CN110056588A - 一种摩擦材料和粉末冶金闸片及制备摩擦块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摩擦材料和粉末冶金闸片及制备摩擦块的方法，属于粉末冶金闸片技术领域。以摩擦材料的原料组分的总质量为基准计，所述摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：Fe 40％‑45％、Cu 25％‑30％、FeCr10％‑15％、C 12％‑15％、B4C 0.2％‑0.5％、MgO 4％‑6％、CaF2 0.5‑1.5％。本发明摩擦材料，不含石棉、铅及其化合物，也不含Si、Al、Zr、W等元素，Cr元素总含量小于10％，并且利用本发明摩擦材料和方法制作出来的摩擦块及粉末冶金闸片，摩擦材料硬度高、剪切强度大、磨耗量小。

Description

一种摩擦材料和粉末冶金闸片及制备摩擦块的方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金闸片技术领域，具体涉及一种摩擦材料和粉末冶金闸片及制备摩擦块的方法。
背景技术
高速动车组运营速度一般要达到250km/h以上，为确保列车运行安全，动车组粉末冶金闸片需具有紧急制动能力。目前，动车组闸片用摩擦材料分为合成闸片与粉末冶金闸片。动车组用合成闸片由于其耐高温能力相对较差，目前仅适用于200-250km/h动车组；粉末冶金闸片用烧结摩擦材料综合性能更加优异，适用于200-250km/h及300-350km/h动车组。
因为制动安全、环境保护、人身健康等综合原因,所以在动车组闸片技术文件TJ/CL307-2014中对于动车组用粉末冶金闸片做出以下要求：
1、闸片不应使用石棉、铅及其化合物；
2、闸片摩擦材料中Si元素含量应不大于1％、且Al+Si元素的总含量不应超过1％；Cr+Zr+W元素含量总和不应超过10％；
3、摩擦体硬度HBW10-30，摩擦体剪切强度＞6Mpa；
4、磨耗量＜0.35cm3/MJ。
但目前现有技术中粉末冶金闸片的摩擦材料存在元素含量超标的问题，虽然也有部分摩擦材料为了满足动车组闸片技术文件TJ/CL307-2014中关于石棉、铅及化合物、Si元素含量、Al+Si元素的总含量、Cr+Zr+W元素总含量要求而无法满足动车组闸片技术文件TJ/CL307-2014中有关硬度、剪切强度及磨耗量的综合要求。因此迫切需要提供一种新的摩擦材料来满足动车组闸片技术文件TJ/CL307-2014中有关材料组份和粉末冶金闸片性能的规定。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种摩擦材料和粉末冶金闸片及制备摩擦块的方法，来同时满足动车组闸片技术文件TJ/CL307-2014中有关材料组份和粉末冶金闸片性能的相关规定。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明提供一种摩擦材料，以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：Fe40％-45％、Cu25％-30％、FeCr10％-15％、C12％-15％、B4C0.2％-0.5％、MgO4％-6％、CaF20.5-1.5％。
优选地，所述CaF2的质量百分含量为0.8-1.2％。
优选地，所述C为天然鳞片石墨、人造石墨、胶体石墨中的一种或多种混合。
进一步地，所述C由天然鳞片石墨、人造石墨和胶体石墨组成，所述天然鳞片石墨、所述人造石墨和所述胶体石墨的质量配比为2:1:1。
本发明摩擦材料的制备只需将摩擦材料各组分按照常规方法混合均匀即可。
本发明还提供了上述摩擦材料在粉末冶金闸片中的用途。
本发明进一步提供了一种粉末冶金闸片，包括上述摩擦材料和钢背，所述摩擦材料固定在所述钢背上。
本发明还提供了一种制备上述粉末冶金闸片的方法，包括以下步骤：
(1)以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，称取以下原料组分及质量百分含量：Fe40％-45％、Cu25％-30％、FeCr10％-15％、C12％-15％、B4C0.2％-0.5％、MgO4％-6％、CaF20.5-1.5％；
(2)将称取好的摩擦材料放置在混料机中搅拌均匀，再加入以摩擦材料总质量计1-2％的煤油(煤油能够起到粘结摩擦材料，以及防止石墨与金属粉末在搅拌过程中偏析，保证摩擦材料混合均匀度的作用，优选煤油用量与石墨含量成正比例关系)，搅拌1-2小时至混合均匀；
