一种不伤盘的制动闸片
技术领域
本发明涉及粉末冶金的技术领域,具体涉及一种不伤盘的制动闸片。
背景技术
目前,铁路列车车辆使用的制动闸片主要有两种:合成材料闸片和粉末冶金闸片。高速列车制动的热负荷大,温度高,合成材料闸片制动性能不稳定,制动功率低,不能满足列车运行的要求。粉末冶金闸片性能稳定,具有良好的耐磨性、抗粘性、导热性、多孔性和工作可靠性等优点,德国、日本、法国、意大利、瑞典、加拿大等国家将粉末冶金闸片应用于高速列车、大功率机车,取得了很好的效果。中国的客运列车,动车、CRH2、CRH3等高速列车均使用粉末冶金制动闸片。
粉末冶金闸片主要可分为铁基和铜基两大类。
现在服役于时速低于250km/h的一种铁基闸瓦配方是,铁源45-60%,铜源7-8%,石墨10-15%,还含有若干青铜源和陶瓷粉等;然而,根据观察,铁基闸片的对偶表面即车轮表面或制动盘表面常常会出现热裂纹和较深的磨痕,其原因可能是该铁基摩擦材料硬度和强度较高,导热性不好,同时由于这种铁基闸片与车轮或制动盘含同种金属铁很多,其相溶性好,以致闸片与钢制车轮或者制动轮对磨产生局部高温,表面发生粘着和粘着磨损,导致摩擦表面温度升高,产生较为严重的粘着磨损。
中国专利文献CN103244586A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,该制动闸片由以下原料制成:基体组元:30-60wt%铜粉和20-40wt%铁粉;润滑组元:8-20wt%石墨粉和1-5wt%二硫化钼;摩擦组元:1-3wt%金属钨、1-3wt%刚玉、1-3wt%硅砂和1-3wt%碳化硼;摩擦稳定组元:1-4wt%炭纤维粉末,粒径为80-400目;上述各组元重量百分比之和为100%;粘结材料:树脂,用量为上述各组分重量之和的1-5%。上述制动闸片采用如下方法制备:(1)配料:按预定重量百分配比称取各组分原料,备用;(2)混料:将步骤(1)所称取的各组分原料置于球磨机中混合4-10小时,得混合料;(3)压型:对步骤(2)所得混合料进行模具压型,压型的压力为250-350Mpa,保证压块的密度达到4.3-4.7g/cm3,压制后的压坯,叠层摆放,保证各层坯体件数或者受压面积相同;(4)加压烧结:将步骤(3)所得坯体置于烧结炉内,采用液压站和工装对压制坯体加压,烧结压力维持在1-3Mpa,升温时通氢气保护,烧结温度控制在950℃-1200℃,保温2-5小时,然后将烧结炉的加热罩吊开,扣上水冷却罩,冲水冷却3-6小时,吊开水冷罩,产品出炉。采用上述方法制备得到的金属基粉末冶金制动闸片具有较高的机械强度和摩擦性能,然而,该制动闸片在使用过程中会对车轮制动盘产生磨耗和磨损,严重影响制动盘的使用寿命。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的制动闸片在使用过程中会对车轮制动盘产生磨耗和磨损,严重影响制动盘的使用寿命,从而提供一种耐磨性好、摩擦系数稳定且不伤盘的制动闸片。
一种不伤盘的制动闸片,包括以下原料组分:
铜源,50-58重量份;
铁源,6-12重量份;
锡源,7-10重量份;
锰源,2-5重量份;
铬源,3-5重量份;
萤石,1-4重量份;
石墨,16-24重量份;
氧化铝,1-3重量份。
所述的不伤盘的制动闸片,包括以下原料组分:
铜源,52-57重量份;
铁源,5-11重量份;
锡源,8-9重量份;
锰源,3-4重量份;
铬源,2-3重量份;
萤石,2-3重量份;
石墨,17-23重量份;
氧化铝,2-3重量份。
所述铜源为电解铜粉、还原铜粉、水雾化铜粉中的一种或几种;
所述铁源为还原铁粉、电解铁粉、水雾化铁粉中的一种或几种;
所述锡源为空气雾化锡粉、电解锡粉、化学沉淀锡粉中的一种或几种;
所述锰源为电解锰粉、雾化锰粉、球磨锰粉中的一种或几种;
所述铬源为电解铬粉、雾化铬粉、球磨铬粉中的一种或几种。
所述铁源中还添加有铁合金粉,所述铁合金粉为铬铁合金粉、镍铁合金粉、硼铁合金粉、锰铁合金粉、铜铁合金粉中的一种或几种。
所述铁合金粉占所述铁源的重量分数为4-6%。
所述萤石中CaF2的质量百分含量为94-98%。
一种制备所述的不伤盘的制动闸片的方法,其包括以下步骤:
(1)按照上述重量份称取各原料组分并进行充分混合,即得混合料;
