CN110023521A - 铁道车辆用烧结摩擦材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供：在280km/小时以上的高速区域中也具有优异的摩擦特性和耐磨耗性的铁道车辆用的烧结摩擦材料。铁道车辆用烧结摩擦材料为压粉体的烧结材料，所述压粉体以质量％计含有：Cu：50.0～75.0％；石墨：5.0～15.0％；选自由氧化镁、锆砂、二氧化硅、氧化锆、富铝红柱石和氮化硅组成的组中的1种以上：1.5～15.0％；选自由W和Mo组成的组中的1种以上：3.0～30.0％；以及，选自由铬铁、钨铁、钼铁和不锈钢组成的组中的1种以上：2.0～20.0％，余量为杂质。

Description

铁道车辆用烧结摩擦材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及烧结摩擦材料及其制造方法，更详细而言，涉及铁道中使用的铁道车辆用烧结摩擦材料及其制造方法。
背景技术
铁道车辆用的制动衬片、盘式制动片中使用有将金属粉粒体等烧结而形成的烧结摩擦材料。对于这些铁道车辆用烧结摩擦材料，要求优异的摩擦特性、以及优异的耐磨耗性。
日本特开平5-86359号公报(专利文献1)、日本特开平10-226842号公报(专利文献2)和日本特开2012-207289号公报(专利文献3)提出了关于提高烧结摩擦材料的耐磨耗性的技术的方案。
专利文献1中公开的干式摩擦材料如下：将Cu或与Cu一起添加有选自Sn、Zn、Ni、Fe和Co中的1种或2种以上的物质作为基体成分；将选自金属氧化物、金属复合氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属碳氮化物、金属硼化物、金属间化合物和莫氏硬度为3.5以上的各种矿物中的1种或2种以上作为硬质颗粒成分；将选自石墨、焦炭、BN、金属硫化物、CaF2、BaF2、PbO、Pb和B2O3中的1种或2种以上作为润滑成分；添加选自W、Mo、Nb、Ta和Zr中的1种或2种以上且这些成分为0.5～30vol％，硬质颗粒成分为2～30vol％，润滑成分为10～70vol％，余量为10～70vol％的基体成分。
专利文献2中公开的金属摩擦材料是以金属材料作为基体、至少加入摩擦调节材料、固体润滑材料并进行固相烧结而成的烧结摩擦材料。在该烧结摩擦材料中，形成基体的金属材料包含Cu和Ni作为主要成分，摩擦调节材料和固体润滑材料为粒径10～300μm的粉粒体，相对于烧结摩擦材料整体以总量计含有15～50％(重量％，以下相同)。
专利文献3中公开的高速铁道用烧结摩擦材料以质量％计含有：7.5％以上的Fe、50％以上的Cu、5～15％的石墨、0.3～7％的二硫化钼和0.5～10％的二氧化硅，且Fe/Cu为0.15～0.40。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-86359号公报
专利文献2：日本特开平10-226842号公报
专利文献3：日本特开2012-207289号公报
发明内容
发明要解决的问题
日本的新干线、德国的ICE(德国高铁(Intercity-Express))、法国的TGV(高速铁路(Train a Grande Vitesse))等高速铁道车辆的行驶速度不仅达到0～70km/小时的低速区域、大于70且170km/小时以下的中速区域，还达到超过170km/小时、进而280km/小时以上的高速区域。因此，对于铁道车辆用的烧结摩擦材料，不仅在低速区域～中速区域要求优异的摩擦特性和耐磨耗性，在高速区域中也要求优异的摩擦特性和耐磨耗性。
专利文献1和2中，制动试验中的制动初速度为220km/小时以下，未进行制动初速度为280km/小时以上的研究。因此，这些文献所公开的烧结摩擦材料中存在高速区域中的摩擦特性和耐磨耗性低的可能性。
对于专利文献3中公开的高速铁道用烧结摩擦材料，研究了高速区域中的摩擦特性和耐磨耗性。然而，要求更优异的摩擦特性和耐磨耗性。
