CN107326248A - 一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料的制备方法，属于摩擦材料制备技术领域。本发明通过高锰酸钾溶液与冰醋酸混合氧化改性三氧化钼，使其晶化形成棒状结构，同时通过将其分散至去离子水中，通过硝酸铜水解形成的氢氧化铜胶体负载至棒状三氧化钼表面，再与鳞片石墨、雾化铜粉、铁粉等通过混合球磨并高温烧结，形成烧结料，破碎碾磨过筛制备得铜基摩擦材料，通过棒状复合颗粒中的三氧化钼有效增强铜基摩擦材料的高温稳定性能，同时在其制动磨损时，棒状结构有效增强摩擦力，改善磨损损耗，具有广阔的使用前景。

Description

一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料的制备方法
技术领域
本发明公开了一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料的制备方法，属于摩擦材料制备技术领域。
背景技术
交通运输车辆高速化已成为车辆发展的必然庭势，尤其是铁路运输髙速化越来越成为各国重点研充与发展的目标及方向。由于列车的车速与制动功率呈3次方关系。即列车速度提高一倍，它的制动功率就需要增加八倍。因此在列车速度提高的同时，要保证列车离速安全的运行，必然要求列车的制动装置必须具有更大的制动能力，同时保证列车制动过程平稳。制动闸片是摩擦制动器中的关键部件，所以制动闸片性能的好坏是列车商速安全运行的关键。
铜基粉末冶金制动材料能在相当高的温度和压力下工作，在制动单元体积温度达到500℃，闪点温度达到1000℃左右的时候仍能保持优良的综合制动性能。其有良好的耐磨性，在有油和水存在时性能稳定，能抗冲击，受气候和大气湿度影响小，不用改变刹车装置的设计就可以代替其它类型的刹车材料。但铜基粉末冶金摩擦材料也存在一些问题，最主要的是高温（600℃以上）性能不稳定，在制动过程中常出现热衰退现象，摩擦系数不稳定，导致磨损量变大，所以研究并制备一种高温稳定性好的铜基摩擦材料很有必要。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对现有铜基粉末冶金制动材料高温稳定性差，在制动过程中常出现热衰退现象，摩擦系数不稳定，导致磨损量变大的问题，提供了一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）按质量比1:10，将三氧化钼与质量分数1%高锰酸钾溶液搅拌混合，超声分散并静置处理，随后滴加冰醋酸并搅拌混合，静置处理后，再经加热、冷却、过滤得滤饼，洗涤、晾干、碾磨制备得改性三氧化钼颗粒；
（2）按重量份数计，称量1～2份改性三氧化钼颗粒、10～15份硝酸铁和75～80份去离子水混合，经加热并离心分离，收集下层沉淀并洗涤、干燥、碾磨，得铜钼复合棒状颗粒；
（3）按重量份数计，分别称量15～25份雾化铜粉、25～30份铁粉、10～15份铜钼复合棒状颗粒、2～3份鳞片石墨和2～3份二氧化硅混合球磨罐，过200目筛并置于模具中，经压制、保压、烧结、冷却得烧结料，破碎并碾磨过200目筛，即可制备得一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料。
步骤（1）所述的冰醋酸滴加量为高锰酸钾溶液质量20%。
步骤（3）所述的压制压力为580～600MPa，保压处理时间为1～2min。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先通过氧化改性三氧化钼形成棒状结构，再通过硝酸铜水解形成胶质负载在棒状结构表面，通过复合棒状结构的氧化钼，改善铜基材料摩擦稳定性，同时棒状结构在磨损的同时可有效减少磨损程度，有效提高摩擦材料的摩擦稳定性能；
（2）本发明通过高锰酸钾溶液与冰醋酸混合氧化改性三氧化钼，使其晶化形成棒状结构，同时通过将其分散至去离子水中，通过硝酸铜水解形成的氢氧化铜胶体负载至棒状三氧化钼表面，再与鳞片石墨、雾化铜粉、铁粉等通过混合球磨并高温烧结，形成烧结料，破碎碾磨过筛制备得铜基摩擦材料，通过棒状复合颗粒中的三氧化钼有效增强铜基摩擦材料的高温稳定性能，同时在其制动磨损时，棒状结构有效增强摩擦力，改善磨损损耗。
具体实施方式
