CN110541902A - 一种铜铁基粉末冶金闸片摩擦块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高速列车制动闸片技术领域，公开了一种铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括0.5～3.0wt％的活性粉末和97～99.5wt％的铜铁基摩擦粉末；所述过渡层形成于所述摩擦体上，以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括20～30wt％的活性粉末和70～80wt％的铜粉；所述背板与所述摩擦体通过所述过渡层烧结焊合方式实现连接。通过这种方式制备的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，背板和摩擦体之间的连接强度大幅度提高，摩擦体不易脱落。
Description
技术领域
本发明涉及高速列车制动闸片技术领域，具体涉及一种用于高速列车的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块及其制备方法。
背景技术
随着中国高铁技术的飞速发展，高速列车的最高时速不断提升，对制动系统的性能要求也相应提高。
目前高铁制动主要采用粉末冶金闸片制动，粉末冶金闸片主要由摩擦块、调整垫、钢背和卡簧等零件组成。其中摩擦块包括摩擦体和背板，摩擦体和背板是通过过渡层熔化焊合在一起，摩擦体与背板之间的粘接强度直接影响到高速列车的制动性能，一旦其间的粘接强度低于摩擦体本身的剪切强度，则在列车制动时，摩擦体与制动盘或车轮间摩擦力的作用下，摩擦体不会出现层状脱落消耗，而会首先从摩擦体与背板之间出现断裂，导致摩擦体飞出，失去制动作用，若在无电制动、全闸片紧急制动条件下，高铁就会甩出轨道，甚至导致人员伤亡，造成的损失不可估量。因此，如何提高摩擦体与背板之间的粘接强度是高速列车提高制动性能的重中之重。
发明内容
为了解决现有技术中摩擦体与背板之间的粘接强度的问题，本发明提供了一种铜铁基粉末冶金闸片摩擦块及其制备方法。
本发明提供的一种铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接；以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括0.5～3.0wt％的活性粉末和97～99.5wt％的铜铁基摩擦粉末；以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括20～30 wt％的活性粉末和70～80wt％的铜粉。
采用上述技术方案，摩擦体和过渡层中添加的活性粉末，可充当稀释剂降低熔体粘度及表面张力，降低界面结合能，降低烧结温度，缩短烧结均热保温时间，减少低熔点金属烧损；还可以强化基体，提高基体组织的致密性，提高烧结效果；使背板、过渡层和摩擦体的连接界面致密无裂纹，大幅度提高背板与摩擦体的粘接强度。
进一步的，所述活性粉末由增结粉末和强化基体粉末组成；其中，所述增结粉末为锡粉(Sn)、锑粉(Sb)、铋粉(Bi)、锶粉(Sr)、锗粉(Ge)和磷铜粉中的任意一种或多种；所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉(Mn)、钼粉(Mo)、铌粉(Nb)、钒粉(V)和钛粉 (Ti)中的任意一种或多种。
采用了上述技术方案，增结粉末可以是锡粉、锑粉、铋粉、锶粉、锗粉和磷铜粉中的任意一种或者多种的组合，锡粉、锑粉、铋粉、锶粉、锗粉和磷铜粉是熔点低于铜粉和铁粉的金属粉末，在铜粉和铁粉熔融、烧结的过程中，较铜粉和铁粉更早熔融，从而降低铜粉和铁粉粘度和表面张力，降低界面结合能，提高了烧结效果。
强化基体粉末中的微量合金元素钼能够提高粉末冶金的淬透性，与铁、碳形成较硬的复合渗碳体；铌、钒和钛能够弥散于铜铁基体之中，起到细化晶粒和沉淀强化的作用，从而提高基体的强度和硬度。
强化基体粉末中的锰粉与铜粉反应形成低于铜粉熔点的新合金，在摩擦块固相烧结时已成为液态，上面贴合于自重下压的背板，下面渗透入摩擦体之中，冷却后将背板和摩擦体焊合在一起，摩擦体中的锰粉主要是在烧结的高温段起到强化和提高基体组织致密性的作用。
强化基体粉末中的磷铁粉能够在压制前增加未烧结粉末的湿强度，从而提高压制效率；另外还能降低烧结温度，缩短烧结均热保温时间，减少低熔点金属流失，改善烧结体组织均匀性，提高组织致密性和摩擦体的自锐性。
进一步的，以所述过渡层的成分中所述活性粉末的质量计，所述增结粉末和所述强化基体粉末的质量比为(1～5):(15～29)。
采用了上述技术方案，在上述增结粉末和强化基体粉末的复配比例下，占比较大的强化基体粉末在烧结的高温段(800℃-980℃)起到强化和提高基体组织致密性的作用，增结粉末在烧结时的低温段 (200℃-800℃)增加烧结效果，两者有机结合，使过渡层的粘接能力和自身致密性得到提高。
进一步的，以所述过渡层的成分中所述活性粉末的质量计，所述增结粉末和所述强化基体粉末的质量比为(3～5):(15～25)。
采用了上述技术方案，该配比是过渡层的活性粉末中增结粉末和强化基体粉末的优选配比，该配比范围内，过渡层中的活性粉末可以起到更佳的活性作用，过渡层粘接强度最佳。
进一步的，以所述摩擦体的成分中所述活性粉末的质量计，所述增结粉末和所述强化基体粉末的质量比为(0.1～1):(1～3)。
采用了上述技术方案，在摩擦体中加入上述复配的活性粉末，占比较大的强化基体粉末在烧结过程中首先起到强化摩擦体，提高摩擦体组织致密度的作用，同时对应比例的增结粉末在低温段提高烧结效果，两者有机结合，使过渡层的粘接能力和自身致密性得到提高。
进一步的，以所述摩擦体的成分中所述活性粉末的质量计，所述增结粉末和所述强化基体粉末的质量比为(0.1～0.5):(1～2)。