本公开的目的在于，提供不仅是低速区域、中速区域、在280km/小时以上的高速区域也具有优异的耐磨耗性、还能够得到充分的摩擦特性的铁道车辆用的烧结摩擦材料。
用于解决问题的方案
本公开的铁道车辆用烧结摩擦材料为压粉体的烧结材料，所述压粉体以质量％计含有：Cu：50.0～75.0％；石墨：5.0～15.0％；选自由氧化镁、锆砂、二氧化硅、氧化锆、富铝红柱石和氮化硅组成的组中的1种以上：1.5～15.0％；选自由W和Mo组成的组中的1种以上：3.0～30.0％；以及，选自由铬铁、钨铁、钼铁、和不锈钢组成的组中的1种以上：2.0～20.0％，余量为杂质。
本公开的铁道车辆用烧结摩擦材料的制造方法具备如下工序：成形工序，对上述混合粉末进行冷成形而制造压粉体；和，加压烧结工序，对于压粉体以800～1000℃的烧结温度实施加压烧结，制造铁道车辆用烧结摩擦材料。
发明的效果
本公开的铁道车辆用烧结摩擦材料不仅是低速区域、中速区域、在280km/小时以上的高速区域也具有优异的耐磨耗性，还可以得到充分的摩擦特性。
附图说明
图1为制动试验中使用的台式试验机的示意图。
图2为示出实施例中的制动初速度(km/小时)与烧结摩擦材料的平均摩擦系数(μ)的关系的图。
图3为示出实施例中的制动初速度(km/小时)与平均摩耗量(g/单面)的关系的图。
具体实施方式
本发明人等对不仅在低速区域、中速区域而且在280km/小时以上的高速区域中的摩擦特性和耐磨耗性进行了调查和研究。其结果发现：用公知的制造方法(加压烧结法)在公知的制造条件下将(1)以Cu作为基体成分而不含有Ni、Sn、Zn、且含有(2)选自由铬铁、钨铁、钼铁和不锈钢组成的组中的1种以上、和(3)选自由W和Mo组成的组中的1种以上的压粉体烧结而得到烧结摩擦材料不仅在低速区域、中速区域可以得到优异的摩擦特性和耐磨耗性，而且在280km/小时以上的高速区域也可以得到优异的摩擦特性和耐磨耗性。
基于以上的见解而完成的本实施方式的铁道车辆用烧结摩擦材料为压粉体的烧结材料，所述压粉体以质量％计含有：Cu：50.0～75.0％；石墨：5.0～15.0％；选自由氧化镁、锆砂、二氧化硅、氧化锆、富铝红柱石和氮化硅组成的组中的1种以上：1.5～15.0％；选自由W和Mo组成的组中的1种以上：3.0～30.0％；以及，选自由铬铁、钨铁、钼铁和不锈钢组成的组中的1种以上：2.0～20.0％，余量为杂质。
本实施方式的铁道车辆用烧结摩擦材料例如为将压粉体以800～1000℃进行加压烧结而形成的烧结材料。
本实施方式的铁道车辆用烧结摩擦材料例如在实施如下的制动试验的情况下，制动初速度为365km/小时时的烧结摩擦材料的平均摩擦系数为0.280以上，且制动盘的每单面的烧结摩擦材料的平均摩擦量在制动初速度为300km/小时时为6.30g/单面以下，在制动初速度为325km/小时时为6.50g/单面以下，在制动初速度为365km/小时时为9.00g/单面以下，所述制动试验如下：准备直径为400mm、厚度为20mm、具有相当于JIS G 4053(2016)中规定的SCM440的化学组成、且具有约1000MPa的拉伸强度的制动盘、和对制动盘进行制动的卡钳，在卡钳的左右的内表面，分别使宽度38mm、长度55mm、高度15mm的4个烧结摩擦材料在以制动盘10的中心为中心半径为170mm的假想圆上围绕制动盘的中心轴以逐个错开25°的方式排列为一列，对于旋转的制动盘，将安装于卡钳的左右内表面的烧结摩擦材料以恒定的压力2.24kN挤压至制动盘的两面。此处，作为制动盘的拉伸强度的“约1000MPa”是指1000±20MPa的范围。
需要说明的是，如上所述，本实施方式的铁道车辆用烧结摩擦材料为烧结材料。对于烧结材料本身的成分分析、颈的粗细、粉末颗粒彼此的结合状态(融合状体)、烧结材料内部的空孔的分散情况等烧结材料的化学构成(化学组成)和物理构成，利用目前的测定技术和解析技术极难通过数值限定等加以限定。因此，本实施方式的铁道车辆用烧结摩擦材料如上所述通过压粉体的构成、加压烧结时的烧结温度、烧结摩擦材料的机械特性(平均摩擦系数、平均摩擦量)等进行限定。需要说明的是，如后所述，本实施方式中铁道车辆用烧结摩擦材料的制造方法为公知的方法。换言之，本实施方式的铁道车辆用烧结摩擦材料在压粉体的组成上具有特征。
