以混合金属粉含量30-50%，有机溶剂含量50-70%的比例，混合粉末与有机溶剂，并在超声波分散器中均匀分散。分散好的混合溶液倒入喷枪储料罐待用；

（3）待用钢背表面用无水乙醇擦拭去污，自然干燥后，在距离钢背表面15-20cm范围内用喷枪均匀喷涂混合液，根据不同厚度要求，可在已喷溶剂挥发后重复喷涂过程1-2次；自然干燥；

本发明提供了一种便捷可靠的摩擦体与钢背结合方法，无须对钢背表面进行冲槽、增加锚固结构等特殊处理，喷涂过渡层实施便捷；烧结过程中过渡层中残余有机质挥发，不影响过渡层合金粉与钢背之间的冶金结合；烧结冷却后的成品，过渡层与摩擦体和钢背的结合均牢固可靠，可耐受瞬时800℃以上高温，不存在热疲劳化问题；过渡层对摩擦体厚度、形状、成分均无特殊要求，也无任何不良影响。

本发明的有益效果是，利用本发明的方法，在与摩擦体接触的钢背平面上均匀形成了一层铜复合粉体，无组织和成分偏析，过渡层厚度和组织均匀，弥补了钢背和摩擦体热膨胀性能的差异，达到了削弱界面差异，大幅增加钢背和摩擦体结合强度的目的。经过上述喷涂步骤后的钢背直接可用，钢背与摩擦体粉体在模具中共同压制，形成素坯。根据摩擦体工艺要求进行烧结。测试烧结后样品摩擦体与钢背结合强度≥16.7Mpa，而不经喷涂处理，两者的结合强度为4-6Mpa。

附图说明

图1对钢背和摩擦体结合界面进行扫描电镜观察。过渡层厚度约为0.3mm，过渡层成分均匀，与钢背的结合界面紧密无间隙，与摩擦体的过渡良好，无明显界面。

具体实施例

实施例1

将比例85%超细铜粉，15%超细铁粉，置入高速搅拌机中均匀混合；以混合好金属粉体为固相物，按30%固含量，70%有机溶剂的比例，混合金属粉末与有机溶剂，并在超声波分散器中均匀分散。分散好的混合溶液倒入喷枪储料罐待用；待用钢背表面用无水乙醇擦拭去污，自然干燥后，在距离钢背表面15-20cm范围内用喷枪均匀喷涂一层混合液，自然干燥后过渡层厚度为0.3mm；喷涂后钢背与摩擦体共同压制、烧结，经测试：摩擦体与钢背的结合强度为16.7Mpa。

实施例2

将比例89%超细铜粉，11%超细铁粉，置入高速搅拌机中均匀混合；以混合好金属粉体为固相物，按35%固含量，65%有机溶剂的比例，混合金属粉末与有机溶剂，并在超声波分散器中均匀分散。分散好的混合溶液倒入喷枪储料罐待用；待用钢背表面用无水乙醇擦拭去污，自然干燥后，在距离钢背表面15-20cm范围内用喷枪均匀喷涂一层混合液，自然干燥后再重复喷涂一次，干燥后过渡层厚度为0.7mm；喷涂后钢背与摩擦体共同压制、烧结，经测试：摩擦体与钢背的结合强度为21.5Mpa。

实施例3

将比例90%超细铜粉，10%超细铁粉，置入高速搅拌机中均匀混合；以混合好金属粉体为固相物，按40%固含量，60%有机溶剂的比例，混合金属粉末与有机溶剂，并在超声波分散器中均匀分散。分散好的混合溶液倒入喷枪储料罐待用；待用钢背表面用无水乙醇擦拭去污，自然干燥后，在距离钢背表面15-20cm范围内用喷枪均匀喷涂一层混合液，自然干燥后再重复喷涂两次，干燥后过渡层厚度为1mm；喷涂后钢背与摩擦体共同压制、烧结，经测试：摩擦体与钢背的结合强度为38Mpa。

实施例4

将比例95%超细铜粉，5%超细铁粉，置入高速搅拌机中均匀混合；以混合好金属粉体为固相物，按50%固含量，50%有机溶剂的比例，混合金属粉末与有机溶剂，并在超声波分散器中均匀分散。分散好的混合溶液倒入喷枪储料罐待用；待用钢背表面用无水乙醇擦拭去污，自然干燥后，在距离钢背表面15-20cm范围内用喷枪均匀喷涂一层混合液，自然干燥后再重复喷涂一次，干燥后过渡层厚度为1.2mm；喷涂后钢背与摩擦体共同压制、烧结，经测试：摩擦体与钢背的结合强度为32.3Mpa。

Claims

1.一种铜基粉末冶金摩擦材料和钢背的连接方法，其特征在于钢背上与摩擦体接触的平面喷涂有一层过渡层；喷涂过渡层的混合金属粉含量30-50wt%，有机溶剂含量50-70wt%；混合金属粉成分为铜粉85-95wt%，铁粉5-15wt%。

2.根据权利要求1所述铜基粉末冶金摩擦材料和钢背的连接方法，其特征在于喷涂过渡层干燥后的厚度为0.3-1.2mm。

3.根据权利要求2所述铜基粉末冶金摩擦材料和钢背的连接方法，其特征在于烧结后钢背和摩擦体的结合强度为16.7-38MPa。