CN110284083B - 一种摩擦材料和包括该摩擦材料的闸片及闸片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摩擦材料和包括该摩擦材料的闸片及闸片的制备方法，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：铜锡粉45％～65％、碳纤维2％～6％、钼铁合金粉3％～9％、钨铁合金粉3％～10％、硅铁合金粉5％～15％，石墨10％～25％、二硫化钼3％～8％、铬粉1％～5％、碳化硅2～5％。利用本发明摩擦材料和方法制成的闸片，摩擦系数稳定，高速下400km/h下摩擦系数高达0.34，且稳定性高，在400km/h，相同制动压力下，波动性在5％范围内，刹车安全性高。特别是闸片湿态时摩擦系数高达0.35，且稳定性好，确保在阴雨天气能安全刹车。
Description
技术领域
本发明涉及刹车片技术领域，具体涉及一种摩擦材料和包括该摩擦材料的闸片及闸片的制备方法。
背景技术
高速列车是指能以高速度持续运行的列车，最高行驶速度一般要达到200km/h之上。高速列车属于现代化的高速交通工具，是火车顶尖科学技术的集中体现，可以大幅提高列车旅行速度从而提高火车运输效率。高速列车快捷舒适、平稳安全、节能环保，深受当代人们的欢迎，世界各国都大力支持用新型高速列车来满足日益增长的出行需求。
现有速度最快的高速列车，目前最高运营速度为350Km/h，甚至时速605公里的更高速度试验列车也已实验成功。然而随着列车速度的不断提高，列车运行的安全性成为人们日益关注的问题。
在高速状态下紧急刹车是对列车制动闸片的严格考验，研究和制作出一种能够在高速紧急情况下及时刹车的摩擦材料和闸片成为发展需要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明为了适应高速列车逐渐提速的需要，解决高速列车在紧急情况下的制动能力，本发明提供了一种摩擦材料和包括该摩擦材料的闸片及闸片的制备方法。
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：铜锡粉45％～65％、碳纤维2％～6％、钼铁合金粉3％～9％、钨铁合金粉3％～10％、硅铁合金粉5％～15％，石墨10％～25％、二硫化钼3％～8％、铬粉1％～5％、碳化硅2～5％。
优选地，所述铜锡粉50％～63％、所述碳纤维2％～5％、所述钨铁合金粉3％～10％、所述石墨10％～22％、所述二硫化钼4％～7％、所述铬粉1％～4％。
优选地，所述钨铁合金粉3％～10％、所述石墨10％～22％、所述二硫化钼4％～7％、所述铬粉1％～4％。
本发明的另一个方面是提供一种上述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)摩擦材料的原料混配：将上述的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)混合均匀的摩擦材料放入模具压制成型，压制压力
250～550Mp、压制时间10～30s；
(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830～900℃，烧结压力为0.2～1MPa，烧结时间2～3h，即得所述闸片。
(4)将摩擦块与钢背组装成所述闸片。
本发明摩擦材料以铜锡为基体材料，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、钨铁合金粉、硅铁合金粉提高闸片的增强相，在高温下与铜锡供熔，提高基体强度的同时，增加闸片的摩擦系数，添加铬粉、碳化硅为增磨材料，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，特别是高速及湿态下摩擦系数高，提高高速列车闸片的安全性，满足高速列车闸片的使用要求。
本发明摩擦材料和闸片内不含石棉、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；利用本发明摩擦材料和方法制成的闸片，不仅性能完全符合TJ/CL307-2019《动车组闸片暂行技术条件》标准要求，而且摩擦系数稳定，高速下400km/h下摩擦系数高达0.34，且稳定性高，在400km/h，相同制动压力下，波动性在5％范围内，刹车安全性高。特别是闸片湿态时摩擦系数高达0.35，且稳定性好，确保在阴雨天气能安全刹车。
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。
本发明中的铜锡粉、钼铁合金粉、钨铁合金粉、硅铁合金粉、石墨、二硫化钼、铬粉、碳化硅也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锡粉200～300目、钼铁合金粉200～325目、钨铁合金粉100～150目、硅铁合金粉80～150目、石墨195/599、二硫化钼300～400目、铬粉80～135目、碳化硅200～300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0.1～1.0mm。
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
摩擦材料的原料配方：铜锡粉50％、碳纤维2％、钼铁合金粉3％、钨铁合金粉10％、硅铁合金粉5％，石墨14％、二硫化钼7％、铬粉4％、碳化硅5％。
刹车片制备方法：
(1)摩擦材料的原料混配：将上述的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)混合均匀的摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力300Mpa、压制时间10s；
(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880℃，烧结时间2h；
(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，并且本实施例闸片在350km/h下的摩擦系数在0.34～0.38,350～400km/h内的摩擦系数在0.32～0.34，湿态下摩擦系数在0.29～0.34。
实施例2
摩擦材料的原料配方：铜锡粉50％、碳纤维5％、钼铁合金粉9％、钨铁合金粉4％、硅铁合金粉15％，石墨10％、二硫化钼4％、铬粉1％、碳化硅2％。
刹车片制备方法：
(1)摩擦材料的原料混配：将上述的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23s；
(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880℃，烧结时间2h；
(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，并且本实施例闸片在350km/h下的摩擦系数在0.32～0.36,350～400km/h内的摩擦系数在0.30～0.32，湿态下摩擦系数在0.31～0.35。
实施例3
摩擦材料的原料配方：铜锡粉63％、碳纤维2％、钼铁合金粉3％、钨铁合金粉4％、硅铁合金粉5％，石墨12％、二硫化钼4％、铬粉3％、碳化硅4％。
刹车片制备方法：
(1)摩擦材料的原料混配：将上述的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)混合均匀的摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力350Mpa、压制时间20s；
(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0.8Mpa,烧结温度850℃，烧结时间2h；
