CN110257739B - 一种环保型摩擦材料和闸片及闸片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型摩擦材料和包括该环保型摩擦材料的闸片及闸片的制备方法，以环保型摩擦材料原料组分的总质量为基准计，铜粉30％‑50％、铜锡粉8％‑22％、铁粉5％‑23％、碳纤维1％‑6％、钼铁合金粉6％‑16％、人造石墨4％‑15％、天然石墨5％‑12％、二硫化钼1％‑6％、二氧化硅1％‑5％、铋粉1‑4％。利用本发明环保型摩擦材料和方法制成的闸片，本发明制备的闸片摩擦系数稳定，闸片强度高，在运行及刹车过程中不会出现掉边、掉块现象，并且元素含量符合TJCL307‑2019标准的动车组闸片元素含量的要求，环保性很好，符合动车组闸片的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片技术领域，具体涉及一种环保型摩擦材料和闸片及闸片的制备方法。
背景技术
随着社会的不断发展和进步，人们对车辆、高铁的运行速度、安全性、舒适度和环保化等提出了更高的要求，因此，迫切需要进一步提高摩擦材料的综合性能。其中，树脂基摩擦材料具有摩擦磨损性能优良、性能可设计性强和成本低的优点，但树脂基摩擦材料在制动过程中，摩擦因数稳定性较差，易发生高温热衰退，进而影响了使用安全性等，限制了其应用前景。
现有闸片主要有合成材料和粉末冶金两种材质，其中由于耐高温性能差，目前只有动车组CRH1的拖车只用，而粉末冶金闸片主要集中于铜基粉末冶金闸片，目前的粉末冶金闸片主要存在制动力不足，可靠性差，寿命短对制动盘伤害大，并且环保性差，因此制备环保型，高性能的高铁闸片尤为重要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供了一种环保型摩擦材料和包括该环保型摩擦材料的闸片及闸片的制备方法，用于解决高速列车在紧急情况下刹车容易掉边、掉块的问题。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的一个方面是提供一种环保型摩擦材料，以环保型摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述环保型摩擦材料包括以下原料组分及质量百分含量：铜粉30％-50％、铜锡粉8％-22％、铁粉5％-23％、碳纤维1％-6％、钼铁合金粉6％-16％、人造石墨4％-15％、天然石墨5％-12％、二硫化钼1％-6％、二氧化硅1％-5％、铋粉1-4％。
优选地，所述铜粉30％-45％、所述铜锡粉10％-20％、所述铁粉5％-20％、所述碳纤维2％-5％、所述钼铁合金粉8％-15％、所述人造石墨5％-15％、所述天然石墨5％-10％、所述二硫化钼2％-5％、所述二氧化硅2％-4％、所述铋粉2-4％。
本发明的另一个方面是提供一种上述环保型摩擦材料在闸片中的用途。
本发明还提供一种闸片，包括钢背和摩擦块，所述摩擦块由上述的环保型摩擦材料制成。
本发明提供一种制备上述闸片的方法，包括以下步骤：
(1)环保型摩擦材料的原料混配：将上述的环保型摩擦材料按比例称好并放置在混料机混配均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的环保型摩擦材料放入模具压制成型，压制压力400～700Mpa、压制时间30～60s；
(3)摩擦块烧结：将冷压后的毛坯放入烧结炉中，在还原气氛及还原气体和惰性气体的混合气体保护下进行烧结处理，烧结温度870～930℃，烧结压力为1～2MPa，烧结时间2.5～4h，即得所述闸片。
本发明环保型摩擦材料以铜粉、铜锡为基体材料，添加有具有高强度高模量碳纤维作为增强材料，同时添加钼铁合金粉提高闸片的增强相，添加铋粉在高温下是合金材料与基体材料共熔，提高基体强度的同时，增加闸片的摩擦系数，添加二氧化硅为增磨材料，用石墨、二硫化钼作为润滑组元，保护对偶，稳定摩擦系数，由此生产的闸片对对偶盘的磨损小，动静摩擦系数高，闸片强度高，提高动车组闸片的安全性，满足动车组闸片的使用要求。
