CN106979267A - 一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块及制备方法，所述摩擦块包括镀铜背板和摩擦体，在所述镀铜背板和摩擦体之间还具有过渡层，所述过渡层分别与所述镀铜背板、摩擦体完全冶金熔合；所述摩擦体、过渡层、镀铜背板通过压制后烧结形成所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块；且所述过渡层由金属粉末和铜粉混合后烧结而成。该摩擦块能够克服摩擦块中背板与摩擦体粘接强度低所导致两者分离易脱落的缺点，大大提高了由该摩擦块制成的高速列车粉末冶金闸片的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及列车用摩擦材料技术领域，尤其涉及一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块及制备方法。
背景技术
目前，铁路是国家的重要基础设施、国民经济的大动脉和大众化的交通工具。为了满足我国国民经济建设需求，我国已实际运营高速动车组，为了保证高速动车组安全运行，必须具备稳定且良好的制动系统。在中国，制动闸片是高速列车制动系统的关键部件和易耗件，随着高速动车组运行速度的不断提高，列车的制动负荷也大幅增加，制动时闸片要将列车运行时产生的巨大动能通过摩擦转化为热能，所以要求闸片具有较高的机械强度、良好的耐热性和导热性、稳定的摩擦性能、较低的磨损以及对制动盘不产生异常沟状磨耗性能。
为了使高速动车组相关的配套技术国产化，打破国外垄断市场，近年来国内科研院所对制动闸片展开了广泛的研究，现有技术中普遍使用的闸片有粉末冶金材料和高分子合成材料两类，粉末冶金闸片中摩擦块为关键部件，其摩擦性能的好坏直接影响到安全保证和使用寿命，摩擦块主要由背板、过渡层、摩擦体三部分组成，但现有技术由于闸片摩擦块各摩擦面积吸收能量不同导致偏磨，背板粘接强度低导致脱落，这些现象的产生会影响制动效率，从而降低闸片使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块及制备方法，能够克服摩擦块中背板与摩擦体粘接强度低所导致两者分离易脱落的缺点，大大提高了由该摩擦块制成的高速列车粉末冶金闸片的使用寿命。
一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块，所述摩擦块包括镀铜背板和摩擦体，在所述镀铜背板和摩擦体之间还具有过渡层，所述过渡层分别与所述镀铜背板、摩擦体完全冶金熔合；
所述摩擦体、过渡层、镀铜背板通过压制后烧结形成所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块；
且所述过渡层由金属粉末和铜粉混合后烧结而成。
所述摩擦体中各组分的重量百分比为：
40-60的Cu粉、16-25的Fe粉、2-6的铜合金粉、2-6的铁合金粉、2-10的Cr-Fe粉、0.5-2的莫来石和10-20的石墨；且各组分的重量百分比总和为100。
所述过渡层为3-10％的Sn-Cu合金，且所述过渡层的厚度为0.2～1mm。
所述镀铜背板由Q345B材料镀铜而成，且表面铜镀层的厚度为8μm-20μm。
所得到的摩擦块的形状为正六边形或带圆弧的偏五边形。
所述烧结在链带式气氛烧结炉中进行；
在烧结过程中，链带速度为30-60mm/min，烧结温度为800～1100℃，气氛为惰性保护气体Ar和还原性气体H2，且所述H2和Ar的比例为1:3。
一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块的制备方法，所述制备方法包括：
步骤1、将摩擦体粉料倒入模腔内，用预压工装将其压至限定位置；
步骤2、将一定量的过渡层粉倒入模腔内摩擦体粉料的上方，旋转刮板将其均匀刮平；
步骤3、将镀铜背板按定位放入上压头或模腔内过渡层粉的上方，启动压机，调整压力至8-12MPa，并进行压制，待保压5-10秒后，上压头泄压，下降模腔和中心杆，抬起上压头取出压制后的摩擦块；
步骤4、将压制后的摩擦块放入链带式气氛烧结炉内烧结形成所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块。
在进行所述步骤1的操作之前，所述方法还包括：
向模腔内中喷涂脱模剂，所述脱模剂为石墨粉；
且所述脱模剂的加入量为摩擦体粉料重量的0.1％－0.2％。
在所述步骤2中：
所加入的过渡层粉的重量按压制模腔的横截面积计算，每平方厘米为0.3g-0.5g。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法所制备的摩擦块能够克服摩擦块中背板与摩擦体粘接强度低所导致两者分离易脱落的缺点，大大提高了由该摩擦块制成的高速列车粉末冶金闸片的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例所提供高速列车粉末冶金闸片摩擦块的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供高速列车粉末冶金闸片摩擦块的结构示意图，所述摩擦块主要包括镀铜背板和摩擦体，在所述镀铜背板和摩擦体之间还具有过渡层，所述过渡层分别与所述镀铜背板、摩擦体完全冶金熔合；
所述摩擦体、过渡层、镀铜背板通过压制后烧结形成所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块；
且所述过渡层由金属粉末和铜粉混合后烧结而成。
具体实现中，所述摩擦体中各组分的重量百分比可以为：
40-60的Cu粉、16-25的Fe粉、2-6的铜合金粉、2-6的铁合金粉、2-10的Cr-Fe粉、0.5-2的莫来石和10-20的石墨；且各组分的重量百分比总和为100。
这里，为了使摩擦体达到既定的摩擦系数、磨耗量和剪切强度，并具有耐蚀、耐磨、抗粘结、抗高温、导热性高等性能，同时具有一定的强度和润滑性能，对摩擦体的各组分做了优化，增加了Cu粉含量，提高了摩擦体的导热能力，并添加了少量耐热、耐蚀粉料，提高了摩擦体的抗高温和耐腐蚀性能，石墨粉具有润滑和高温抗粘结作用，防止材料转移和金属镶嵌的发生，同时片状石墨具有减振吸噪作用，有利于提高高速列车制动的稳定性。