本实施方式的铁道车辆用烧结摩擦材料中，上述压粉体可以含有选自由六方晶氮化硼：3.0％以下、二硫化钼：3.0％以下、云母：3.0％以下、选自硫化铁、硫化铜和冰铜中的1种以上：10.0％以下、钒碳化物：5.0％以下、以及Fe：20.0％以下组成的组中的1种或2种以上代替Cu的一部分。
本实施方式的铁道车辆用烧结摩擦材料的制造方法具备如下工序：成形工序，对上述混合粉末进行冷成形而制造压粉体；以及，加压烧结工序，对于压粉体以800～1000℃的烧结温度实施加压烧结，制造铁道车辆用烧结摩擦材料。
以下，对本发明的铁道车辆用烧结摩擦材料进行详述。
[化学组成]
本发明的铁道车辆用烧结摩擦材料如上所述用于铁道车辆用的制动衬片、盘式制动片。烧结摩擦材料的烧结前的压粉体含有如下组成(基体用粉粒体、分散剂)。此处，压粉体是利用加压机对混合粉末进行冷成形而形成的。成为压粉体的原料的混合粉末的各颗粒的粒径没有特别限定，作为一例，为1～1000μm。以下，对构成压粉体的混合粉末的组成进行说明。需要说明的是，涉及构成压粉体的混合粉末的组成的“％”是指质量％。
[基体(基材)用粉粒体]
Cu：50.0～75.0％
铜(Cu)作为铁道车辆用烧结摩擦材料的基体(基材)发挥功能。Cu具有高的导热性。因此，可以抑制制动时(摩擦时)的制动对象构件(制动盘等)与烧结摩擦材料的界面温度的上升，抑制过度的烧接发生。因此，烧结摩擦材料的耐磨耗性提高。作为基体的Cu还会保持基体中所含的后述分散剂(润滑材料、硬质颗粒)。混合粉末组中的Cu含量如果低于50.0％，则无法得到上述效果。另一方面，Cu含量如果超过75.0％，则摩擦系数过度变大。上述情况下，对制动对象(例如制动盘等)的滑动面的凝结所导致的摩擦回过度发生，烧结摩擦材料的耐磨耗性降低。因此，Cu含量为50.0～75.0％。Cu含量的优选下限为52.0％、进一步优选为53.0％。Cu含量的优选上限为70.0％、进一步优选为67.0％。
需要说明的是，本发明的铁道车辆用烧结摩擦材料原则上不含有Ni、Zn和Sn作为基体。此处，“原则上不含有”是指：不积极地添加Ni、Zr、Sn，Ni、Zn和Sn是指杂质。
Ni会固溶在Cu中，使烧结摩擦材料的基体变得容易凝结于制动对象(制动盘等)的滑动面，耐磨耗性降低。Zn和Sn使基体的耐热性降低，容易产生衰退。因此，烧结摩擦材料的基体中原则上不含有Ni、Zn和Sn。
[分散剂]
上述压粉体还含有如下的(1)～(4)的分散剂。
(1)石墨：5.0～15.0％
本说明书中提到的石墨包含天然石墨和/或人造石墨。加压烧结后的烧结摩擦材料中，石墨以颗粒的形式包含于基体中。石墨作为润滑材料发挥功能，使烧结摩擦材料的摩擦系数稳定化，降低烧结摩擦材料的摩耗量。石墨含量如果低于5.0％，则无法得到上述效果。另一方面，石墨含量如果超过15.0％，则加压烧结时无法充分烧结混合粉末，其结果，烧结摩擦材料的耐磨耗性降低。因此，石墨含量为5.0～15.0％。石墨含量的优选下限为8.0％、进一步优选为9.0％。石墨含量的优选上限为13.0％、进一步优选为12.0％。
(2)选自由氧化镁、锆砂、二氧化硅、氧化锆、富铝红柱石和氮化硅组成的组中的1种以上：1.5～15.0％
氧化镁(MgO)、锆砂(ZrSiO4)、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)、富铝红柱石(3Al2O3·2SiO2～2Al2O3·SiO2)和氮化硅(Si3N4)均作为硬质颗粒发挥功能。加压烧结后的烧结摩擦材料中，这些陶瓷以颗粒的形式包含于基体中。这些陶瓷均通过刮擦制动对象(制动盘等)的滑动面而去除滑动面上生成的氧化膜，使凝结稳定地发生。由此，可以抑制烧结摩擦材料对制动对象(制动盘等)的摩擦系数的降低，可以得到优异的摩擦特性。选自由这些陶瓷组成的组中的1种以上的总计含量如果低于1.5％，则无法得到优异的摩擦特性。另一方面，选自由这些陶瓷组成的组中的1种以上的总计含量如果超过15.0％，则烧结摩擦材料的烧结性降低。上述情况下，烧结摩擦材料的耐磨耗性降低。因此，选自由这些陶瓷组成的组中的1种以上的总计含量为1.5～15.0％。选自这些陶瓷组中的1种以上的总计含量的优选下限为2.0％、进一步优选为4.0％。选自这些陶瓷组中的1种以上的总计含量的优选上限为12.0％、进一步优选为10.0％。