本发明环保型摩擦材料和闸片不仅摩擦系数稳定不会出现掉边、掉块现象，而且不含石棉、铅、镉、六价铬等元素，元素含量完全符合TJ/CL307-2019《动车组闸片暂行技术条件》的要求，环保性能良好。
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。
本发明中的铜粉、铜锡粉、铁粉、钼铁合金粉、人造石墨、天然石墨、二硫化钼、二氧化硅、铋粉均选自本领域常规原料，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铜粉200～325目、铜锡粉100～200目、铁粉200～325目、钼铁合金粉100～250目、人造石墨195/599、天然石墨40～80目、二硫化钼325～400目、二氧化硅100～150目、铋粉300～400目。
本发明中的碳纤维可采用本领域技术人员所熟知的碳纤维规格，并能通过一般商业途径获得。较佳地，下述所有实施例中所述碳纤维的纤维长度为0.5～1.3mm。
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
环保型摩擦材料的原料配方：铜粉30％、铜锡粉20％、铁粉5％、碳纤维2％、钼铁合金粉15％、人造石墨15％、天然石墨5％、二硫化钼2％、二氧化硅4％、铋粉2％。
刹车片制备方法：
(1)环保型摩擦材料的原料混配：将上述的环保型摩擦材料按比例称好并放置在混料机混配均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的环保型摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力400Mpa、压制时间35s；
(3)摩擦块烧结：将冷压后的毛坯放入烧结炉中，在氢气与氮气(1:3)保护下进行烧结,烧结压力为2Mpa,烧结温度900℃，烧结时间3h；
(4)将摩擦块与钢背组装成高速列车闸片。
按照TJ/CL307-2019标准测试，该闸片物理及力学性能均符合TJ/CL307-2019标准的相关规定，并且本实施例闸片摩擦系数在0.31-0.38,湿态下摩擦系数在0.27-0.30，摩擦体剪切强度为13MPa。
实施例2
环保型摩擦材料的原料配方：铜粉45％、铜锡粉10％、铁粉14％、碳纤维2％、钼铁合金粉8％、人造石墨5％、天然石墨5％、二硫化钼5％、二氧化硅2％、铋粉4％。
刹车片制备方法：
(1)环保型摩擦材料的原料混配：将上述的环保型摩擦材料按比例称好并放置在混料机混配均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的环保型摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力500Mpa、压制时间30s；
(3)摩擦块烧结：将冷压后的毛坯放入烧结炉中，在氢气与氮气(1:3)保护下进行烧结,烧结压力为1.3Mpa,烧结温度880℃，烧结时间3h；
(4)将摩擦块与钢背组装成高速列车闸片。
按照TJ/CL307-2019标准测试，该闸片物理及力学性能均符合TJ/CL307-2019标准的相关规定，并且本实施例闸片摩擦系数在0.32-0.39,湿态下摩擦系数在0.26-0.30，摩擦体剪切强度为18MPa。
实施例3
环保型摩擦材料的原料配方：铜粉37％、铜锡粉12％、铁粉20％、碳纤维2％、钼铁合金粉8％、人造石墨5％、天然石墨10％、二硫化钼2％、二氧化硅2％、铋粉2％。
刹车片制备方法：
(1)环保型摩擦材料的原料混配：将上述的环保型摩擦材料按比例称好并放置在混料机混配均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的环保型摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力450Mpa、压制时间40s；
(3)摩擦块烧结：将冷压后的毛坯放入烧结炉中，在氢气与氮气(1:3)保护下进行烧结,烧结压力为1.5Mpa,烧结温度920℃，烧结时间3.5h；