首先按质量比1:10，将三氧化钼与质量分数1%高锰酸钾溶液搅拌混合并置于烧杯中，在200～300W下超声分散10～15min后，再在室温下静置45～60min后；待静置完成后，对烧杯中滴加高锰酸钾溶液质量20%冰醋酸溶液，控制滴加时间为25～30min，待滴加完成后，搅拌混合并静置3～5天，待静置完成后，再在170～180℃下油浴加热20～24h，随后静置冷却至室温，过滤并得滤饼，分别用无水乙醇和去离子水洗涤3～5次后，自然晾干，碾磨制备得改性三氧化钼颗粒，按重量份数计，分别称量1～2份改性三氧化钼颗粒、10～15份硝酸铁和75～80份去离子水置于烧杯中，在55～60℃下水浴加热2～3h，再在2500～3000r/min下离心分离10～15min，收集下层沉淀并分别用无水乙醇和去离子水洗涤3～5次，在40～45℃下真空干燥20～24h，碾磨制备得铜钼复合棒状颗粒，按重量份数计，分别称量15～25份雾化铜粉、25～30份铁粉、10～15份铜钼复合棒状颗粒、2～3份鳞片石墨和2～3份二氧化硅置于球磨罐中，在300r/min下球磨3～5h，随后过200目筛得混合粉末，将混合粉末置于模具中，在580～600MPa下压制成型，保压1～2min，待保压完成后，将压制的坯料置于1000～1050℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气保护下烧结45～60min，随炉冷却至室温，得烧结料，破碎并碾磨过200目筛，即可制备得一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料。
实例1
首先按质量比1:10，将三氧化钼与质量分数1%高锰酸钾溶液搅拌混合并置于烧杯中，在200W下超声分散10min后，再在室温下静置45min后，待静置完成后，对烧杯中滴加高锰酸钾溶液质量20%冰醋酸溶液，控制滴加时间为25min，待滴加完成后，搅拌混合并静置3天，待静置完成后，再在170℃下油浴加热20h，随后静置冷却至室温，过滤并得滤饼，分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次后，自然晾干，碾磨制备得改性三氧化钼颗粒，按重量份数计，分别称量1份改性三氧化钼颗粒、10份硝酸铁和75份去离子水置于烧杯中，在55℃下水浴加热2h，再在2500r/min下离心分离10min，收集下层沉淀并分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，在40℃下真空干燥20h，碾磨制备得铜钼复合棒状颗粒，按重量份数计，分别称量15份雾化铜粉、25份铁粉、10份铜钼复合棒状颗粒、2份鳞片石墨和2份二氧化硅置于球磨罐中，在300r/min下球磨3h，随后过200目筛得混合粉末，将混合粉末置于模具中，在580MPa下压制成型，保压1min，待保压完成后，将压制的坯料置于1000℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气保护下烧结45min，随炉冷却至室温，得烧结料，破碎并碾磨过200目筛，即可制备得一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料。
按质量比100:1，将实例1制得的高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料与金属粉末粘结剂放入混料机中以70r/min搅拌混合60min，得基料，随后将基料置于高铁制动闸片模具中，于600MPa压力下压制1min，得制动闸片基体，再将制动闸片基体置于烧结炉中，于温度为900℃、压力为3MPa条件下，保温烧结2h，最后冷却至室温，得高铁制动闸片。
实例2
首先按质量比1:10，将三氧化钼与质量分数1%高锰酸钾溶液搅拌混合并置于烧杯中，在250W下超声分散13min后，再在室温下静置53min后，待静置完成后，对烧杯中滴加高锰酸钾溶液质量20%冰醋酸溶液，控制滴加时间为28min，待滴加完成后，搅拌混合并静置4天，待静置完成后，再在175℃下油浴加热22h，随后静置冷却至室温，过滤并得滤饼，分别用无水乙醇和去离子水洗涤4次后，自然晾干，碾磨制备得改性三氧化钼颗粒，按重量份数计，分别称量1份改性三氧化钼颗粒、13份硝酸铁和78份去离子水置于烧杯中，在58℃下水浴加热2h，再在2750r/min下离心分离13min，收集下层沉淀并分别用无水乙醇和去离子水洗涤4次，在43℃下真空干燥22h，碾磨制备得铜钼复合棒状颗粒，按重量份数计，分别称量20份雾化铜粉、28份铁粉、13份铜钼复合棒状颗粒、2份鳞片石墨和2份二氧化硅置于球磨罐中，在300r/min下球磨4h，随后过200目筛得混合粉末，将混合粉末置于模具中，在590MPa下压制成型，保压1min，待保压完成后，将压制的坯料置于1025℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气保护下烧结53min，随炉冷却至室温，得烧结料，破碎并碾磨过200目筛，即可制备得一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料。
