CN109253196B - 一种刹车片及应用其的制动摩擦副 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车制动系统技术领域，具体涉及一种刹车片及应用其的制动摩擦副，摩擦副包括制动盘和刹车片，所述刹车片通过混料、压制、烧结工艺制备得到，所述刹车片包括摩擦材料和钢背，所述摩擦材料包括如下重量份的原料：铁粉15‑35份，铝粉2‑6份，磷铁粉0.5‑2份，鳞片石墨2‑8份，微碳铬铁5‑10份，氧化锆2‑5份，氧化铝2‑5份，铜粉40‑60份。克服现有技术中盘式制动器绝对值动力不足，以及在上下坡道连续制动中制动力热衰退问题。提供一种制动距离短，无明显热衰退现象，摩擦系数稳定，轻量化的刹车片及应用其的制动摩擦副。
Description
技术领域
本发明属于汽车/高铁配件技术领域，具体涉及一种刹车片及应用其的制动摩擦副。
背景技术
汽车/高铁的基础制动装置是采用制动盘与闸片构成的摩擦副结构，在制动过程中，摩擦副常常处于高温、高热应力等工况中，这严重制约着制动器的使用寿命。制动装置主要有盘式制动器和鼓式制动器，盘式制动器相较于鼓式制动器具有制动力矩稳定，散热性好，重量轻等特点。国家目前对拖挂车和危险品车实施强制性要求，既前制动器必须采用盘式制动器。但盘式制动器其绝对制动力矩将比与鼓式制动器要低，很难满足重载商用车后轮制动要求。而另一方面，鼓式制动器虽然绝对制动力大，但在使用过程中由于制动的热衰减也会产生在长下坡待闸制动中制动力不够的现象。同时为解决这一问题，经常在制动鼓上进行淋水降温，进而以及造成制动鼓炸裂，危机行车安全。
目前制动摩擦副皆采用树脂基复合材料和铸铁制动盘/鼓，中国专利CN104327800B公开了一种用于刹车片的树脂基摩擦材料，由酚醛树脂、硫化锡、碳酸钙、氧化铝、白炭黑、聚丙烯腈纤维和芳纶纤维构成，具有稳定性好、硬度高、耐摩擦性能优异等优点，但是在进行热衰退性试验时，会出现高温结构失稳和摩擦性能失稳等问题，而且刹车片的材料中使用了硫化物，易造成环境污染。除此之外，传统刹车片采用整体开槽式结构，如图1所示，不利于散热。
发明内容
本发明解决的技术问题是克服现有技术中盘式制动器绝对值动力不足，以及在上下坡道连续制动中制动力热衰退问题。提供一种制动距离短，无明显热衰退现象，摩擦系数稳定，轻量化的刹车片及应用其的制动摩擦副。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种摩擦材料，其特征在于，包括如下重量份的原料，铁粉15-35份，铝粉2-6份，磷铁粉0.5-2份，鳞片石墨2-8份，微碳铬铁5-10份，氧化锆2-5份，氧化铝2-5份，铜粉40-60份。
进一步地，所述摩擦材料包括如下重量份的原料：铁粉20-30份，铝粉2-5份，磷铁粉1.0-1.5份，鳞片石墨3-5份，微碳铬铁6-8份，氧化锆3-5份，氧化铝3-5份，铜粉40-50份。
一种刹车片，包括上述的摩擦材料。
进一步地，所述刹车片包括钢背和设置于钢背上的摩擦块，所述摩擦块由上述的摩擦材料制得。
进一步地，所述摩擦块设置有多个，相邻摩擦块之间设置有通风槽，通风槽与钢背的弧形边的切线垂直。
一种上述刹车片的制备方法，所述刹车片通过预处理、配料、混料、压制和烧结工艺制备得到。
进一步地，一种上述刹车片的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将与刹车片摩擦块连接的钢背进行清洗、喷砂、镀膜预处理，处理完成后待用；
(2)将制备摩擦块的原料混合；
(3)加压成型摩擦块的压坯，压强为300-500MPa，保压时间10-30s；
(4)将压制完成后的压坯和预处理后的钢背，在氢气保护气氛下进行三段烧结，第一段常压烧结，烧结温度为980-1050℃，保温时间60-120min；第二段加压烧结，烧结温度不变，压强为0.1-5MPa，保压20-40min；第三段常压烧结，烧结温度1100-1200℃，保温时间60-120min。
进一步地，步骤(2)中，混合时间为20-40分钟。
进一步地，步骤(3)中，压制压强为350MPa，保压时间为20s。
进一步地，步骤(4)中，第一段烧结温度为1000℃，保温时间为80min。
进一步地，步骤(4)中，第二段加压烧结时，压强为2.5MPa，保压时间为30min。
