CN105987103A

CN105987103A - 一种电力机车用粉末冶金闸瓦

Info

Publication number: CN105987103A
Application number: CN201510070425.4A
Authority: CN
Inventors: 林勇; 朱约辉
Original assignee: Suzhou Dongnan Electric Carbon Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Dongnan Electric Carbon Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: CN105987103B

Abstract

本发明提供了一种电力机车用粉末冶金闸瓦，包括闸瓦摩擦块组件和闸瓦骨架组件；所述闸瓦摩擦块组件由粉末冶金闸瓦摩擦块和钢背烧结而成，所述粉末冶金组件是通过以下方式制成：在恒温条件下将铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂均匀混合制得预混料，将其置于模具中进行压制处理制得瓦片状粉末冶金坯料，对其进行焙烧处理即得；其中，所述添加剂包括二硫化钼、碳化硅和镍粉，所述润滑剂包括硬脂酸锌和煤油；所述闸瓦骨架组件是由钢瓦、扣套和挡块焊接而成。本发明的机车用闸瓦耐热，高负荷条件下摩擦系数稳定，衰减小，磨损小、热传导好，能把摩擦副表面的摩擦热很快传导出去并具有良好的物理、化学、力学性能。

Description

一种电力机车用粉末冶金闸瓦

技术领域

本发明涉及电力机车刹车片，特别涉及一种中低速电力机车用粉末冶金闸瓦，属于铁路机车配件领域。

背景技术

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。列车告诉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。列车的刹车性能是决定列车安全运输的重要因素，列车在运行过程中，直接摩擦车轮使火车停车的零件就是闸瓦，闸瓦是列车最关键的安全零件，所有刹车效果的好坏都是由闸瓦起决定性作用。

闸瓦是由铸铁或其它材料制成的瓦状制动块，在列车制动时抱紧车轮踏面，通过摩擦使车轮停止转动而达到刹车的目的。在这一过程中，制动装置要将巨大的动能转变为热能消散于大气之中。这种制动效果的好坏，主要取决于摩擦热能的消散能力。使用这种制动方式时，闸瓦摩擦面积小，大部分热负荷由车轮来承担。列车速度越高，制动时车轮的热负荷也越大。如用铸铁闸瓦，温度可使闸瓦熔化；即使采用较先进的合成闸瓦，温度也会高达400-450℃。当车轮踏面温度增高到一定程度时，就会使踏面磨耗、裂纹或剥离，及影响使用寿命，也影响行车安全。因此，传统的踏面闸瓦不能满足列车制动的需求。

闸瓦按类型可分为灰铸铁、高磷铸铁、合金铸铁、粉末冶金和合成闸瓦；按闸瓦的使用对象可分为电力机车用闸瓦、内燃机车用闸瓦和高速机车用闸瓦。

发明内容

本发明的目的是针对现有机车存在的技术问题提供一种中低速电力机车用粉末冶金闸瓦，本发明的机车用闸瓦耐热，高负荷条件下摩擦系数稳定，衰减小，磨损小、热传导好，能把摩擦副表面的摩擦热很快传导出去并具有良好的物理、化学、力学性能。

为实现本发明的目的，本发明提供一种电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，是一种用于电力机车的刹车片，包括闸瓦摩擦块组件和闸瓦骨架组件；

其中，所述闸瓦摩擦块组件包括粉末冶金闸瓦摩擦块和钢背；

其中，所述闸瓦骨架组件包括钢瓦、扣套和挡块；

所述闸瓦通过以下方式制成：

在恒温条件下将铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂均匀混合，制得预混料；

将预混料置于模具中进行压制处理，制得瓦片状的粉末冶金闸瓦摩擦块坯料；

将所述粉末冶金闸瓦摩擦块坯料进行焙烧处理，制得瓦片状的粉末冶金闸瓦摩擦块；

将所述粉末冶金闸瓦摩擦块与钢背置于加压烧结炉中进行加压烧结处理，制得闸瓦摩擦块组件；

对钢瓦、扣套和挡块进行组合焊接处理，制得闸瓦骨架组件；

对打磨后的所述闸瓦骨架组件和闸瓦摩擦块组件进行组合焊接处理，制得闸瓦成品；

对所述闸瓦成品进行浸清漆和涂漆处理，即得；

其中，所述添加剂包括二硫化钼、碳化硅和镍粉；

其中，所述润滑剂包括硬脂酸锌和煤油。

其中，所述铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂的重量份配比为：铁粉20-40、铜粉10-30、天然石墨30-60、添加剂7-15、润滑剂1-4。