按质量比100:1，将实例1制得的高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料与金属粉末粘结剂放入混料机中以70r/min搅拌混合60min，得基料，随后将基料置于高铁制动闸片模具中，于600MPa压力下压制1min，得制动闸片基体，再将制动闸片基体置于烧结炉中，于温度为900℃、压力为3MPa条件下，保温烧结2h，最后冷却至室温，得高铁制动闸片。
实例3
首先按质量比1:10，将三氧化钼与质量分数1%高锰酸钾溶液搅拌混合并置于烧杯中，在300W下超声分散15min后，再在室温下静置60min后，待静置完成后，对烧杯中滴加高锰酸钾溶液质量20%冰醋酸溶液，控制滴加时间为30min，待滴加完成后，搅拌混合并静置5天，待静置完成后，再在180℃下油浴加热24h，随后静置冷却至室温，过滤并得滤饼，分别用无水乙醇和去离子水洗涤5次后，自然晾干，碾磨制备得改性三氧化钼颗粒，按重量份数计，分别称量2份改性三氧化钼颗粒、15份硝酸铁和80份去离子水置于烧杯中，在60℃下水浴加热3h，再在3000r/min下离心分离15min，收集下层沉淀并分别用无水乙醇和去离子水洗涤5次，在45℃下真空干燥24h，碾磨制备得铜钼复合棒状颗粒，按重量份数计，分别称量25份雾化铜粉、30份铁粉、15份铜钼复合棒状颗粒、3份鳞片石墨和3份二氧化硅置于球磨罐中，在300r/min下球磨5h，随后过200目筛得混合粉末，将混合粉末置于模具中，在600MPa下压制成型，保压2min，待保压完成后，将压制的坯料置于1050℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气保护下烧结60min，随炉冷却至室温，得烧结料，破碎并碾磨过200目筛，即可制备得一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料。
按质量比100:1，将实例1制得的高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料与金属粉末粘结剂放入混料机中以70r/min搅拌混合60min，得基料，随后将基料置于高铁制动闸片模具中，于600MPa压力下压制1min，得制动闸片基体，再将制动闸片基体置于烧结炉中，于温度为900℃、压力为3MPa条件下，保温烧结2h，最后冷却至室温，得高铁制动闸片。
对使用实例1～3高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料制得的高铁制得闸片与市售电解铜基制动闸片（对比例）进行性能检测，其测试结果如下表1：
表1
综上所述，本发明制得的高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料高温稳定性较好，同时摩擦系数稳定，磨损量较小，是一种理想的摩擦制动材料。

Claims (3)

1.一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按质量比1:10，将三氧化钼与质量分数1%高锰酸钾溶液搅拌混合，超声分散并静置处理，随后滴加冰醋酸并搅拌混合，静置处理后，再经加热、冷却、过滤得滤饼，洗涤、晾干、碾磨制备得改性三氧化钼颗粒；
（2）按重量份数计，称量1～2份改性三氧化钼颗粒、10～15份硝酸铁和75～80份去离子水混合，经加热并离心分离，收集下层沉淀并洗涤、干燥、碾磨，得铜钼复合棒状颗粒；
（3）按重量份数计，分别称量15～25份雾化铜粉、25～30份铁粉、10～15份铜钼复合棒状颗粒、2～3份鳞片石墨和2～3份二氧化硅混合球磨罐，过200目筛并置于模具中，经压制、保压、烧结、冷却得烧结料，破碎并碾磨过200目筛，即可制备得一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的冰醋酸滴加量为高锰酸钾溶液质量20%。
3.根据权利要求1所述的一种高铁制动粉末冶金铜基摩擦材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的压制压力为580～600MPa，保压处理时间为1～2min。
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