CN108757786A - 一种摩擦材料及由其制备形成的刹车片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制动材料技术领域，公开了一种摩擦材料及由其制备形成的刹车片及制备方法。本发明的摩擦材料以铜粉和铁粉为基体，以石墨为润滑组元，并加入碳化硅、铬、铬铁及三氧化钼等组元，增加刹车片的摩擦系数，提高其耐磨性，大大延长了刹车片的使用寿命。本发明的摩擦材料通过各原料组分的合理选择及配比，以使各组分间产生协同配合作用，最终使得本发明的摩擦材料制得的刹车片具有热稳定性好、剪切强度高、摩擦系数稳定及磨损率低的优点，能保证高速列车的安全制动，并减小高速列车的使用和维护成本。

Description

一种摩擦材料及由其制备形成的刹车片及制备方法
技术领域
本发明属于制动材料技术领域，具体涉及一种摩擦材料及由其制备形成的刹车片及制备方法。
背景技术
交通工具是现代人生活中不可或缺的一个部分。随着时代的变化和科学技术的进步，我们周围的交通工具也越来越多，给我们每一个人的生活都带来了极大的便利。在这些交通工具中，火车、汽车、城轨等陆地客货运输交通工具在生活中发挥着举足轻重的作用，并可预见在未来相当长的时间内，车辆工业仍将是国民经济的重要支柱产业。
随着人们对车辆性能要求的不断提高，交通运输车辆高速化已成为车辆发展的必然趋势，尤其是铁路运输高速化越来越成为各国重点研究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，也就是说，列车速度提高1倍，制动功率则需增加8倍。因此，要保证列车高速安全的运行，必然要求列车的制动系统具备足够的制动能力，同时保证列车制动过程平稳。目前列车的紧急制动主要是依靠车辆制动系统中的制动盘和刹车片摩擦副的摩擦实现的，而制动系统中刹车片的性能好坏对列车制动效果的影响至关重要。
目前，高铁用的制动材料大部分是铜基粉末冶金材料，铜基粉末冶金材料在相当高的温度和压力下工作时仍能保持优良的综合制动性能，具有良好的耐磨性。中国专利文献CN105506346A公开了一种粉末冶金制动闸片摩擦材料及其制备方法，该方法得到的摩擦材料的磨耗量低，剪切强度最高达到5.83Mpa，但由于该制动闸片剪切强度有限，当列车长时间运行后，运行过程中产生的振动有可能会使摩擦材料发生疲劳断裂。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的高铁制动用摩擦材料因剪切强度有限而导致使用过程中存在断裂风险的问题，从而提供一种具有高剪切强度及稳定摩擦性能的高铁制动用铜基粉末冶金摩擦材料；同时，本发明还提供了一种由该摩擦材料制备形成的刹车片及制备该刹车片的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种摩擦材料，按重量份数计，其原料包括如下组分：
铜50～60份；铁12～20份；石墨15～25份；铬铁合金2～10份；三氧化钼1～5份；铬1～5份。
进一步地，所述铬铁合金中包括如下组分：
铬55～75wt％；碳0.03～0.15wt％；余量为铁。其中，wt％为质量百分数。
进一步地，所述石墨为鳞片石墨。
进一步地，所述铜的粒径不大于250目；铁的粒径不大于300目；石墨的粒径为12～80目；铬铁合金的粒径不大于100目；三氧化钼的粒径不大于40目。
进一步地，所述铜、铁及铬可以通过现有技术中任一已知方法得到，如：所述铜可以通过电解铜、还原铜或水雾化铜的方法得到；所述铁可以通过还原铁、电解铁或水雾化铁的方法得到；所述铬可以通过电解铬、雾化铬、或球磨铬的方法得到。
进一步地，所述摩擦材料的原料组成还包括碳化硅，按重量份数计，所述碳化硅的含量不大于4份。
进一步地，所述碳化硅的粒径不大于240目。
本发明还提供了一种刹车片，所述刹车片包括上述的摩擦材料。
本发明还提供了一种制造上述刹车片的方法，包括如下步骤：
将原料各组分按比例混合形成混合料；
对所述混合料进行压制，得到刹车片毛坯；
对所述毛坯进行加压烧结，即得所述刹车片。
进一步地，所述烧结的压力为2.5～4.0MPa，所述烧结的温度为800～850℃。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的摩擦材料，以铜粉和铁粉为基体，并且适当提高铜基体的含量，在保证摩擦系数合格的基础上，增加了基体的连续性从而提高了基体与其它组分的结合强度，同时，还增加了摩擦材料的导热性，避免了摩擦材料因过热而产生不良反应；加入石墨作为润滑组元，增加了刹车片磨损过程中表面的光滑度，减少了刹车片的磨损；加入碳化硅、铬、铬铁及三氧化钼等组元，增加刹车片的摩擦系数，提高其耐磨性，大大延长了刹车片的使用寿命。本发明的摩擦材料通过各原料组分的合理选择及配比，以使各组分间产生协同配合作用，最终使得本发明的摩擦材料制得的刹车片具有热稳定性好、剪切强度高、摩擦系数稳定及磨损率低的优点，能保证高速列车的安全制动，并减小高速列车的使用和维护成本。
2.本发明提供的刹车片的制备方法，通过采用本发明的摩擦材料作为生产刹车片的原材料，利用材料自身优异的力学性能和热稳定性，可降低压制时的压力，同时缩短压制时的时间，有利于刹车片的大规模工业化生产；高压烧结，更有利于原材料各组分的扩散，促进了烧结过程的进行，同时，高压烧结进一步提高了刹车片的强度。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
铜粉50g(200～250目)；铁粉20g(250～300目)；鳞片石墨25g(12～35目)；铬铁合金2g(80～100目)；三氧化钼1g(30～40目)；铬粉1g(100～150目)；碳化硅4g(180～240钼)。其中：铬铁合金中各组分的含量分别为：铬75wt％；碳0.10wt％，余量为铁。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中施加9MPa的压力压制5s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯在压力为2.5MPa、温度为850℃下烧结12h，制得刹车片A。
实施例2
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
铜粉60g(50～100目)；铁粉12g(40～100目)；鳞片石墨15g(60～80目)；铬铁合金10g(20～40目)；三氧化钼5g(10～20目)；铬粉5g(250～300目)；碳化硅4g(160～240目)。其中：铬铁合金中各组分的含量分别为：铬55wt％；碳0.15wt％，余量为铁。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中施加10MPa的压力压制5s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯在压力为4.0MPa、温度为800℃下烧结14h，制得刹车片B。
实施例3
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
铜粉55g(120～180目)；铁粉16g(120～240目)；鳞片石墨20g(35～60目)；铬铁合金6g(40～80目)；三氧化钼3g(20～30目)；铬粉3g(150～250目)；碳化硅2g(80～160目)。其中：铬铁合金中各组分的含量分别为：铬65wt％；碳0.03wt％，余量为铁。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中施加12MPa的压力压制10s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯在压力为3.0MPa、温度为825℃下烧结13h，制得刹车片C。
实施例4
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
铜粉58g(120～180目)；铁粉14g(40～100目)；鳞片石墨20g(35～60目)；铬铁合金6g(40～80目)；三氧化钼3g(20～30目)；铬粉3g(150～250目)；碳化硅2g(80～160目)。其中：铬铁合金中各组分的含量分别为：铬65wt％；碳0.03wt％，余量为铁。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中施加12MPa的压力压制10s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯在压力为3.5MPa、温度为810℃下烧结14h，制得刹车片D。
实施例5
本实施例提供了一种摩擦材料，其原料包括如下组分：
铜粉52g(200～250目)；铁粉18g(120～240目)；鳞片石墨20g(35～60目)；铬铁合金6g(40～80目)；三氧化钼3g(20～30目)；铬粉3g(150～250目)；碳化硅2g(80～160目)。其中：铬铁合金中各组分的含量分别为：铬65wt％；碳0.03wt％，余量为铁。
采用上述摩擦材料制造刹车片的方法，包括如下步骤：
分别称取上述各原料组分并混合均匀以形成混合料；将该混合料置于模具中施加12MPa的压力压制10s得到刹车片毛坯，再将所得毛坯在压力为3.0MPa、温度为810℃下烧结14h，制得刹车片E。
对比例1
本对比例提供了一种摩擦材料，其原料组成同中国专利文献CN105506346A说明书中的实施例2，并按照该实施例的方法制得刹车片F。
对比例2
本对比例提供了一种摩擦材料，其原料组成同中国专利文献CN105506346A说明书中的实施例2，其制备方法采用本发明说明书中实施例1的方法制得刹车片G。
实验例1
分别对本发明的刹车片A～E及对比例的刹车片F和G的物理及力学性能进行测试，结果见下表1所示。
表1各刹车片的物理及力学性能
刹车片 剪切强度(MPa)
A 13.52
B 14.17
C 17.94
D 16.31
E 15.78
F 4.61
G 4.73
由上表1的数据可以看出，本发明刹车片摩擦材料的剪切强度明显高于现有技术中的摩擦材料，大大降低了材料在使用过程中断裂的风险。
实验例2
对刹车片C及刹车片F的摩擦材料进行摩擦系数的检测试验，试验工况为：车轮直径为915mm，铸钢制动盘直径为640mm，单个制动盘载荷为9t，刹车片的压力为21kN×2，制动的初速度为160km/h。结果显示，刹车片C及刹车片F的平均磨耗质量分别为：1.13g及1.56g，摩擦系数的试验结果见下表2所示。
表2各刹车片在不同速度下的摩擦系数值
刹车片 160km/h 120km/h 80km/h 40km/h 0km/h
C 0.32 0.32 0.33 0.34 0.36
F 0.42 0.44 0.46 0.48 0.50
由上表2可以看出，在160km/h高压力制动条件下，本发明刹车片的摩擦系数值在0.32～0.36，其稳定性高，衰退小。
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。