采用上述技术方案，摩擦体中增结粉末和强化基体粉末达到更优配比，摩擦体的综合性能得到最大程度的提升，同时又能与过渡层形成稳定过渡配合。
进一步的，所述过渡层的厚度为0.1～1mm。
采用上述技术方案，过渡层若太薄，则由于摩擦体本身空隙问题，容易导致部分过渡层渗入而缺失，粘接能力变弱；过渡层太厚则成本高、不经济，并占用了摩擦体的空间，磨耗到限时起不到摩擦体应有的制动效果；厚度为0.1～1mm时，实际生产及应用的摩擦块的过渡层粘接效果最佳。
本发明还提供一种制备铜铁基粉末冶金闸片摩擦块的方法，方法步骤如下：
制备背板；
按配方比，将一定量的铜铁基摩擦粉末和活性粉末混合均匀，填入模具中，在1～2Mpa压力下预压，制备得到摩擦体预制块；
按配方比，将一定量的活性粉末和铜粉混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在6～12Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体；
将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，进行烧结，制备得到摩擦块。
采用了上述技术方案，摩擦体和过渡层中添加的活性粉末，一方面，能增加未烧结粉末的湿强度、提高压制效率；另一方面，在烧结时，可充当稀释剂降低熔体粘度及表面张力，降低界面结合能，降低烧结温度，缩短烧结均热保温时间，减少低熔点金属流失；强化基体，提高基体组织的致密性，提高烧结效果；使背板、过渡层和摩擦体的连接界面致密无裂纹，大幅度提高背板与摩擦体的粘接强度。
进一步的，所述活性粉末由增结粉末和强化基体粉末组成；其中，所述增结粉末为锡粉、锑粉、铋粉、锶粉、锗粉和磷铜粉中的任意一种或多种；所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉、钼粉、铌粉、钒粉和钛粉中的任意一种或多种。
进一步的，所述烧结是在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度800～980℃，保温时间1～3小时。
采用上述技术方案，无压烧结相对于其他烧结方式方法更加简单易行，可以降低成本。链带式炉便于批量生产，生产效率高，成本低。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、活性粉末中的增结粉末粉末可以充当稀释剂而降低熔体粘度及表面张力，降低界面结合能，增强烧结；活性粉末中的强化基体粉末在粉末治金中能增加未烧结粉末的湿强度、降低烧结温度，缩短烧结均热保温时间、提高压制效率，减少低熔点金属流失，强化基体，提高基体组织的致密性。
2、本发明制备的摩擦块的连接界面致密无裂纹，经剪切试验测试，断裂发生在摩擦材料(摩擦体)内而不是连接界面处，表明背板和摩擦体的连接强度高于摩擦材料(摩擦体)强度，连接强度在17MPa-22MPa之间，远高于使用要求的7MPa。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
关于本发明的技术指标的测定方法均为本领域内使用标准方法，具体可参见最新的国家标准，除非另外说明。另外，作为本发明中的其它原材料均指本领域内通常使用的原材料。
本发明下述实施例中摩擦体的铜铁基摩擦粉末成分配比如下：53份铜粉(Cu)、20份铁粉(Fe)、2份二硫化钼(MoS2)、1份碳化硼(B4C)、 10份石墨(C)、1份钨粉(W)、10份铬铁粉(Cr-Fe)、1.0份镍粉(Ni) 以及2份莫来石，需要说明的是，也可以采用现有技术中的其他铜铁基摩擦粉末。
本发明中各粉末混合均匀时，采用高速混料机以及V型混料机或锥型混料机。
本发明中背板采用低碳或合金钢板制作，表面进行碱性镀铜处理，铜层厚度为8μm～20μm。
实施例1
本实施例中的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接；以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括3％的活性粉末和97％的铜铁基摩擦粉末；以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括30％的活性粉末和70％的铜粉。
所述摩擦体的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为1:3。所述增结粉末为锡粉，所述强化基体粉末为钛粉。
所述过渡层的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为1:29。所述增结粉末为锶粉，所述强化基体粉末为锰粉。
其制备方法如下：
S1，制备背板；
S1-1，将合金钢板表面进行喷砂处理，进而激光切割成闸片摩擦块所需背板坯；
S1-2，将背板坯清理毛刺，清除锈垢、油污等杂质后进行表面碱性镀铜处理，获得背板，背板表面镀铜厚度为20μm；
需要说明的是，背板也可以采用现有技术中的其他冲压方法来制成；
S2，按照比例将铜铁基摩擦粉末和活性粉末利用锥型混料机混合均匀，填入模具中，在1Mpa下采用浮动压制预压至限位处，升起下压头，使模具内腔上方留有1mm深的预留空间，制备得到摩擦体预制块；
S3，按比例将活性粉末和铜粉在高速混料机中混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在6Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体，所述过渡层的厚度为0.1mm；
S4，将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度980℃，保温时间1小时，制备得到摩擦块。需要进一步说明的是，除适用于无压烧结外，还适用于其他加压热压烧结、热等静压烧结、微波加热烧结、微波等离子体烧结、放电等离子体烧结等。
