CN107606007A - 一种高铁闸片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铁闸片及其制造方法，所述高铁闸片包括增强骨架结构和摩擦主体结构，所述增强骨架结构和摩擦主体结构位于同一个摩擦块上，其中增强骨架采取立体网格结构，摩擦主体分散填充在增强骨架结构间隙处。采用3D打印的方法制备所述高铁闸片，3D打印机至少带有两个打印头，分别在两个打印头输入增强骨架结构材料和摩擦主体结构材料，根据预先设计好的3D结构进行打印，打印完成后得到所述高铁闸片。本发明提供的高铁闸片具有更高的强度和安全性，耐磨性能更好，效率更高，还可以节约能源，减少材料浪费。
Description
技术领域
本发明属于刹车制动技术领域，具体涉及一种高铁闸片及其制造方法。
背景技术
高铁闸片是制动装置以及制动系统中重要的制动元件，其制动性能主要取决于闸片和制动盘的材质和性能。在高速刹车过程中，闸片要承受较大的剪切力、压力以及较高的温度，这些都对闸片的结构提出了很高的要求。既要保证闸片的强度可靠，又要保证具有良好的导热性，从而保证闸片在高速制动时的刹车性能。
就目前而言，现有高铁闸片的结构大多是将粉末冶金的制动块直接加压烧结在骨架上，然后通过铆钉将骨架铆接在钢背上，这样在制动时制动块要承受很大的摩擦力，从而使得铆接元件承受很大的剪切力，容易造成闸片变形，进而影响到刹车性能，存在较大的安全隐患。而且，由于每个制动块要单独铆接，不能实现整个闸片的整体连接，导致装配效率低、加工成本高，铆接后闸片整体也容易产生变形，这些都将影响到刹车性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种高铁闸片及其制造方法，可以在提高制动力的同时增加强度。
为此，本发明提供了以下技术方案：
一种高铁闸片，包括增强骨架结构和摩擦主体结构，所述增强骨架结构和摩擦主体结构位于同一个摩擦块上，其中增强骨架采取立体网格结构，摩擦主体分散填充在增强骨架结构间隙处。
作为一种优选，所述增强骨架结构所用材料为纳米铜、锡粉等的混合物；所述摩擦主体结构所用材料为微米空心球形铜粉、金属硫化物、石墨粉以及晶须等的混合物。
进一步地，所述增强骨架结构所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉60％～80％，100-500nm的锡粉5％～15％，100-500nm的锌粉5％～15％，100-500nm的稀土元素氧化物1％～5％，1-2μm的硫化钼2％～5％，上述百分比均为重量百分比。
进一步地，所述摩擦主体结构所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉50％～60％、15-25μm的锡粉5％～15％、15-25μm的锌粉5％～15％、10-50μm的硫化钨2％～5％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚5-10μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝1％～5％，镀铜层厚度1-2μm；长度10-50μm、直径2-5μm的镀铜碳化硅晶须5％～10％，镀铜层厚度1-2μm；粒径100-500μm的石墨2％～5％；石蜡1％～2％；上述百分比均为重量百分比。
本发明还提供了一种高铁闸片的制造方法，采用3D打印的方法制备高铁闸片，3D打印机至少带有两个打印头，分别在两个打印头输入增强骨架结构材料和摩擦主体结构材料，根据预先设计好的3D结构进行打印，打印完成后得到所述高铁闸片。
作为一种优选，所述增强骨架结构打印所用材料为纳米铜、锡粉等的混合物；所述摩擦主体结构打印所用材料为微米空心球形铜粉、金属硫化物、石墨粉以及晶须等的混合物。
进一步地，所述增强骨架结构打印所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉60％～80％，100-500nm的锡粉5％～15％，100-500nm的锌粉5％～15％，100-500nm的稀土元素氧化物1％～5％，1-2μm的硫化钼2％～5％，上述百分比均为重量百分比。
进一步地，所述摩擦主体结构打印所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉50％～60％、15-25μm的锡粉5％～15％、15-25μm的锌粉5％～15％、10-50μm的硫化钨2％～5％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚5-10μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝1％～5％，镀铜层厚度1-2μm；长度10-50μm、直径2-5μm的镀铜碳化硅晶须5％～10％，镀铜层厚度1-2μm；粒径100-500μm的石墨2％～5％；石蜡1％～2％；上述百分比均为重量百分比。