进一步地，步骤(4)中，第三段烧结温度为1150℃，保温时间60min。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1、摩擦材料包括如下重量份的原料：铁粉15-35份，铝粉2-6份，磷铁粉0.5-2份，鳞片石墨2-8份，微碳铬铁5-10份，氧化锆2-5份，氧化铝2-5份，铜粉40-60份。其中铝粉在烧结过程中与铁和铜分别形成化合物提高材料的强度和韧性；磷铁粉主要作为助烧剂使用降低烧结温度提高烧结性；氧化铝和碳化硅作为增摩材料使用；石墨作为润滑材料，有助于保护制动盘表面。
2、本发明的摩擦材料的原料组成中不含有硫化物，硫化物易对人体造成危害，并且在烧结过程中易与基体组元中的铁铜发生反应，导致材料本性丧失。
3、现有技术中刹车片采用整体开槽式结构，而本发明采用分体式结构可以利用风流带走大量的热量，加速散热，避免长时间的高热导致摩擦体性能下降；还能提高摩擦体抗冲击性能，防止在制动过程中摩擦体掉块现象的发生。
4、本发明采用三段式烧结工艺，通过常压低温-加压低温-常压中温的设计可以提高摩擦块的烧结性和强度，实现保型。
5、本发明通过对刹车片结构、材料和工艺进行优化和设计，使得刹车片具有更高的单位负载能力，及以更小体积和面积承受更大的制动能量，这也表明能够以更小尺寸制动器实现足够的制动力矩，进而减轻制动器的重量实现轻量化。同时由于粉末冶金材料的高温稳定性，在连续制动时制动性能稳定不会发生制动力的热衰退现象。由于铸钢制动盘和粉末冶金刹车片的耐磨性高，其使用寿命较原有树脂基刹车片和铸铁制动盘会有大幅度提高，可以实现车辆全寿命无需更换。
附图说明
图1传统刹车片结构；
图2本发明刹车片结构，附图说明：1摩擦块，2钢背，3通风槽，4钢背的弧形边；
图3实施例1制备得到的刹车片的热衰退性能；
图4实施例2制备得到的刹车片的热衰退性能；
图5实施例3制备得到的刹车片的热衰退性能；
图6实施例4制备得到的刹车片的热衰退性能；
图7对比例1制备得到的刹车片的热衰退性能；
图8对比例2制备得到的刹车片的热衰退性能；
图9对比例3制备得到的刹车片的热衰退性能。
具体实施方式
以下通过具体实施例来说明本发明的实施方式，除非另外说明，本发明中所公开的实验方法均采用本技术领域常规技术，实施例中所用到的试剂和原料均可由市场购得。
如图2所示，本发明的刹车片结构，采用分体式结构，包括钢背2和三块摩擦块1，摩擦块1与摩擦块1之间设置宽度为2-4mm的通风槽3，通风槽3与钢背的弧形边4垂直。本发明采用分体式结构，设置多个通风槽，可以利用风流带走大量的热量，加速散热，避免长时间的高热导致摩擦体性能下降；还能提高摩擦体抗冲击性能，防止在制动过程中摩擦体掉块现象的发生。
实施例
实施例1-4和对比例1的摩擦块的原料组成见表1，其中1重量份代表40g。
表1摩擦块中原料的重量份
实施例1
摩擦块的原料组成：见表1。
制备方法：
(1)将与刹车片摩擦块连接的钢背进行清洗、喷砂、镀膜预处理，处理完成后待用；
(2)将所用原材料放入混料机中混合20min；
(3)将混合好的粉料按设计重量称重，加入型腔中，进行压制，压制压强为350MPa，保压时间20s；
(4)将压制完成后的压坯和预处理后的钢背，在氢气保护气氛下进行三段烧结，第一段常压烧结，烧结温度为1000℃，保温时间80min；第二段加压烧结，烧结温度不变，压强为2.5MPa，保压30min；第三段常压烧结，烧结温度1150℃，保温时间60min。
将制备好的刹车片称量，重量为4kg；按照QCT239标准测试刹车片的热衰退性能，具体结果参见图3，制动效能见表2。
表2制动效能
实施例2
摩擦块的原料组成：见表1。
制备方法：
(1)将与刹车片摩擦块连接的钢背进行清洗、喷砂、镀膜预处理，处理完成后待用；
(2)将所用原材料放入混料机中混合30min；
(3)将混合好的粉料按设计重量称重，加入型腔中，进行压制，压制压强为450MPa，保压时间10s；
(4)将压制完成后的压坯和预处理后的钢背，在氢气保护气氛下进行三段烧结，第一段常压烧结，烧结温度为980℃，保温时间100min；第二段加压烧结，烧结温度不变，压强为4.5MPa，保压20min；第三段常压烧结，烧结温度1100℃，保温时间60min。
将制备好的刹车片称量，重量为4.3kg；按照QCT239标准测试刹车片的热衰退性能参见图4，制动性能见表3。
表3制动性能
实施例3
摩擦块的原料组成：见表1。