特别是，所述铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂的重量份配比优选为：铁粉25-40、铜粉15-30、天然石墨35-55、添加剂10-15、润滑剂1-3。

尤其是，所述铁粉为还原铁粉，灰色粉末，粒度为100目，铁含量≥98％，碳含量≤0.01％，磷含量＜0.03％，硫含量0.03％，氢损为0.1-0.2％。

还原铁粉是粉末冶金工业中的一种重要的金属粉末，具有耐热、摩擦系数稳定、损耗低等优点。

特别是，所述铜粉为电解铜粉，玫瑰红色粉末，粒度为200-300目，其中铜含量≥99，灰分≤1％。

尤其是，所述天然石墨的粒度为80目和200目，其中碳含量≥99，灰分≤1％。

特别是，所述天然石墨优选为鳞片石墨，其平均粒径优选为50目或200目。

本发明的天然石墨质量轻、导电、导热、润滑性能好、机械加工性能优良。

其中，所述添加剂包括二硫化钼、碳化硅和镍粉。

尤其是，所述二硫化钼、碳化硅和镍粉的重量份配比为1-5:1-8:0.5-4。

特别是，所述二硫化钼、碳化硅和镍粉的重量份配比优选为1.5-4.5:3-7:0.5-3。

尤其是，所述二硫化钼为黑色固体粉末，粒度为100-200目，优选为200目。

二硫化钼的加入可以提高闸瓦的耐磨性、润滑性和环境适应性。

特别是，所述碳化硅为绿色碳化硅，粒度为100-200目，优选为200目，比重为3.20-3.25。

碳化硅具有很好的抗高温性能和很高的强度，摩擦性能优良，可以增加材料的摩擦系数。

尤其是，所述镍粉的粒度为100-200目，优选为200目。

其中，所述润滑剂包括硬脂酸锌和煤油。

特别是，所述硬脂酸锌与煤油的重量份配比为0.5-1:1-3。

尤其是，所述硬脂酸锌与煤油的重量份配比优选为0.8:1.5。

特别是，所述硬脂酸锌为白色黏结的细粉，有滑腻感，微具刺激性气味，密度为1.0953g/mL(4-25℃)，熔点为1304℃，自燃点为9005℃，不溶于水、醇和醚，能溶于苯和松节油等有机溶剂。