进一步地，将增强骨架结构和摩擦主体结构所用材料分别称量后在真空混料机中搅拌均匀，分别用于3D打印机增强骨架结构和摩擦主体结构打印头的输入材料。
进一步地，所述3D打印的打印温度为800-1000℃，打印环境为惰性气体保护。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)增强骨架结构形态可根据需要设计，闸片的强度和安全性更高；
(2)摩擦主体结构设计时增强性质成为辅助考虑因素，闸片的摩擦功能更加突出，耐磨性能更好；
(3)采用3D打印打印出所设计的增强骨架结构和摩擦主体结构，可以采用空心球体材料，从而减轻闸片的重量。
(4)不再需要烧结工序，效率更高，也可以节约能源，减少材料浪费。
附图说明
图1是本发明所提供的一种高铁闸片的结构组成图。
图2是本发明所提供的一种高铁闸片的镀铜颗粒结构图。
附图标记说明：1、增强骨架结构；2、摩擦主体结构；3、球形氧化铝颗粒；4、镀铜层。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明提供了一种高铁闸片，包括增强骨架结构1和摩擦主体结构2，所述增强骨架结构1和摩擦主体结构2位于同一个摩擦块上，其中增强骨架采取立体网格结构，摩擦主体分散填充在增强骨架结构间隙处。所述增强骨架结构1所用材料为纳米铜、锡粉等的混合物；所述摩擦主体结构2所用材料为微米空心球形铜粉、金属硫化物、石墨粉以及晶须等的混合物。
具体来讲，所述增强骨架结构1所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉60％～80％，100-500nm的锡粉5％～15％，100-500nm的锌粉5％～15％，100-500nm的稀土元素氧化物1％～5％，1-2μm的硫化钼2％～5％，上述百分比均为重量百分比。
所述摩擦主体结构2所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉50％～60％、15-25μm的锡粉5％～15％、15-25μm的锌粉5％～15％、10-50μm的硫化钨2％～5％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚5-10μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝1％～5％，镀铜层厚度1-2μm；长度10-50μm、直径2-5μm的镀铜碳化硅晶须5％～10％，镀铜层厚度1-2μm；粒径100-500μm的石墨2％～5％；石蜡1％～2％；上述百分比均为重量百分比。
图2是本发明所提供的一种高铁闸片的镀铜颗粒结构图，镀铜颗粒包括球形氧化铝颗粒3和镀铜层4，采用这样的结构可以减轻闸片的重量，同时有利于进行3D打印。
本发明还提供了一种高铁闸片的制造方法，采用3D打印的方法制备高铁闸片，3D打印机至少带有两个打印头，分别在两个打印头输入增强骨架结构1材料和摩擦主体结构2材料，根据预先设计好的3D结构进行打印，打印完成后得到所述高铁闸片。所述增强骨架结构1打印所用材料为纳米铜、锡粉等的混合物；所述摩擦主体结构2打印所用材料为微米空心球形铜粉、金属硫化物、石墨粉以及晶须等的混合物。
具体来讲，所述增强骨架结构1打印所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉60％～80％，100-500nm的锡粉5％～15％，100-500nm的锌粉5％～15％，100-500nm的稀土元素氧化物1％～5％，1-2μm的硫化钼2％～5％，上述百分比均为重量百分比。
所述摩擦主体结构2打印所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉50％～60％、15-25μm的锡粉5％～15％、15-25μm的锌粉5％～15％、10-50μm的硫化钨2％～5％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚5-10μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝1％～5％，镀铜层厚度1-2μm；长度10-50μm、直径2-5μm的镀铜碳化硅晶须5％～10％，镀铜层厚度1-2μm；粒径100-500μm的石墨2％～5％；石蜡1％～2％；上述百分比均为重量百分比。
将增强骨架结构1和摩擦主体结构2所用材料分别称量后在真空混料机中搅拌均匀，分别用于3D打印机增强骨架结构和摩擦主体结构打印头的输入材料。所述3D打印的打印温度为800-1000℃，打印环境为惰性气体保护。