(3)冷压成型：将经步骤(2)混合均匀的摩擦材料放入粉末冶金液压机中并压制成型，压制压力4-6Mpa；
(4)烧结：将经步骤(3)冷压成型的冷压坯置于粉末冶金炉中烧结，烧结温度900-1000℃，烧结压力1.5-2.5Mpa，烧结时间1-2h，氨分解气保护。
优选地，上述步骤(1)中所述混料机为V型混料机。
优选地，上述步骤(4)烧结压力为2Mpa。
优选地，上述步骤(4)中所述粉末冶金炉为粉末冶金钟罩炉。
本发明摩擦材料，不含石棉、铅及其化合物，也不含Si、Al、Zr、W等元素，Cr元素总含量小于10％，符合动车组闸片技术文件TJ/CL307-2014的规定，并且本发明摩擦材料主要基体为铁、铜，并利用石墨作为润滑组元，利用B4C、MgO作为摩擦剂，并添加FeCr作为稳定剂，添加CaF2作为助熔剂，能够在烧结的过程中协同作用，制造出摩擦硬度高、剪切强度大、磨耗量较小的粉末冶金闸片，能够满足动车组闸片技术文件TJ/CL307-2014有关粉末冶金闸片硬度、剪切强度及磨耗量的综合要求。另外本发明摩擦材料降低了铜粉用量，不用镍、锡等贵重金属，大大降低原材料成本；同时本发明摩擦材料采用铁铜基体，兼备铁基体强度及铜基体高导热能力，导热性能良好。
本发明所采用的制备摩擦块的方法，采用冷压成型烧结法，工艺简单，可操作性高，设备成本低，生产效率高。利用本发明摩擦材料和方法最终制得的粉末冶金闸片摩擦系数稳定，磨损率较小，抗剪切性能高。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明中的Fe、Cu、FeCr、C、B4C、MgO、CaF2均为本领域的常规材料，并能通过一般商业途径获得。较佳地，下述所有实施例中选取的Fe粒度250-150目，Cu粒度300-200目,FeCr粒度150-50目，B4C粒度1000-800目,MgO粒度100-50目,CaF2粒度1000-800目。
本发明方法中冷压坯在粉末冶金炉中的烧结压力可以在1.5-2.5MPa之间选择，较佳地，下述实施例中均选用2MPa。
需要说明的是本发明实施例中除了明确给出的数值外，其他未公布条件均相同。
实施例1
本实施例提供一种摩擦材料和由该摩擦材料制备摩擦块的方法，包括以下组份和步骤：
(1)以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，称取以下原料组分及质量百分含量：Fe40％、Cu30％、FeCr10％、C13.5％、B4C0.5％、MgO4.5％、CaF21.5％。
(2)将称取好的摩擦材料放置在V型混料机中搅拌均匀，再加入以摩擦材料总质量计1.6％的煤油，搅拌1.5小时至混合均匀；
(3)冷压成型：将混合均匀的摩擦材料放入粉末冶金液压机中并压制成型，压制压力4Mpa；
(4)烧结：冷压成型的冷压坯置于粉末冶金钟罩炉中烧结，烧结温度1000℃，烧结压力为2Mpa，烧结时间2h，氨分解气保护。
实施例2
本实施例提供一种摩擦材料和由该摩擦材料制备摩擦块的方法，包括以下组份和步骤：
(1)以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，称取以下原料组分及质量百分含量：Fe45％、Cu26％、FeCr12％、C12％、B4C0.2％、MgO4％、CaF20.8％。
(2)将称取好的摩擦材料放置在V型混料机中搅拌均匀，再加入以摩擦材料总质量计1％的煤油，搅拌1小时至混合均匀；
(3)冷压成型：将混合均匀的摩擦材料放入粉末冶金液压机中并压制成型，压制压力6Mpa；
(4)烧结：冷压成型的冷压坯置于粉末冶金钟罩炉中烧结，烧结温度900℃，烧结压力为2Mpa，烧结时间1h，氨分解气保护。
实施例3
本实施例提供一种摩擦材料和由该摩擦材料制备摩擦块的方法，包括以下组份和步骤：
(1)以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，称取以下原料组分及质量百分含量：Fe41％、Cu25％、FeCr12.2％、C15％、B4C0.3％、MgO6％、CaF20.5％。
(2)将称取好的摩擦材料放置在V型混料机中搅拌均匀，再加入以摩擦材料总质量计2％的煤油，搅拌2小时至混合均匀；
(3)冷压成型：将混合均匀的摩擦材料放入粉末冶金液压机中并压制成型，压制压力5Mpa；
(4)烧结：冷压成型的冷压坯置于粉末冶金钟罩炉中烧结，烧结温度950℃，烧结压力为2Mpa，烧结时间1.5h，氨分解气保护。
实施例4
本实施例提供一种摩擦材料和由该摩擦材料制备摩擦块的方法，包括以下组份和步骤：