硬脂酸锌主要起稳定剂、脱模剂和润滑剂的作用。

尤其是，所述煤油为无色透明液体，略带臭味，密度为0.78-0.80g/mL(4-15℃)。煤油的加入可以在压制成型时起到脱模作用。

其中，所述混合处理的时间为6-10h，优选为6-8h。

特别是，制得所述预混料包括：

将铁粉、铜粉、添加剂和硬脂酸锌均匀混合，制得第一预混料；

将天然石墨和煤油均匀混合，制得第二预混料；

将第一预混料和第二预混料加入到混合设备中混合均匀，制得预混料。

将石墨和煤油单独混合，可以防止石墨漂浮，与其它原料更好的混合均匀。

其中，所述压制处理的压制比重为5.0-5.6。

尤其是，所述压制处理的压制比重优选为5.1-5.5。

特别是，所述压制处理的压制设备为315吨液压机。

其中，所述焙烧处理的处理温度为1000-1100℃，处理时间为8-12h。

尤其是，所述焙烧处理的处理温度优选为1000-1050℃，处理时间优选为8-10h。

特别是，所述焙烧处理包括：

在5-6h内将焙烧温度提高至1000-1100℃；

在1000-1100℃下保持3-6h，冷却至室温，即制得瓦片状的粉末冶金闸瓦摩擦块。

尤其是，所述冷却采用水冷却，冷却时间为3-4h。

其中，所述闸瓦摩擦块组件包括粉末冶金闸瓦摩擦块和钢背。

其中，将所述瓦片状粉末冶金闸瓦摩擦块与钢背置于加压烧结炉中进行加压烧结处理，制得闸瓦摩擦块组件。

特别是，所述钢背以钢板为原料，采用63吨冲床冲制而成，其表面镀铜。

尤其是，所述加压烧结处理的处理温度为950-1000℃，加压压力为3.5-3.8MPa，处理时间为7-10h。

特别是，所述加压烧结处理的处理温度优选为950℃，加压压力优选为3.5MPa，处理时间优选为8h。

尤其是，所述加压烧结处理为：

将所述瓦片状粉末冶金闸瓦摩擦块与钢背置于加压烧结炉中；

在5-6h内将烧结温度提高至950-1000℃；

在950-1000℃下保持3-4h，冷却至室温，即得；

其中，控制加压烧结炉内的压力为3.5-3.8MPa。

特别是，所述冷却采用水冷却，冷却时间为3-4h。

其中，所述闸瓦骨架组件包括钢瓦、扣套和挡块。

其中，对钢瓦、扣套和挡块进行组合焊接处理，制得闸瓦骨架组件；

特别是，所述钢瓦以钢板为原料，采用200吨冲床冲制而成。

尤其是，所述扣套以钢板为原料，采用63吨冲床冲制而成。

特别是，所述挡块以钢板为原料，采用63吨冲床冲制而成。

采用专用工装将钢瓦及扣套与挡块焊接起来，采用普通焊机400即可(焊条要求：Φ2.5×300㎜)，焊接电流120±55A，选择开关处于I挡，在两长孔和两方孔内电焊，使扣套、两挡快与钢瓦牢固连接在一体。

其中，所述电力机车用粉末冶金闸瓦的制备方法还包括：对焊接好的闸瓦骨架组件进行烘干处理，以消除焊接应力。

特别是，所述烘干处理的温度为190-220℃，处理时间为5-7h。

其中，对打磨后的所述闸瓦骨架组件和闸瓦摩擦块组件进行组合焊接处理，制得闸瓦成品。

特别是，采用氩弧焊对打磨后的所述闸瓦骨架组件和闸瓦摩擦块组件进行组合焊接处理。

尤其是，氩弧焊电流为：I＝100-130A，氩气流量为：15～20L/min，使用碳钢用氩焊丝(TIG-50 1.8×1000㎜)。

其中，对所述闸瓦成品进行浸清漆和喷漆处理，包括：

将闸瓦成品浸没在清漆中，对其进行浸清漆处理；

对所述浸清漆处理后的闸瓦成品进行烘干处理；

对所述烘干处理后的闸瓦坯料进行喷漆处理，即得。

特别是，所述烘干处理的处理温度为90℃，处理时间为2h。

本发明的优点如下：

1、本发明的电力机车用粉末冶金闸瓦在制备过程中原料添加合理，加入的天然石墨具有质量轻、导电、导热、润滑性能好、机械加工性能优良等优点，非常适合用于制备电力机车用粉末冶金闸瓦。

2、本发明的电力机车用粉末冶金闸瓦材料中选用二硫化钼作为添加剂，可以提高闸瓦的耐磨性能，提高闸瓦的润滑性能及与车轮的刹车接触良好，使其在任何环境中可以抗环境因素干扰。

3、本发明的电力机车用粉末冶金闸瓦材料中选用绿色碳化硅作为添加剂，碳化硅的硬度较大，耐磨性能良好，可以增强闸瓦的强度和韧性及抗高温性能。

4、本发明的电力机车用粉末冶金闸瓦材料中选用硬脂酸锌和航空煤油作为润滑剂，其润滑性能好，在瓦片状的粉末冶金坯料的压制成型过程中，可以很好的起到脱模作用。

5、本发明制备的电力机车用粉末冶金闸瓦密度为5.0-5.1g/cm³，布氏硬度为90-100HB，抗剪强度为70-90MPa，冲击韧性为6-8J/M²，抗压强度为180-230MPa，达到铁路机车闸瓦H型摩擦系数等标准。

6、本发明电力机车用粉末冶金闸瓦的制备方法简单，制备工艺简单，操作容易，产品质量稳定效果明显，并且使用方便，适用于大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

原料与试剂：

还原铁粉购自湘潭凌飞金属材料科技有限公司，灰色粉末，粒度为100目，铁含量≥98％，碳含量≤0.01％，磷含量＜0.03％，硫含量0.03％，氢损为0.1-0.2％；

电解铜粉购自北京有研有色金属有限公司，玫瑰红色粉末，粒度为200-300目，其中铜含量≥99，灰分≤1％；

天然石墨购自青岛天和公司，粒度为50-200目，其中碳含量≥99，灰分≤1％；

二硫化钼购自上海申雨工贸有限公司，黑色固体粉末，粒度为200目；

碳化硅购自南通市金东方金刚砂厂，粒度为200目，比重为3.20-3.25，显微硬度为2840-3320kg/mm²；

镍粉购自上海九佳粉体材料有限公司，粒度为200目；

硬脂酸锌购自江西宏远化工有限公司，白色黏结的细粉，有滑腻感，微具刺激性气味，密度为1.0953g/mL(4-25℃)，熔点为1304℃，自燃点为9005℃，不溶于水、醇和醚，能溶于苯和松节油等有机溶剂；