(2)将步骤(1)所述混合料进行模具压型,即得坯体;
(3)将步骤(2)所述坯体在氢气保护下进行加压烧结,之后进行冷却5h,即得所述的不伤盘的制动闸片。
步骤(2)中,进行所述压型的压力为15-25Mpa,进行所述压型的时间为10-20s。
步骤(3)中,进行所述加压烧结的温度为800-850℃,进行所述加压烧结的压力为3-4Mpa。
步骤(3)中,进行所述冷却的时间为4-6h。
本发明技术方案,具有如下优点:
本发明提供的不伤盘的制动闸片,通过在其原料配方中包括铜源、铁源、锡源、锰源、铬源、萤石、石墨和氧化铝组分并进行适当配比,使得所述制动闸片的自身耐磨性、耐热性和抗热裂性较好,能够适用于列车制动时产生的高温、高压条件,同时在使用过程中始终具有稳定的摩擦系数,摩擦性能稳定,从而有效保证在使用过程中不对制动盘产生异常磨损,克服了现有技术中的制动闸片在使用过程中极易对车轮制动盘产生磨耗和磨损的问题,因此,本发明提供的不伤盘的制动闸片,在提高自身耐磨性的同时还不会对制动盘产生磨损,能够大大延长制动盘的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1所得制动闸片的速度与瞬时摩擦系数关系图;
图2是本发明实施例2所得制动闸片的速度与瞬时摩擦系数关系图;
图3是本发明实施例3所得制动闸片的速度与瞬时摩擦系数关系图;
图4是本发明实施例4所得制动闸片的速度与瞬时摩擦系数关系图;
图5是本发明实施例5所得制动闸片的速度与瞬时摩擦系数关系图。
具体实施方式
支持权利要求书中限定的每一个技术方案。
以下实施例中以1重量份代表1g。
实施例1
本实施例提供一种不伤盘的制动闸片,包括以下原料组分:
电解铜粉,50重量份;
还原铁粉,6重量份;
空气雾化锡粉,7重量份;
电解锰粉,2重量份;
电解铬粉,3重量份;
萤石,1重量份,所述萤石中含CaF2的质量分数为94%;
石墨,16重量份;
氧化铝,1重量份。
所述的不伤盘的制动闸片,采用如下方法制备:
(1)按照上述重量份称取各原料组分并置于球磨机中进行充分混合4h,即得混合料;
(2)将步骤(1)所述混合料进行模具压型,即得坯体,进行所述压型的压力为15Mpa,进行所述压型的时间为20s;
(3)将步骤(2)所述坯体在氢气保护下进行加压烧结,经冷却4h即得所述的不伤盘的制动闸片,进行所述加压烧结的温度为800℃,进行所述加压烧结的压力为4Mpa。
实施例2
本实施例提供一种不伤盘的制动闸片,包括以下原料组分:
还原铜粉,58重量份;
水雾化铁粉和铬铁合金粉的混合物,12重量份;其中,所述铬铁合金粉占所述水雾化铁粉的重质量百分数为4%;
电解锡粉,10重量份;
雾化锰粉,5重量份;
雾化铬粉,5重量份;
萤石,含CaF2的质量分数为98%,4重量份;
石墨,24重量份;
氧化铝,3重量份。
所述的不伤盘的制动闸片,采用如下方法制备:
(1)按照上述重量份称取各原料组分并置于球磨机中进行充分混合6h,即得混合料;
(2)将步骤(1)所述混合料进行模具压型,即得坯体,进行所述压型的压力为25Mpa,进行所述压型的时间为10s;
(3)将步骤(2)所述坯体在氢气保护下进行加压烧结,经冷却5h即得所述的不伤盘的制动闸片,进行所述加压烧结的温度为850℃,进行所述加压烧结的压力为3Mpa。
实施例3
本实施例提供一种不伤盘的制动闸片,包括以下原料组分:
水雾化铜粉,52重量份;
水雾化铁粉和镍铁合金粉的混合物,5重量份;其中,所述镍铁合金粉占所述水雾化铁粉的重质量百分数为5%;
化学沉淀锡粉,8重量份;
球磨锰粉,3重量份;
球磨铬粉,3重量份;
萤石,含CaF2的质量分数为96%,2重量份;
石墨,17重量份;
氧化铝,2重量份。
所述的不伤盘的制动闸片,采用如下方法制备:
(1)按照上述重量份称取各原料组分并置于球磨机中进行充分混合6h,即得混合料;
(2)将步骤(1)所述混合料进行模具压型,即得坯体坯体,进行所述压型的压力为20Mpa,进行所述压型的时间为15s;
(3)将步骤(2)所述坯体在氢气保护下进行加压烧结,经冷却6h即得所述的不伤盘的制动闸片,进行所述加压烧结的温度为820℃,进行所述加压烧结的压力为3Mpa。
实施例4