(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，并且本实施例闸片在350km/h下的摩擦系数在0.33～0.37,350～400km/h内的摩擦系数在0.31～0.34，湿态下摩擦系数在0.29～0.33。
实施例4
摩擦材料的原料配方：铜锡粉55％、碳纤维3％、钼铁合金粉5％、钨铁合金粉5％、硅铁合金粉9％，石墨12％、二硫化钼5％、铬粉3％、碳化硅3％。
刹车片制备方法：
(1)摩擦材料的原料混配：将上述的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)混合均匀的摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力350Mpa、压制时间15s；
(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0.8Mpa,烧结温度870℃，烧结时间2h；
(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，并且本实施例闸片在350km/h下的摩擦系数在0.34～0.37,350～400km/h内的摩擦系数在0.33～0.35，湿态下摩擦系数在0.32～0.35。
实施例5
摩擦材料的原料配方：铜锡粉45％、碳纤维6％、钼铁合金粉6％、钨铁合金粉3％、硅铁合金粉5％，石墨25％、二硫化钼3％、铬粉5％、碳化硅2％。
刹车片制备方法：
(1)摩擦材料的原料混配：将上述的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)混合均匀的摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力550Mpa、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0.2Mpa,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，并且本实施例闸片在350km/h下的摩擦系数在0.27～0.36,350～400km/h内的摩擦系数在0.24～0.29，湿态下摩擦系数在0.32～0.34。
实施例6
摩擦材料的原料配方：铜锡粉65％、碳纤维2％、钼铁合金粉3％、钨铁合金粉3％、硅铁合金粉5％，石墨10％、二硫化钼8％、铬粉2％、碳化硅2％。
刹车片制备方法：
(1)摩擦材料的原料混配：将上述的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)混合均匀的摩擦材料放入数控压机的模具内压制成型，压制压力250Mpa、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1Mpa,烧结温度830℃，烧结时间2h；
(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，并且本实施例闸片在350km/h下的摩擦系数在0.28～0.35,350～400km/h内的摩擦系数在0.29～0.31，湿态下摩擦系数在0.26～0.30。
实施例7
摩擦材料的原料配方：铜锡粉50％、碳纤维4％、钼铁合金粉3％、钨铁合金粉5％、硅铁合金粉10％，石墨22％、二硫化钼3％、铬粉1％、碳化硅2％。
刹车片制备方法：
(1)摩擦材料的原料混配：将上述的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23s；
(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880℃，烧结时间2h；
(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，并且本实施例闸片在350km/h下的摩擦系数在0.27～0.32,350～400km/h内的摩擦系数在0.25～0.29，湿态下摩擦系数在0.24～0.29。
对比例1
摩擦材料的原料配方：铜锡粉0％、铜粉58％、碳纤维0％、钼铁合金粉5％、钨铁合金粉5％、硅铁合金粉9％，石墨12％、二硫化钼5％、铬粉3％、碳化硅3％。
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350MPa，压制15s。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0.8MPa，温度870℃高温烧结2h，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0.26～0.31,350～400km/h内的摩擦系数在0.23～0.28，湿态下摩擦系数在0.24～0.27。
综上，本发明摩擦材料以铜锡为基体材料，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、钨铁合金粉、硅铁合金粉提高闸片的增强相，在高温下与铜锡供熔，提高基体强度的同时，增加闸片的摩擦系数，添加铬粉、碳化硅为增磨材料，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，特别是高速及湿态下摩擦系数高，提高高速列车闸片的安全性，满足高速列车闸片的使用要求。
利用本发明摩擦材料和方法制备的闸片内不含石棉、铅、镉、六价铬等元素，元素含量和性能完全符合TJ/CL307-2019《动车组闸片暂行技术条件》的要求，不仅性能良好，而且摩擦系数稳定，高速下400km/h下摩擦系数高达0.34，且稳定性高，在400km/h，相同制动压力下，波动性在5％范围内，刹车安全性高。特别是闸片湿态时摩擦系数高达0.35，且稳定性好，能够确保在阴雨天气能安全刹车。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15～25HBW，摩擦体剪切强度18～35Mpa，摩擦体与背板粘接面剪切强度15～27Mpa，摩擦体抗压强度120～220Mpa，各种性能优良。
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 (6)
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，所述摩擦材料由以下原料组分及质量百分含量组成：铜锡粉45％～65％、碳纤维2％～6％、钼铁合金粉3％～9％、钨铁合金粉3％～10％、硅铁合金粉5％～15％，石墨10％～25％、二硫化钼3％～8％、铬粉1％～5％、碳化硅2～5％。
2.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述铜锡粉50％～63％、所述碳纤维2％～5％、所述钨铁合金粉3％～10％、所述石墨10％～22％、所述二硫化钼4％～7％、所述铬粉1％～4％。
3.根据权利要求1所述的摩擦材料，其特征在于，所述钨铁合金粉3％～10％、所述石墨10％～22％、所述二硫化钼4％～7％、所述铬粉1％～4％。
4.权利要求1至3任一项所述摩擦材料在闸片中的用途。
5.一种闸片，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3中任一项所述的摩擦材料制成。
6.制备如权利要求5所述闸片的方法，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3任一项所述的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)混合均匀的摩擦材料放入模具压制成型，压制压力250～550Mpa 、压制时间10～30s；
(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830～900℃，烧结压力为0.2～1MPa，烧结时间2～3h；
(4)将摩擦块与钢背组装成所述闸片。
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