煤油购自上海梓琛能源科技有限公司，无色透明液体，略带臭味，密度为0.78-0.80g/mL(4-15℃)。

实施例1

1、按照如下重量份配比准备原料：

2、在常温状态下，将铁粉、铜粉、添加剂和硬脂酸锌均匀混合，制得第一预混料；再将天然石墨和煤油均匀混合，制得第二预混料；将第一预混料和第二预混料加入到混合设备中混合7h，制得预混料。

3、将预混料置于模具中进行压制处理，压制设备为315吨液压机，压制比重为5.3，制得瓦片状的粉末冶金闸瓦摩擦块坯料。

4、对瓦片状的粉末冶金闸瓦摩擦块坯料进行焙烧处理，首先在5.5h内将烧结炉温度提高至1050℃，然后在此温度下保持4.5h，然后用冷水冷却至室温，制得瓦片状的粉末冶金闸瓦摩擦块。

5、将闸瓦摩擦块与冲制处理好的镀铜钢背放置于加压烧结炉中进行加压烧结处理，首先在5h内将烧结温度提高至950℃，然后在此温度下保持3.5h，此过程中保持加压烧结炉内的压力为3.5MPa，然后用冷水冷却至室温，制得闸瓦摩擦块组件。

6、将冲制好的钢瓦、扣套和挡块进行组合焊接，采用普通焊机400即可(焊条要求：Φ2.5×300㎜)，焊接电流为120A，选择开关处于I挡，在两长孔和两方孔内电焊；然后将焊接好的闸瓦骨架组件置于200℃的烘箱中进行烘干处理6h，去除冷却至室温。

7、对闸瓦摩擦块组件和闸瓦骨架组件进行打磨处理，然后采用氩弧焊对打磨后的闸瓦摩擦块组件和闸瓦骨架组件进行组合焊接处理，氩弧焊电流为115A，氩气流量为18L/min，使用碳钢用氩焊丝(TIG-50 1.8×1000㎜)，制得闸瓦成品。

8、将闸瓦成品浸没在清漆中2秒，对其进行浸清漆处理，然后将浸清漆处理后的闸瓦坯料于90℃下烘干2h，最后对烘干处理后的闸瓦坯料进行喷漆处理，即得。

按照GB/T10421—2002方法测定闸瓦的密度，按照GB/T10425—2002，GB/T231.1—2002方法测定闸瓦的布氏硬度，按照GB/T9135—1999方法测定闸瓦的抗剪强度，按照GB/T9096—2002 GB/T229—1994方法测定闸瓦的冲击韧性，按照GB/T10424—2002方法测定闸瓦的抗压强度，结果见表1。

实施例2

1、按照如下重量份配比准备原料：

2、在常温状态下，将铁粉、铜粉、添加剂和硬脂酸锌均匀混合，制得第一预混料；再将天然石墨和煤油均匀混合，制得第二预混料；将第一预混料和第二预混料加入到混合设备中混合6h，制得预混料。

3、将预混料置于模具中进行压制处理，压制设备为315吨液压机，压制比重为5.6，制得粉末冶金闸瓦摩擦块坯料。

4、对粉末冶金闸瓦摩擦块坯料进行焙烧处理，首先在5h内将烧结炉温度提高至1000℃，然后在此温度下保持6h，然后用冷水冷却至室温，制得瓦片状的粉末冶金闸瓦摩擦块。

5、将闸瓦摩擦块与冲制处理好的镀铜钢背置于加压烧结炉中进行加压烧结处理，首先在6h内将烧结温度提高至1000℃，然后在此温度下保持3h，此过程中保持加压烧结炉内的压力为3.8MPa，然后用冷水冷却至室温，制得闸瓦摩擦块组件。

6、将压制好的钢瓦、扣套和挡块进行组合焊接，采用普通焊机400即可(焊条要求：Φ2.5×300㎜)，焊接电流为175A，选择开关处于I挡，在两长孔和两方孔内电焊；然后将焊接好的闸瓦骨架组件置于190℃的烘箱中进行烘干处理7h，去除冷却至室温。

7、对闸瓦摩擦块组件和闸瓦骨架组件进行打磨处理，然后采用氩弧焊对打磨后的闸瓦摩擦块组件和闸瓦骨架组件进行组合焊接处理，氩弧焊电流为100A，氩气流量为20L/min，使用碳钢用氩焊丝(TIG-50 1.8×1000㎜)，制得闸瓦成品。