(3)选自由W和Mo组成的组中的1种以上：3.0～30.0％
钨(W)和钼(Mo)均以硬质颗粒的形式发挥功能。W和Mo不固溶于基体的Cu，以颗粒的形式包含于基体中。W和Mo均通过与后述的Fe系合金颗粒一起含有而提高烧结摩擦材料的耐磨耗性。选自由W和Mo组成的组中的1种以上的总计含量如果低于3.0％，则无法得到该效果。另一方面，选自由W和Mo组成的组中的1种以上的总计含量如果超过30.0％，则烧结摩擦材料的烧结性降低。上述情况下，烧结摩擦材料的耐磨耗性降低。因此，选自由W和Mo组成的组中的1种以上的总计含量为3.0～30.0％。选自由W和Mo组成的组中的1种以上的总计含量的优选下限为3.5％、进一步优选为4.0％。选自由W和Mo组成的组中的1种以上的总计含量的优选上限为25.0％、进一步优选20.0％。
(4)选自由铬铁、钨铁、钼铁和不锈钢组成的组中的1种以上：2.0～20.0％
铬铁(FeCr)、钨铁(FeW)、钼铁(FeMo)和不锈钢均不固溶于基体中，而以颗粒的形式包含于基体中。本说明书中，将铬铁、钨铁、钼铁和不锈钢统称为Fe系合金颗粒。这些Fe系合金颗粒均会提高烧结摩擦材料的耐磨耗性。其理由不确定，但考虑为如下的理由。
Fe系合金颗粒的硬度高于基体(Cu)。进而，Fe系合金颗粒与上述陶瓷(氧化镁、锆砂、二氧化硅、氧化锆、富铝红柱石和氮化硅)相比，与基体的亲和性高，不易从基体剥离。因此，Fe系合金颗粒会提高烧结摩擦材料的耐磨耗性。该效果通过与选自由W和Mo组成的组中的1种以上一起包含于基体中而进一步提高。认为Fe系合金颗粒特别是可以提高低速区域～中速区域中的耐磨耗性，W和Mo特别是可以提高高速区域中的耐磨耗性。
Fe系合金颗粒的总计含量如果低于2.0％，则烧结摩擦材料的耐磨耗性会降低。另一方面，Fe系合金颗粒的总计含量如果超过20.0％，则烧结摩擦材料的烧结性降低。上述情况下，烧结摩擦材料的耐磨耗性降低。因此，Fe系合金颗粒的总计含量为2.0～20.0％。Fe系合金颗粒的优选下限为3.0％、进一步优选为4.0％。Fe系合金颗粒的优选上限为18.0％、进一步优选为16.0％。
本说明书中，铬铁包含选自由JIS G 2303(1998)中规定的高碳铬铁(FCrH0、FCrH1、FCrH2、FCrH3、FCrH4和FCrH5)、中碳铬铁(FCrM3、FCrM4)、和低碳铬铁(FCrL1、FCrL2、FCrL3和FCrL4)组成的组中的1种以上。
本说明书中，钨铁是指具有JIS G 2306(1998)中规定的化学组成的钨铁(FW)。
本说明书中，钼铁包含选自由JIS G 2307(1998)中规定的高碳钼铁(FMoH)和低碳钼铁(FMoL)组成的组中的1种以上。
本说明书中，不锈钢是指含有50质量％以上的Fe和10.5％以上的铬的合金钢。更优选的是，本说明书中的不锈钢是指JIS G 4303(2012)、JIS G 4304(2012)、JIS G 4304(2015)、JIS G 4305(2012)、JIS G 4305(2015)、JIS G 4308(2013)和JIS G 4309(2013)中规定的不锈钢。本说明书中的不锈钢例如可以为上述JIS G 4304(2012)中规定的马氏体系不锈钢，可以为铁素体系不锈钢，可以为奥氏体系不锈钢，可以为二相系(奥氏体·铁素体系)不锈钢，可以为析出硬化系不锈钢。
马氏体系不锈钢例如为上述JIS标准中规定的SUS403、SUS410、SUS410S、SUS420(SUS420J1、SUS420J2)、SUS440A等。