进一步的，该摩擦体中各组分的重量百分比可以进一步优化为下表1所示：
表1摩擦体材料成分(wt.％)
| Cu粉 | Fe粉 | 铜合金粉 | 铁合金粉 | Cr-Fe粉 | 莫来石 | 石墨 |
| 50～55 | 20～25 | 4～6 | 4～6 | 5～10 | 0.5～1 | 10～15 |
另外，上述过渡层可以为3-10％的Sn-Cu合金，且所述过渡层的厚度为0.2～1mm。
所加入的过渡层粉的重量按压制模腔的横截面积计算，每平方厘米为0.3g-0.5g。
而镀铜背板由Q345B材料镀铜而成，且表面铜镀层的厚度为8μm-20μm，如下表2所示为镀铜背板的材料性能要求：
表2镀铜背板材料性能要求
最终所得到的摩擦块的形状可以为正六边形或带圆弧的偏五边形。
另外，上述烧结在链带式气氛烧结炉中进行；在烧结过程中，链带速度为30-60mm/min，烧结温度为800～1100℃，气氛为惰性保护气体Ar和还原性气体H2，且所述H2和Ar的比例为1:3。
本发明实施例还提供了一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块的制备方法，如图2所示为本发明实施例所提供制备方法的流程示意图，所述制备方法包括：
步骤1、将摩擦体粉料倒入模腔内，用预压工装将其压至限定位置；
步骤2、将一定量的过渡层粉倒入模腔内摩擦体粉料的上方，旋转刮板将其均匀刮平；
在该步骤中，过渡层可以为3-10％的Sn-Cu合金，且所述过渡层的厚度为0.2～1mm。
所加入的过渡层粉的重量按压制模腔的横截面积计算，每平方厘米为0.3g-0.5g。
步骤3、再将镀铜背板按定位放入上压头或模腔内过渡层粉的上方，启动压机，调整压力至8-12MPa，并进行压制，待保压5-10秒后，上压头泄压，下降模腔和中心杆，抬起上压头取出压制后的摩擦块；
步骤4、将压制后的摩擦块放入链带式气氛烧结炉内烧结形成所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块。
另外，在进行所述步骤1的操作之前，还可以向模腔内中喷涂脱模剂，所述脱模剂为石墨粉；且所述脱模剂的加入量为摩擦体粉料重量的0.1％－0.2％。
综上所述，本发明实施例所得到的摩擦块在镀铜背板和摩擦体之间具有过渡层，过渡层分别与镀铜背板、摩擦体完全冶金熔合，减少了镀铜背板和摩擦体结合面之间的界面应力，使摩擦块不易分层和脱落，从而大大提高了由该摩擦块制成的时速200-250公里高速列车粉末冶金闸片的使用寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，所述摩擦块包括镀铜背板和摩擦体，在所述镀铜背板和摩擦体之间还具有过渡层，所述过渡层分别与所述镀铜背板、摩擦体完全冶金熔合；
所述摩擦体、过渡层、镀铜背板通过压制后烧结形成所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块；
且所述过渡层由金属粉末和铜粉混合后烧结而成。
2.根据权利要求1所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，所述摩擦体中各组分的重量百分比为：
40-60的Cu粉、16-25的Fe粉、2-6的铜合金粉、2-6的铁合金粉、2-10的Cr-Fe粉、0.5-2的莫来石和10-20的石墨；且各组分的重量百分比总和为100。
3.根据权利要求1所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，
所述过渡层为3-10％的Sn-Cu合金，且所述过渡层的厚度为0.2～1mm。
4.根据权利要求1所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，
所述镀铜背板由Q345B材料镀铜而成，且表面铜镀层的厚度为8μm-20μm。
5.根据权利要求1所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，
所得到的摩擦块的形状为正六边形或带圆弧的偏五边形。
6.根据权利要求1所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，
所述烧结在链带式气氛烧结炉中进行；
在烧结过程中，链带速度为30-60mm/min，烧结温度为800～1100℃，气氛为惰性保护气体Ar和还原性气体H2，且所述H2和Ar的比例为1:3。
7.一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤1、将摩擦体粉料倒入模腔内，用预压工装将其压至限定位置；
步骤2、将一定量的过渡层粉倒入模腔内摩擦体粉料的上方，旋转刮板将其均匀刮平；
步骤3、将镀铜背板按定位放入上压头或模腔内过渡层粉的上方，启动压机，调整压力至8-12MPa，并进行压制，待保压5-10秒后，上压头泄压，下降模腔和中心杆，抬起上压头取出压制后的摩擦块；
步骤4、将压制后的摩擦块放入链带式气氛烧结炉内烧结形成所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块。
8.如权利要求7所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块的制备方法，其特征在于，在进行所述步骤1的操作之前，所述方法还包括：
向模腔内中喷涂脱模剂，所述脱模剂为石墨粉；
且所述脱模剂的加入量为摩擦体粉料重量的0.1％－0.2％。
9.如权利要求7所述高速列车粉末冶金闸片摩擦块的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中：
所加入的过渡层粉的重量按压制模腔的横截面积计算，每平方厘米为0.3g-0.5g。
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