本实施例提供一种不伤盘的制动闸片,包括以下原料组分:
电解铜粉,57重量份;
还原铁粉和硼铁合金粉的混合物,11重量份;其中,所述硼铁合金粉占所述还原铁粉的重质量百分数为6%;
空气雾化锡粉,9重量份;
电解锰粉,4重量份;
电解铬粉,4重量份;
萤石,含CaF2的质量分数为95%,3重量份;
石墨,23重量份;
氧化铝,3重量份。
所述的不伤盘的制动闸片,采用如下方法制备:
(1)按照上述重量份称取各原料组分并置于球磨机中进行充分混合6h,即得混合料;
(2)将步骤(1)所述混合料进行模具压型,即得坯体,进行所述压型的压力为20Mpa,进行所述压型的时间为15s;
(3)将步骤(2)所述坯体在氢气保护下进行加压烧结,经冷却4h即得所述的不伤盘的制动闸片,进行所述加压烧结的温度为850℃,进行所述加压烧结的压力为3Mpa。
实施例5
本实施例提供一种不伤盘的制动闸片,包括以下原料组分:
电解铜粉,54重量份;
还原铁粉、锰铁合金粉和铜铁合金粉的混合物,7重量份;其中,所述锰铁合金粉占所述锰铁合金粉的重质量百分数为3%,所述铜铁合金粉占所述锰铁合金粉的重质量百分数为3%;
电解锡粉,8重量份;
电解锰粉,4重量份;
电解铬粉,3重量份;
萤石,含CaF2的质量分数为98%,3重量份;
石墨,20重量份;
氧化铝,1重量份。
所述的不伤盘的制动闸片,采用如下方法制备:
(1)按照上述重量份称取各原料组分并置于球磨机中进行充分混合6h,即得混合料;
(2)将步骤(1)所述混合料进行模具压型,即得坯体,进行所述压型的压力为20Mpa,进行所述压型的时间为15s;
(3)将步骤(2)所述坯体在氢气保护下进行加压烧结,经冷却5h即得所述的不伤盘的制动闸片,进行所述加压烧结的温度为800℃,进行所述加压烧结的压力为3Mpa。
对比例1
本对比例提供一种高速列车的金属基粉末冶金制动闸片,由以下原料制成:
基体组元:包括45wt%的电解铜粉、30wt%的铁粉和锰铁合金粉混合物,其中,锰铁合金粉占铁粉的重量比为10wt%;
润滑组元:包括12wt%石墨粉和3wt%二硫化钼;
摩擦组元:包括2wt%金属钨、2wt%刚玉、2wt%硅砂和2wt%碳化硼;
摩擦稳定组元:2wt%炭纤维粉末,粒径为80-400目;
粘结材料,酚醛树脂,用量为上述各组元重量之和的5%。
制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按预定重量百分配比称取各组分原料,备用;
(2)混料:将步骤(1)所称取的各组分原料置于球磨机中混合6小时,得混合料;
(3)压型:对步骤(2)所得混合料进行模具压型,压型的压力为300Mpa,保证压块的密度达到4.4g/cm3,压制后的压坯,叠层摆放,保证各层坯体件数或者受压面积相同;
(4)加压烧结:将步骤(3)所得坯体置于烧结炉内,采用液压站和工装对压制坯体加压,烧结压力维持在2Mpa,升温时通氢气保护,烧结温度控制在1000℃,保温4小时,然后将烧结炉的加热罩吊开,扣上水冷却罩,冲水冷却4小时,吊开水冷罩,产品出炉。
实验例
将实施例1-5和对比例制备得到的制动闸片依次进行编号为A-F,对上述样品进行摩擦性能测试,具体如下:
采用西安顺通机电应用技术研究所TM-I型轨道列车作为制动材料性能测试缩比试验台仪器进行模拟制动试验,具体如下:
图1-图5分别为采用上述方法检测得到制动闸片的速度与瞬时摩擦系数关系图。摩擦系数是否稳定可以从瞬时摩擦系数曲线看出,在高速制动时,曲线波动越小,材料无热衰退,摩擦系数越稳定。其中,350km/h为目前动车组最高运营时速300-350km/h车型针对闸片的重要考核指标,380km/h闸片制动为参考指标。
检测得到各制动闸片的摩擦系数和磨耗如表1所示。
表1-不同制动闸片样品的摩擦性能测试结果
从表1可以看出:本发明所述制动闸片(样品A-E)在时速300-350km/h使用过程中始终具有稳定的摩擦系数,磨耗低于0.25cm3/MJ,闸片的使用寿命长,而对比例1制备得到制动闸片的摩擦系数不稳定,摩擦系数波动较大,磨耗高达为0.36cm3/MJ,闸片的使用寿命短。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。