(4)将摩擦块与钢背组装成高速列车闸片。
按照TJ/CL307-2019标准测试，该闸片物理及力学性能均符合TJ/CL307-2019标准的相关规定，并且本实施例闸片摩擦系数在0.32-0.40,湿态下摩擦系数在0.27-0.31，摩擦体剪切强度为14MPa。
实施例4
环保型摩擦材料的原料配方：铜粉38％、铜锡粉15％、铁粉11％、碳纤维5％、钼铁合金粉10％、人造石墨5％、天然石墨7％、二硫化钼3％、二氧化硅3％、铋粉3％。
刹车片制备方法：
(1)环保型摩擦材料的原料混配：将上述的环保型摩擦材料按比例称好并放置在混料机混配均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的环保型摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力600Mpa、压制时间45s；
(3)摩擦块烧结：将冷压后的毛坯放入烧结炉中，在氢气与氮气(1:3)保护下进行烧结,烧结压力为1.2Mpa,烧结温度890℃，烧结时间3h；
(4)将摩擦块与钢背组装成高速列车闸片。
按照TJ/CL307-2019标准测试，该闸片物理及力学性能均符合TJ/CL307-2019标准的相关规定，并且本实施例闸片摩擦系数在0.34-0.37,湿态下摩擦系数在0.32-0.35，摩擦体剪切强度为23MPa。
实施例5
环保型摩擦材料的原料配方：铜粉50％、铜锡粉8％、铁粉23％、碳纤维1％、钼铁合金粉6％、人造石墨4％、天然石墨5％、二硫化钼1％、二氧化硅1％、铋粉1％。
刹车片制备方法：
(1)环保型摩擦材料的原料混配：将上述的环保型摩擦材料按比例称好并放置在混料机混配均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的环保型摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力700Mpa、压制时间60s；
(3)摩擦块烧结：将冷压后的毛坯放入烧结炉中，在氢气与氮气(1:3)保护下进行烧结,烧结压力为1Mpa,烧结温度870℃，烧结时间2.5h；
(4)将摩擦块与钢背组装成高速列车闸片。
按照TJ/CL307-2019标准测试，该闸片物理及力学性能均符合TJ/CL307-2019标准的相关规定，并且本实施例闸片摩擦系数在0.34-0.37,湿态下摩擦系数在0.32-0.35，摩擦体剪切强度为23MPa
实施例6
环保型摩擦材料的原料配方：铜粉30％、铜锡粉12％、铁粉5％、碳纤维6％、钼铁合金粉16％、人造石墨4％、天然石墨12％、二硫化钼6％、二氧化硅5％、铋粉4％。
刹车片制备方法：
(1)环保型摩擦材料的原料混配：将上述的环保型摩擦材料按比例称好并放置在混料机混配均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的环保型摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力600Mpa、压制时间45s；
(3)摩擦块烧结：将冷压后的毛坯放入烧结炉中，在氢气与氮气(1:3)保护下进行烧结,烧结压力为1.2Mpa,烧结温度930℃，烧结时间4h；
(4)将摩擦块与钢背组装成高速列车闸片。
按照TJ/CL307-2019标准测试，该闸片物理及力学性能均符合TJ/CL307-2019标准的相关规定，并且本实施例闸片摩擦系数在0.34-0.37,湿态下摩擦系数在0.32-0.35，摩擦体剪切强度为23MPa
实施例7
环保型摩擦材料的原料配方：铜粉40％、铜锡粉22％、铁粉10％、碳纤维6％、钼铁合金粉6％、人造石墨8％、天然石墨5％、二硫化钼1％、二氧化硅1％、铋粉1％。
刹车片制备方法：
(1)环保型摩擦材料的原料混配：将上述的环保型摩擦材料按比例称好并放置在混料机混配均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的环保型摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力600Mpa、压制时间45s；