铁素体系不锈钢例如为上述JIS标准中规定的SUS405、SUS410L、SUS429、SUS430、SUS430LX、SUS430J1L、SUS434、SUS436L、SUS436J1L、SUS443J1、SUS444、SUS445J1、SUS445J2、SUS447J1、SUSXM27等。
奥氏体系不锈钢例如为上述JIS标准中规定的SUS301、SUS301L、SUS301J1、SUS302B、SUS303、SUS304、SUS304Cu、SUS304L、SUS304N1、SUS304N2、SUS304LN、SUS304J1、SUS304J2、SUS305、SUS309S、SUS310S、SUS312L、SUS315J1、SUS315J2、SUS316、SUS316L、SUS316N、SUS316LN、SUS316Ti、SUS316J1、SUS316J1L、SUS317、SUS317L、SUS317LN、SUS317J1、SUS317J2、SUS836L、SUS890L、SUS321、SUS347、SUSXM7、SUSXM15J1等。
二相系(奥氏体·铁素体系)不锈钢例如为上述JIS标准中规定的SUS821L1、SUS323L、SUS329J1、SUS329J3L、SUS329J4L、SUS327L1等。
析出硬化系不锈钢例如为上述JIS标准中规定的SUS630、SU631等。
烧结摩擦材料用的压粉体的余量为杂质。此处，杂质是指：在工业上制造压粉体时从原料或制造环境等混入的物质，且在不对本实施方式的烧结摩擦材料造成不良影响的范围内能允许的物质。
[关于任意添加材料]
上述压粉体可以进而含有选自由如下的(5)～(7)组成的组中的1种以上的分散剂代替Cu的一部分。
(5)选自由下述(a)～(d)组成的组中的1种以上
(a)六方晶氮化硼：3.0％以下、
(b)二硫化钼：3.0％以下、
(c)云母：3.0％以下、以及、
(d)选自硫化铁、硫化铜和冰铜中的1种以上：10.0％以下
六方晶氮化硼(h-BN)、二硫化钼(MoS2)、云母(mica)和选自硫化铁、硫化铜和冰铜中的1种以上均作为润滑材料发挥功能。这些润滑材料与石墨同样地使烧结摩擦材料的摩擦系数稳定化，可以得到优异的摩擦特性。然而，上述各润滑材料的含量如果超过3.0％，则烧结摩擦材料的烧结性降低，耐磨耗性降低。因此，六方晶氮化硼的含量为3.0％以下，二硫化钼的含量为3.0％以下，云母的含量为3.0％以下，选自硫化铁、硫化铜和冰铜中的1种以上的总计含量为10.0％以下。
冰铜为记载于JIS H 0500(1998)的铜延展品术语编号5400的物质，主要由硫化铁和硫化铜构成。硫化铁、硫化铜可以分别单独作为润滑剂发挥作用。另外，也可以将硫化铁和硫化铜混合而使用。上述冰铜可以作为硫化铁与硫化铜的混合物使用且廉价，因此，在经济性的观点上是有利的。
(6)钒碳化物：5.0％以下
钒碳化物(VC)为硬质颗粒，以颗粒的形式包含于基体中。钒碳化物通过与W的协同效应而进一步提高烧结摩擦材料的耐磨耗性。然而，钒碳化物的含量如果过高，则烧结摩擦材料的烧结性降低，耐磨耗性降低。因此，钒碳化物的含量为5.0％以下。钒碳化物的含量的优选下限为0.2％、进一步优选为0.5％。钒碳化物的含量的优选上限为4.0％、进一步优选为3.0％。
(7)Fe：20.0％以下
铁(Fe)在烧结摩擦材料的基体中以颗粒或聚集体的形式包含于烧结摩擦材料。Fe会提高基体的强度、提高烧结摩擦材料的耐磨耗性。Fe还会通过烧接而提高烧结摩擦材料的摩擦系数。然而，Fe含量如果过高，则变得容易产生凝结，烧结摩擦材料的耐磨耗性降低。因此，Fe含量为20.0％以下。Fe含量的优选下限为0.5％、进一步优选为4.0％。Fe含量的优选上限为15.0％、进一步优选为12.0％。
[关于烧结摩擦材料]