实施例一：
所述增强骨架结构1所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉65％，100-500nm的锡粉15％，100-500nm的锌粉15％，100-500nm的稀土元素氧化物2％，1-2μm的硫化钼3％，上述百分比均为重量百分比。
所述摩擦主体结构2所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉59％、15-25μm的锡粉5％、15-25μm的锌粉15％、10-50μm的硫化钨3％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚5μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝2％，镀铜层厚度1-2μm；长度10-50μm、直径2-5μm的镀铜碳化硅晶须10％，镀铜层厚度1-2μm；粒径100-500μm的石墨5％；石蜡1％；上述百分比均为重量百分比。
实施例二：
所述增强骨架结构1所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉70％，100-500nm的锡粉14％，100-500nm的锌粉10％，100-500nm的稀土元素氧化物2％，1-2μm的硫化钼4％，上述百分比均为重量百分比。
所述摩擦主体结构2所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉58％、15-25μm的锡粉15％、15-25μm的锌粉5％、10-50μm的硫化钨4％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚7μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝4％，镀铜层厚度2μm；长度40μm、直径4μm的镀铜碳化硅晶须8％，镀铜层厚度2μm；粒径100-500μm的石墨4％；石蜡2％；上述百分比均为重量百分比。
实施例三：
所述增强骨架结构1所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉80％，100-500nm的锡粉12％，100-500nm的锌粉5％，100-500nm的稀土元素氧化物1％，1-2μm的硫化钼2％，上述百分比均为重量百分比。
所述摩擦主体结构2所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉54％、15-25μm的锡粉15％、15-25μm的锌粉5％、10-50μm的硫化钨5％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚10μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝4％，镀铜层厚度2μm；长度45μm、直径5μm的镀铜碳化硅晶须10％，镀铜层厚度2μm；粒径100-500μm的石墨5％；石蜡2％；上述百分比均为重量百分比。
实施例四：
所述增强骨架结构1所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉60％，100-500nm的锡粉15％，100-500nm的锌粉15％，100-500nm的稀土元素氧化物5％，1-2μm的硫化钼5％，上述百分比均为重量百分比。
所述摩擦主体结构2所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉50％、15-25μm的锡粉13％、15-25μm的锌粉15％、10-50μm的硫化钨5％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚5-10μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝5％，镀铜层厚度1-2μm；长度10-50μm、直径2-5μm的镀铜碳化硅晶须5％，镀铜层厚度1-2μm；粒径100-500μm的石墨5％；石蜡2％；上述百分比均为重量百分比。
实施例五：
所述增强骨架结构1所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉80％，100-500nm的锡粉5％，100-500nm的锌粉5％，100-500nm的稀土元素氧化物5％，1-2μm的硫化钼5％，上述百分比均为重量百分比。