(1)以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，称取以下原料组分及质量百分含量：Fe41％、Cu28％、FeCr10％、C14.5％、B4C0.3％、MgO5％、CaF21.2％。
(2)将称取好的摩擦材料放置在V型混料机中搅拌均匀，再加入以摩擦材料总质量计1.8％的煤油，搅拌2小时至混合均匀；
(3)冷压成型：将混合均匀的摩擦材料放入粉末冶金液压机中并压制成型，压制压力5Mpa；
(4)烧结：冷压成型的冷压坯置于粉末冶金钟罩炉中烧结，烧结温度950℃，烧结压力为2Mpa，烧结时间1.5h，氨分解气保护。
实施例5
本实施例提供一种摩擦材料和由该摩擦材料制备摩擦块的方法，包括以下组份和步骤：
(1)以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，称取以下原料组分及质量百分含量：Fe40.6％、Cu27％、FeCr15％、C12％、B4C0.4％、MgO4％、CaF21％。
(2)将称取好的摩擦材料放置在V型混料机中搅拌均匀，再加入以摩擦材料总质量计1％的煤油，搅拌2小时至混合均匀；
(3)冷压成型：将混合均匀的摩擦材料放入粉末冶金液压机中并压制成型，压制压力5Mpa；
(4)烧结：冷压成型的冷压坯置于粉末冶金钟罩炉中烧结，烧结温度950℃，烧结压力为2Mpa，烧结时间1.5h，氨分解气保护。
本发明摩擦材料中的C也可以为天然鳞片石墨、人造石墨和胶体石墨某一种单一成分，但为了取得较佳的效果，上述实施例中的C均为由天然鳞片石墨、人造石墨和胶体石墨按质量比2:1:1组成的混合物，混合物的平均粒度150-50目。这样的配比比例能够综合考虑材料强度、耐磨性能，并能达到综合性能优良的目的。
各实施例实验结果
将以上各实施例分别进行布氏硬度、剪切强度、MM3000摩擦磨损实验，结果见表1.
表1各实施例实验结果
上表中的摩擦系数、剪切强度、磨耗量、布氏硬度等相关实验数据的测定是参照TJ/CL307-2014标准动车组闸片暂行技术条件执行的。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种摩擦材料，其特征在于，以摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：Fe 40％-45％、Cu 25％-30％、FeCr 10％-15％、C12％-15％、B4C 0.2％-0.5％、MgO 4％-6％、CaF2 0.5-1.5％。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述CaF2的质量百分含量为0.8-1.2％。
3.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述C为天然鳞片石墨、人造石墨、胶体石墨中的一种或多种混合。
4.根据权利要求3所述的摩擦材料，其特征在于，所述C由天然鳞片石墨、人造石墨和胶体石墨组成，所述天然鳞片石墨、所述人造石墨和所述胶体石墨的质量配比为2:1:1。
5.权利要求1至4任一项所述摩擦材料在粉末冶金闸片中的用途。
6.一种粉末冶金闸片，包括钢背和由权利要求1至4任一项所述摩擦材料制成的摩擦块。
7.制备如权利要求6所述摩擦块的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)摩擦材料的原料混配：将权利要求1至4任一项所述的摩擦材料按比例称好并放置在混料机中搅拌均匀，再加入以摩擦材料总质量计1-2％的煤油，搅拌1-2小时至混合均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的摩擦材料放入粉末冶金液压机中压制成型，压制压力4-6Mpa；
(3)烧结：将经步骤(2)冷压成型的冷压坯置于粉末冶金炉中烧结，烧结温度900-1000℃，烧结压力1.5-2.5Mpa，烧结时间1-2h，氨分解气保护。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述混料机为V型混料机。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)烧结压力为2Mpa。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述粉末冶金炉为粉末冶金钟罩炉。
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