(3)摩擦块烧结：将冷压后的毛坯放入烧结炉中，在氢气与氮气(1:3)保护下进行烧结,烧结压力为1.2Mpa,烧结温度890℃，烧结时间3h；
(4)将摩擦块与钢背组装成高速列车闸片。
按照TJ/CL307-2019标准测试，该闸片物理及力学性能均符合TJ/CL307-2019标准的相关规定，并且本实施例闸片摩擦系数在0.34-0.37,湿态下摩擦系数在0.32-0.35，摩擦体剪切强度为23Mpa。
对比例1
环保型摩擦材料的原料配方：铜粉41％、铜锡粉15％、铁粉11％、碳纤维5％、钼铁合金粉10％、人造石墨5％、天然石墨7％、二硫化钼3％、二氧化硅3％、铋粉0％。
按照上述重量称取闸片粉末原料，放入混料机内混料均匀。利用数控压机，采用压制压力为600MPa，压制45s。将压制成的压坯在氢气与氮气(1:3)保护下进行烧结，烧结压力为1.2MPa，温度890℃高温烧结3h，然后将烧结后产品机械组装成高速列车闸片。
本对比例闸片350km/h下的摩擦系数在0.32～0.38,湿态下摩擦系数在0.31～0.34，摩擦体剪切强度为9Mpa。
综上，本发明环保型摩擦材料以铜粉、铜锡为基体材料，添加有具有高强度高模量碳纤维作为增强材料，同时添加钼铁合金粉提高闸片的增强相，添加铋粉在高温下是合金材料与基体材料共熔，提高基体强度的同时，增加闸片的摩擦系数，添加二氧化硅为增磨材料，用石墨、二硫化钼作为润滑组元，保护对偶，稳定摩擦系数，由此生产的闸片对对偶盘的磨损小，动静摩擦系数高，闸片强度高，提高动车组闸片的安全性，满足动车组闸片的使用要求。
本发明环保型摩擦材料和闸片不仅摩擦系数稳定不会出现掉边、掉块现象，而且不含石棉、铅、镉、六价铬等元素，元素含量完全符合TJ/CL307-2019《动车组闸片暂行技术条件》的要求，环保性能良好。另外将本发明摩擦材料优选组份所得的闸片，按照TJ/CL307-2019标准测试进行测试，闸片的布氏硬度12～28HBW，摩擦体与背板粘接面剪切强度12～20Mpa，摩擦体抗压强度80～160Mpa，远大于TJ/CL307-2019中的各项要求。
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 (5)
1.一种环保型摩擦材料，其特征在于，以环保型摩擦材料原料组分的总质量为基准计，所述环保型摩擦材料由以下质量百分含量的原料组分组成：铜粉30％-50％、铜锡粉8％-22％、铁粉5％-23％、碳纤维1％-6％、钼铁合金粉6％-16％、人造石墨4％-15％、天然石墨5％-12％、二硫化钼1％-6％、二氧化硅1％-5％、铋粉1-4％。
2.根据权利要求1所述的环保型摩擦材料，其特征在于，所述环保型摩擦材料由以下质量百分含量的原料组分组成：所述铜粉30％-45％、所述铜锡粉10％-20％、所述铁粉5％-20％、所述碳纤维2％-5％、所述钼铁合金粉8％-15％、所述人造石墨5％-15％、所述天然石墨5％-10％、所述二硫化钼2％-5％、所述二氧化硅2％-4％、所述铋粉2-4％。
3.权利要求1至2任一项所述环保型摩擦材料在闸片中的用途。
4.一种闸片，包括钢背和摩擦块，其特征在于，所述摩擦块由权利要求1至2中任一项所述的环保型摩擦材料制成。
5.制备如权利要求4所述闸片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)环保型摩擦材料的原料混配：将权利要求1至2任一项所述的环保型摩擦材料按比例称好并放置在混料机混配均匀；
(2)冷压成型：将经步骤(1)混合均匀的环保型摩擦材料放入模具压制成型，压制压力400～700Mpa、压制时间30～60s；
(3)摩擦块烧结：将冷压后的毛坯放入烧结炉中，在还原气氛及还原气体和惰性气体的混合气体保护下进行烧结处理，烧结温度870～930℃，烧结压力为1～2MPa，烧结时间2.5～4h；
(4)将摩擦块与钢背组装成高速列车闸片。
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