所述摩擦主体结构2打印所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉60％、15-25μm的锡粉15％、15-25μm的锌粉10％、10-50μm的硫化钨2％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚5-10μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝1％，镀铜层厚度1-2μm；长度10-50μm、直径2-5μm的镀铜碳化硅晶须8.5％，镀铜层厚度1-2μm；粒径100-500μm的石墨2％；石蜡1.5％；上述百分比均为重量百分比。
表1给出了本发明三个实施例中的高铁闸片与目前应用的高铁闸片的性能对比。
表1 本发明实施例中的高铁闸片和目前应用的高铁闸片的性能对比
从表1中可以看出：采用本发明实施例所提供的高铁闸片后，在保持现有摩擦系数不变或者略有提升的基础上，能够大幅提高高铁闸片的摩擦体剪切强度。也就是说，本发明所提供的高铁闸片具有更高的强度，耐磨性能更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高铁闸片，包括增强骨架结构和摩擦主体结构，其特征在于：所述增强骨架结构和摩擦主体结构位于同一个摩擦块上，其中增强骨架采取立体网格结构，摩擦主体分散填充在增强骨架结构间隙处。
2.根据权利要求1所述的一种高铁闸片，其特征在于：所述增强骨架结构所用材料为纳米铜、锡粉等的混合物；所述摩擦主体结构所用材料为微米空心球形铜粉、金属硫化物、石墨粉以及晶须等的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种高铁闸片，其特征在于：所述增强骨架结构所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉60％～80％，100-500nm的锡粉5％～15％，100-500nm的锌粉5％～15％，100-500nm的稀土元素氧化物1％～5％，1-2μm的硫化钼2％～5％，上述百分比均为重量百分比。
4.根据权利要求2或3所述的一种高铁闸片，其特征在于：所述摩擦主体结构所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉50％～60％、15-25μm的锡粉5％～15％、15-25μm的锌粉5％～15％、10-50μm的硫化钨2％～5％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚5-10μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝1％～5％，镀铜层厚度1-2μm；长度10-50μm、直径2-5μm的镀铜碳化硅晶须5％～10％，镀铜层厚度1-2μm；粒径100-500μm的石墨2％～5％；石蜡1％～2％；上述百分比均为重量百分比。
5.如权利要求1所述的一种高铁闸片的制造方法，其特征在于：采用3D打印的方法制备高铁闸片，3D打印机至少带有两个打印头，分别在两个打印头输入增强骨架结构材料和摩擦主体结构材料，根据预先设计好的3D结构进行打印，打印完成后得到所述高铁闸片。
6.根据权利要求5所述的一种高铁闸片制造方法，其特征在于：所述增强骨架结构打印所用材料为纳米铜、锡粉等的混合物；所述摩擦主体结构打印所用材料为微米空心球形铜粉、金属硫化物、石墨粉以及晶须等的混合物。
7.根据权利要求6所述的一种高铁闸片制造方法，其特征在于：所述增强骨架结构打印所用材料的配方是：粒径100-500nm的铜粉60％～80％，100-500nm的锡粉5％～15％，100-500nm的锌粉5％～15％，100-500nm的稀土元素氧化物1％～5％，1-2μm的硫化钼2％～5％，上述百分比均为重量百分比。
8.根据权利要求6或7所述的一种高铁闸片制造方法，其特征在于：所述摩擦主体结构打印所用材料的配方是：粒径15-25μm的铜粉50％～60％、15-25μm的锡粉5％～15％、15-25μm的锌粉5％～15％、10-50μm的硫化钨2％～5％，以上材料均为空心球体材料，球壁厚5-10μm；其余材料为粒径10-20μm的镀铜球形氧化铝1％～5％，镀铜层厚度1-2μm；长度10-50μm、直径2-5μm的镀铜碳化硅晶须5％～10％，镀铜层厚度1-2μm；粒径100-500μm的石墨2％～5％；石蜡1％～2％；上述百分比均为重量百分比。
9.根据权利要求8所述的一种高铁闸片制造方法，其特征在于：将增强骨架结构和摩擦主体结构所用材料分别称量后在真空混料机中搅拌均匀，分别用于3D打印机增强骨架结构和摩擦主体结构打印头的输入材料。
10.根据权利要求9所述的一种高铁闸片制造方法，其特征在于：所述3D打印的打印温度为800-1000℃，打印环境为惰性气体保护。
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