Claims (9)

1.一种摩擦材料，其特征在于，按重量份数计，其原料包括如下组分：
铜50～60份；铁12～20份；石墨15～25份；铬铁合金2～10份；三氧化钼1～5份；铬1～5份。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述铬铁合金中包括如下组分：
铬55～75wt％；碳0.03～0.15wt％；余量为铁。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦材料，其特征在于，所述石墨为鳞片石墨。
4.根据权利要求1-3任一项所述的摩擦材料，其特征在于，所述铜的粒径不大于250目；铁的粒径不大于300目；石墨的粒径为12～80目；铬铁合金的粒径不大于100目；三氧化钼的粒径不大于40目。
5.根据权利要求1-4任一项所述的摩擦材料，其特征在于，还包括碳化硅，按重量份数计，所述碳化硅的含量不大于4份。
6.根据权利要求5所述的摩擦材料，其特征在于，所述碳化硅的粒径不大于240目。
7.一种刹车片，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的摩擦材料。
8.一种制造权利要求7所述的刹车片的方法，包括如下步骤：
将原料各组分按比例混合形成混合料；
对所述混合料进行压制，得到刹车片毛坯；
对所述毛坯进行加压烧结，即得所述刹车片。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述烧结的压力为2.5～4.0MPa，所述烧结的温度为800～850℃。
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