制备方法：
(1)将与刹车片摩擦块连接的钢背进行清洗、喷砂、镀膜预处理，处理完成后待用；
(2)将所用原材料放入混料机中混合40min；
(3)将混合好的粉料按设计重量称重，加入型腔中，进行压制，压制压强为500MPa，保压时间10s；
(4)将压制完成后的压坯和预处理后的钢背，在氢气保护气氛下进行三段烧结，第一段常压烧结，烧结温度为1050℃，保温时间120min；第二段加压烧结，烧结温度不变，压强为0.5MPa，保压20min；第三段常压烧结，烧结温度1200℃，保温时间100min。
将制备好的刹车片称量，重量为4.6kg；按照QCT239标准测试刹车片的热衰退性能参见图5，制动性能见表4。
表4制动性能
实施例4
摩擦块的原料组成：见表1。
制备方法：
(1)将与刹车片摩擦块连接的钢背进行清洗、喷砂、镀膜预处理，处理完成后待用；
(2)将所用原材料放入混料机中混合20min；
(3)将混合好的粉料按设计重量称重，加入型腔中，进行压制，压制压强为300MPa，保压时间30s；
(4)将压制完成后的压坯和预处理后的钢背，在氢气保护气氛下进行三段烧结，第一段常压烧结，烧结温度为1000℃，保温时间60min；第二段加压烧结，烧结温度不变，压强为3.0MPa，保压30min；第三段常压烧结，烧结温度1100℃，保温时间90min。
将制备好的刹车片称量，重量为4.1kg；按照QCT239标准测试刹车片的热衰退性能参见图6，制动性能见表5。
表5制动性能
对比例1
摩擦块的原料组成：见表1。
制备方法：同实施例1
将制备好的刹车片称量，重量为4.3kg；按照QCT239标准测试刹车片的热衰退性能参见图7，制动性能见表6。
表6制动性能
对比例2
摩擦块的原料组成：同实施例1。
制备方法，将实施例1的步骤(4)调整为一段烧结，即将压制完成后的压坯和预处理后的钢背，在氢气保护气氛下进行常压烧结，，烧结温度1150℃，保温时间60min。
将制备好的刹车片称量，重量为4.3kg；按照QCT239标准测试刹车片的热衰退性能参见图8，制动性能见表7。
表7制动性能
对比例3
市售树脂基刹车片，型号YF3002
刹车片重量为4kg；按照QCT239标准测试刹车片的热衰退性能参见图9，制动性能见表8。
表8制动性能
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 (7)
1.一种刹车片，其特征在于，包括钢背和设置于钢背上的摩擦块，所述摩擦块由摩擦材料制得；
所述摩擦材料包括如下重量份的原料：铁粉15-35份，铝粉2-6份，磷铁粉0.5-2份，鳞片石墨2-8份，微碳铬铁5-10份，氧化锆2-5份，氧化铝2-5份，铜粉40-60份；
所述所述刹车片按照以下步骤制备得到：
(1)将与刹车片摩擦块连接的钢背进行清洗、喷砂、镀膜预处理，处理完成后待用；
(2)将制备摩擦块的原料混合；
(3)加压成型摩擦块的压坯，压强为300-500MPa，保压时间10-30s；
(4)将压制完成后的压坯和预处理后的钢背，在氢气保护气氛下进行三段烧结，第一段常压烧结，烧结温度为980-1050℃，保温时间60-120min；第二段加压烧结，烧结温度不变，压强为0.1-5MPa，保压20-40min；第三段常压烧结，烧结温度1100-1200℃，保温时间60-120min。
2.根据权利要求1所述的刹车片，其特征在于，包括如下重量份的原料，铁粉20-30份，铝粉2-5份，磷铁粉1.0-1.5份，鳞片石墨3-5份，微碳铬铁6-8份，氧化锆3-5份，氧化铝3-5份，Cu粉40-50份。
3.根据权利要求1所述的刹车片，其特征在于，所述摩擦块设置有多个，相邻摩擦块之间设置有通风槽，通风槽与钢背的弧形边的切线垂直。
4.根据权利要求1所述的刹车片，其特征在于，步骤(4)中，第一段烧结温度为1000℃，保温时间为80min。
5.根据权利要求1所述的刹车片，其特征在于，步骤(4)中，第二段加压烧结时，压强为2.5MPa，保压时间为30min。
6.根据权利要求1所述的刹车片，其特征在于，步骤(4)中，第三段烧结温度为1150℃，保温时间60min。
7.一种制动摩擦副，包括制动盘和刹车片，其特征在于，所述刹车片为权利要求1-6任一项所述的刹车片。
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