本实施方式的烧结摩擦材料如下形成：通过公知的加压烧结法在公知的加压烧结条件下将上述压粉体加压烧结，由此形成。更具体而言，本实施方式的烧结摩擦材料是对上述压粉体以800～1000℃进行加压烧结而形成的。对于本实施方式的烧结摩擦材料而言，通过在由Cu形成的基体中特别地含有上述(1)～(4)、任意地含有(5)～(7)中的至少1种或2种以上，从而具有充分的摩擦特性，且具有优异的耐磨耗性，特别是在280km/小时以上的高速区域中的耐磨耗性优异。
更具体而言，本实施方式的烧结摩擦材料在实施如下的制动试验的情况下，制动初速度为365km/小时时的烧结摩擦材料的平均摩擦系数为0.280以上，且制动盘的每单面的烧结摩擦材料的平均摩擦量在制动初速度为300km/小时时为6.30g/单面以下，在制动初速度为325km/小时时为6.50g/单面以下，在制动初速度为365km/小时时为9.00g/单面以下，所述制动试验如下：准备直径为400mm、厚度为20mm、具有相当于JIS G 4053(2016)中规定的SCM440的化学组成、且具有约1000MPa的拉伸强度的制动盘、和对制动盘进行制动的卡钳，在卡钳的左右的内表面，分别使宽度38mm、长度55mm、高度15mm的4个烧结摩擦材料在以制动盘10的中心为中心半径为170mm的假想圆上围绕制动盘10的中心轴以逐个错开25°的方式排列为一列，对于旋转的制动盘，将安装于卡钳的左右内表面的烧结摩擦材料以恒定的压力2.24kN挤压至制动盘的两面。
优选的是，本实施方式的烧结摩擦材料中，在实施上述制动试验的情况下，制动初速度为365km/小时时的优选的平均摩擦系数为0.285以上、进一步优选为0.290以上、进一步优选为0.300以上。
优选的是，本实施方式的烧结摩擦材料中，在实施上述制动试验的情况下，制动初速度为300km/小时时的优选的平均摩擦量为5.50g/单面以下、进一步优选为5.00g/单面以下。制动初速度为325km/小时时的优选的平均摩擦量为5.70g/单面以下、进一步优选为5.20g/单面以下。制动初速度为365km/小时时的优选的平均摩擦量为8.50g/单面以下、进一步优选为8.00g/单面以下。
[制造方法]
对本发明的烧结摩擦材料的制造方法的一例进行说明。本发明的烧结摩擦材料的制造方法的一例包括混合粉末制造工序、成形工序和加压烧结工序。以下，对各工序进行说明。
[混合粉末制造工序]
准备上述(1)～(4)的粉粒体、进而根据需要的(5)～(7)的粉粒体。用公知的混合机将准备好的粉粒体混合(mixing)，制造混合粉末。公知的混合机例如为球磨机、V型混合机。
[成形工序]
将所制造的混合粉末冷成形为规定的形状，制造压粉体。混合粉末的成形中可以应用公知的成形法。例如，通过加压成形法制造上述压粉体。具体而言，准备用于成形规定的形状的模具(die)。在模具内填充混合粉末。将填充至模具的粉粒体通过加压机以公知的压力进行加压，冷成形为压粉体。由于为冷成形，因此，压粉体通常在常温下被成形。加压机中的压力例如为180N/mm2以上、优选为196N/mm2以上。加压机中的压力的上限例如为1000N/mm2。成形只要在大气中进行即可。
[加压烧结工序]
对于所制造的压粉体实施公知的加压烧结法，制造烧结摩擦材料。例如，在加压烧结装置内的石墨板上配置压粉体。之后，在内周面配置有高频加热线圈的壳体状的框架内，堆叠配置有压粉体的石墨板并收纳。之后，对最上层的石墨板赋予压力，边对压粉体加压，边在烧结气氛中以规定的烧结温度进行烧结。
加压烧结只要在公知的条件下实施即可。需要说明的是，加压烧结时的烧结温度例如为800～1000℃。烧结温度的优选下限为820℃、进一步优选为830℃、进一步优选为840℃。烧结温度的优选上限为980℃、进一步优选为970℃、进一步优选为960℃。
加压烧结时对压粉体赋予的压力例如为0.2～5.0N/mm2。加压烧结时对压粉体赋予的压力的优选下限为0.3N/mm2、进一步优选为0.4N/mm2、进一步优选为0.5N/mm2。加压烧结时对压粉体赋予的压力的优选上限为4.0N/mm2、进一步优选为3.0N/mm2、进一步优选为1.5N/mm2。