8、将闸瓦成品浸没在清漆中3秒，对其进行浸清漆处理，然后将浸清漆处理后的闸瓦坯料于90℃下烘干2h，最后对烘干处理后的闸瓦坯料进行喷漆处理，即得。

实施例3

1、按照如下重量份配比准备原料：

2、在常温状态下，将铁粉、铜粉、添加剂和硬脂酸锌均匀混合，制得第一预混料；再将天然石墨和煤油均匀混合，制得第二预混料；将第一预混料和第二预混料加入到混合设备中混合10h，制得预混料。

3、将预混料置于模具中进行压制处理，压制设备为315吨液压机，压制比重为5.0，制得粉末冶金闸瓦摩擦块坯料。

4、对粉末冶金闸瓦摩擦块坯料进行焙烧处理，首先在6h内将烧结炉温度提高至1100℃，然后在此温度下保持3h，然后用冷水冷却至室温，制得瓦片状的粉末冶金闸瓦摩擦块。

5、将闸瓦摩擦块与冲制处理好的镀铜钢背置于加压烧结炉中进行加压烧结处理，首先在5.5h内将烧结温度提高至980℃，然后在此温度下保持4h，此过程中保持加压烧结炉内的压力为3.6MPa，然后用冷水冷却至室温，制得闸瓦摩擦块组件。

6、将压制好的钢瓦、扣套和挡块进行组合焊接，采用普通焊机400即可(焊条要求：Φ2.5×300㎜)，焊接电流为65A，选择开关处于I挡，在两长孔和两方孔内电焊；然后将焊接好的闸瓦骨架组件置于220℃的烘箱中进行烘干处理5h，去除冷却至室温。

7、对闸瓦摩擦块组件和闸瓦骨架组件进行打磨处理，然后采用氩弧焊对打磨后的闸瓦摩擦块组件和闸瓦骨架组件进行组合焊接处理，氩弧焊电流为130A，氩气流量为15L/min，使用碳钢用氩焊丝(TIG-50 1.8×1000㎜)，制得闸瓦成品。

8、将闸瓦坯成品没在清漆中1秒，对其进行浸清漆处理，然后将浸清漆处理后的闸瓦坯料于90℃下烘干2h，最后对烘干处理后的闸瓦坯料进行喷漆处理，即得。

对照例

以市售的闸瓦(乐清市粉末冶金厂，H型)作为对照例。

表1闸瓦性能参数

由表1数据可知，本发明制备的电力机车用粉末冶金闸瓦密度为.0-5.1g/cm³，布氏硬度为90-100HB，抗剪强度为70-90MPa，冲击韧性为6-8J/M²，抗压强度为180-230MPa，达到铁路粉末冶金闸瓦H型摩擦系数等标准；与市售同类产品相比，布氏硬度提高了8.6-42.9％，抗剪强度提高了60-80％，冲击韧性提高了40-60％，抗压强度提高了38.5-76.9％。

Claims

1.一种电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，是一种用于电力机车的刹车片，包括闸瓦摩擦块组件和闸瓦骨架组件；

其中，所述闸瓦骨架组件包括钢瓦、扣套和挡块；

所述闸瓦通过以下方式制成：

对所述闸瓦成品进行浸清漆和涂漆处理，即得；

其中，所述添加剂包括二硫化钼、碳化硅和镍粉；

其中，所述润滑剂包括硬脂酸锌和煤油。

2.如权利要求1所述的电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，所述铁粉、铜粉、天然石墨、添加剂和润滑剂的重量份配比为：铁粉20-40、铜粉10-30、天然石墨30-60、添加剂7-15、润滑剂1-4。

3.如权利要求1所述的电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，所述二硫化钼、碳化硅和镍粉的重量份配比为1-5:1-8:0.5-4。

4.如权利要求1所述的电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，所述硬脂酸锌与煤油的重量份配比为0.5-1:1-3。

5.如权利要求1所述的电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，所述混合处理的时间为6-10h。

6.如权利要求1所述的电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，所述制得预混料包括：

将天然石墨和煤油均匀混合，制得第二预混料；

7.如权利要求1所述的电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，所述压制处理的压制比重为5.0-5.6。

8.如权利要求1所述的电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，所述焙烧处理的处理温度为1000-1100℃，处理时间为8-12h。

9.如权利要求1所述的电力机车用粉末冶金闸瓦，其特征在于，所述加压烧结处理的处理温度为950-1000℃，加压压力为3.5-3.8MPa，处理时间为7-10h。