加压烧结时的上述烧结温度下的保持时间为10～120分钟。优选的保持时间的下限为20分钟、进一步优选为60分钟。优选的保持时间的上限为110分钟、进一步优选为100分钟。
加压烧结时的气氛例如由非活性气体和杂质构成，或者含有非活性气体和H2气体且余量为杂质。在含有H2气体的情况下，优选的H2气体的含量为5～20％。非活性气体例如为N2气体、Ar气体。加压烧结时的优选的气氛含有5～20％的H2气体、且余量为N2和杂质。或者，加压烧结时的优选的气氛由Ar气体和杂质形成。
通过上述加压烧结，在压粉体内的粉粒体的接触部形成颈，制造上述烧结摩擦材料。
[其他工序]
上述制造工序可以进一步包括公知的压印工序和/或公知的切削加工工序。
[压印加工工序]
可以在加压烧结工序后实施压印工序。压印工序中，以冷条件对加压烧结工序后的烧结摩擦材料进行加压，使烧结摩擦材料的形状齐整。
[切削加工工序]
在加压烧结工序后或压印工序后可以实施切削加工工序。切削加工工序中，对烧结摩擦材料进行切削加工，制成期望的形状。
通过以上的制造工序制造本发明的铁道车辆用的烧结摩擦材料。在铁道车辆用的烧结摩擦材料为制动衬片的情况下，在安装板构件上固定1个或多个烧结摩擦材料并安装在铁道车辆上。
实施例
制造含有表1所示的粉粒体的混合粉末。
[表1]
具体而言，将原料投入至V型混合机后，以转速20～40rpm进行20～100分钟的混合，制造各试验编号的混合粉末。
使用各试验编号的混合粉末，通过冷成形加工制造压粉体。成形加工中，在由超硬合金制成的模具中填充混合粉末后，以196～588N/mm2进行加压，在常温(25℃)下成形为压粉体。
将压粉体通过加压烧结法进行加压烧结，形成烧结摩擦材料。具体而言，在石墨板上配置压粉体。之后，在内周面配置有高频加热线圈的壳体状的框架内堆叠配置有压粉体的石墨板并收纳。以850～950℃加热60分钟，将压粉体以0.5～1.0N/mm2进行加压，将压粉体烧结，制造烧结摩擦材料。加压烧结中的框架内的气氛设为由5～10％的H2气体和N2气体形成的混合气体。通过以上的制造工序，烧制造结摩擦材料。
[制动试验]
使用所制造的烧结摩擦材料实施制动试验。具体而言，准备图1所示的台式试验机1。台式试验机1具备：作为制动对象材料的制动盘10、飞轮11、马达12和卡钳13。制动盘10借助轴14与飞轮11和马达12连接。制动盘10为新干线中使用的制动盘的1/2的尺寸，直径为400mm、厚度为20mm。作为制动对象材料的制动盘的化学组成相当于JIS G 4053(2016)中规定的SCM440。对制动盘实施淬火和回火，将制动盘的拉伸强度调整为1000MPa。
将4个烧结摩擦材料15(衬里材料)安装于安装板16上。准备2套安装有4个烧结摩擦材料15(衬里材料)的安装板16，将该安装板16分别安装于卡钳13的左右的内表面。各烧结摩擦材料15为长方体，宽度为38mm、长度为55mm、高度为15mm。各4个的烧结摩擦材料在以制动盘10的中心为中心半径为170mm的假想圆上围绕制动盘10的中心轴以逐个错开25°的方式排列为一列。
[制动试验中的摩擦系数测定]
将安装有烧结摩擦材料15(衬里材料)的安装板16安装于卡钳13后，实施制动试验。具体而言，对于旋转的作为制动对象材料的制动盘，将安装于卡钳13的左右内表面的烧结摩擦材料15以恒定的压力2.24kN挤压至制动盘的两面(施加制动)，测定转矩，求出摩擦系数(μ)。
将开始施加制动时的盘制动速度(制动初速度)设为160、240、300、325、365km/小时，求出在各制动初速度下的摩擦系数。在各制动初速度下施加3次制动，求出摩擦系数，将3次摩擦系数的平均值定义为该制动初速度时的平均摩擦系数。
[制动试验中的摩耗量]
求出上述各制动初速度下的制动试验的前后的烧结摩擦材料的质量差，由所得质量差求出1次制动试验中的制动盘的每单面的烧结摩擦材料的平均摩耗量(g/单面)。具体而言，在安装板16上安装有烧结摩擦材料15的状态下，在试验前测定整体的质量，3次制动后在相同状态下测定整体的质量，逐套求出其质量差。然后，在加和左右2套的质量差后，除以制动次数3，再除以套数2，将所得值定义为该制动速度时的平均摩耗量(g/单面)。
[试验结果]
将试验编号1～8的试验结果示于表2。另外，将试验编号1～3中的制动初速度(km/小时)与摩擦系数(μ)的关系示于图2。进而，将试验编号1～3中的制动初速度(km/小时)与平均摩耗量(g/单面)的关系示于图3。
[表2]
参照表2和图2，在任意制动初速度下，均可以得到0.280以上的高的平均摩擦系数。
进而，参照表2和图3，同时含有Fe系合金颗粒和W的试验编号2～8中，与不同时含有W和Fe系合金颗粒的试验编号1相比，在任意制动初速度下，平均摩耗量(g/单面)均低。另外，对试验编号2～8进行了比较，W含量高的试验编号3与W含量低于试验编号3的其他试验编号相比，摩擦系数较高，且平均摩耗量较低。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。然而，上述实施方式只不过是用于实施本发明的示例。因此，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以对上述实施方式适宜变更而加以实施。

Claims (5)

1.一种铁道车辆用烧结摩擦材料，其为压粉体的烧结材料，
所述压粉体以质量％计含有：
Cu：50.0～75.0％；
石墨：5.0～15.0％；
选自由氧化镁、锆砂、二氧化硅、氧化锆、富铝红柱石和氮化硅组成的组中的1种以上：1.5～15.0％；
选自由W和Mo组成的组中的1种以上：3.0～30.0％；以及，
选自由铬铁、钨铁、钼铁和不锈钢组成的组中的1种以上：2.0～20.0％，
余量为杂质。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆用烧结摩擦材料，
其为将所述压粉体以800～1000℃进行加压烧结而形成的烧结材料。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的铁道车辆用烧结摩擦材料，其中，
在实施如下的制动试验的情况下，制动初速度为365km/小时时的所述烧结摩擦材料的平均摩擦系数为0.280以上，且如下制动盘的每单面的所述烧结摩擦材料的平均摩擦量在制动初速度为300km/小时时为6.30g/单面以下，在制动初速度为325km/小时时为6.50g/单面以下，在制动初速度为365km/小时时为9.00g/单面以下，所述制动试验如下：准备直径为400mm、厚度为20mm、具有相当于JIS G 4053(2016)中规定的SCM440的化学组成、且具有约1000MPa的拉伸强度的制动盘、和对所述制动盘进行制动的卡钳，在所述卡钳的左右的内表面，分别使宽度38mm、长度55mm、高度15mm的4个所述烧结摩擦材料在以制动盘的中心为中心半径为170mm的假想圆上围绕所述制动盘的中心轴以逐个错开25°的方式排列为一列，对于旋转的所述制动盘，将安装于所述卡钳的左右内表面的烧结摩擦材料以恒定的压力2.24kN挤压至所述制动盘的两面。
4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的铁道车辆用烧结摩擦材料，其中，
所述压粉体还含有选自由如下物质组成的组中的1种或2种以上代替Cu的一部分：
六方晶氮化硼：3.0％以下、
二硫化钼：3.0％以下、
云母：3.0％以下、以及
选自硫化铁、硫化铜和冰铜中的1种以上：10.0％以下；
钒碳化物：5.0％以下；以及，
Fe：20.0％以下。
5.一种铁道车辆用烧结摩擦材料的制造方法，其是权利要求1～权利要求4中任一项所述的铁道车辆用烧结摩擦材料的制造方法，其包括如下工序：
成形工序，对混合粉末进行冷成形而制造所述压粉体；以及，
加压烧结工序，对所述压粉体以800～1000℃的烧结温度实施加压烧结，制造所述铁道车辆用烧结摩擦材料。
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