需要说明的是，上述制备方法的步骤先后顺序并不唯一固定，也可以先制备好背板、摩擦体的粉末和过渡层的粉末，再依次进行预压制成摩擦体预制块、压制摩擦体和烧结制成摩擦块的操作；还可以是其他制作顺序，只要预压制成摩擦体预制块、压制摩擦体和烧结制成摩擦块的顺序不变即可。
实施例2
本实施例中的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接；以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括0.5％的活性粉末和95.5％的铜铁基摩擦粉末；以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括24％的活性粉末和76％的铜粉。
所述摩擦体的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为0.1:1。所述增结粉末为锡粉和锑粉，质量比1:1；所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉、钼粉、铌粉、钒粉和钛粉，质量比1:1:1:1:1:1。
所述过渡层的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为1:15。所述增结粉末为锡粉、锑粉、铋粉、锶粉、锗粉和磷铜粉，质量比为1:1:1:1:1:1，所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉、钼粉，质量比为1:4:1。
其制备方法如下：
S1，制备背板；
S1-1，将合金钢板表面进行喷砂处理，进而激光切割成闸片摩擦块所需背板坯；
S1-2，将背板坯清理毛刺，清除锈垢、油污等杂质后进行表面碱性镀铜处理，获得背板，背板表面镀铜厚度为8μm；
S2，按照比例将铜铁基摩擦粉末和活性粉末利用锥型混料机混合均匀，填入模具中，在2Mpa下采用浮动压制预压至限位处，升起下压头，使模具内腔上方留有2mm深的预留空间，制备得到摩擦体预制块；
S3，按比例将活性粉末和铜粉在高速混料机中混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在12Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体，所述过渡层的厚度为1mm；
S4，将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度800℃，保温时间3小时，制备得到摩擦块。
具体成分配比和工艺参数差异见表1-1。
实施例3
本实施例中的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接；以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括1％的活性粉末和99％的铜铁基摩擦粉末；以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括20％的活性粉末和80％的铜粉。
所述摩擦体的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为0.5:2。所述增结粉末为锡粉、锑粉、铋粉、锶粉、锗粉和磷铜粉，质量比为1:1:1:1:1:1，所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉、钼粉、铌粉、钒粉和钛粉，质量比为1:1:2:2:2:2。
所述过渡层的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为1:3。所述增结粉末为锡粉、锑粉、铋粉、锶粉、锗粉和磷铜粉，质量比为1:1:1:1:1:1，所述强化基体粉末为锰粉。
其制备方法如下：
S1，制备背板；
S1-1，将合金钢板表面进行喷砂处理，进而激光切割成闸片摩擦块所需背板坯；
S1-2，将背板坯清理毛刺，清除锈垢、油污等杂质后进行表面碱性镀铜处理，获得背板，背板表面镀铜厚度为10μm；
S2，按照比例将铜铁基摩擦粉末和活性粉末利用锥型混料机混合均匀，填入模具中，在1.5Mpa下采用浮动压制预压至限位处，升起下压头，使模具内腔上方留有1.5mm深的预留空间，制备得到摩擦体预制块；
S3，按比例将活性粉末和铜粉在高速混料机中混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在8Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体，所述过渡层的厚度为0.5mm；
S4，将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度900℃，保温时间1.4小时，制备得到摩擦块。
具体成分配比和工艺参数差异见表1-1。
实施例4
本实施例中的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接；以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括2％的活性粉末和98％的铜铁基摩擦粉末；以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括27％的活性粉末和73％的铜粉。
所述摩擦体的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为0.2:1.5。所述增结粉末为锑粉、铋粉、锶粉、锗粉和磷铜粉，质量比为1:1:1:1:1，所述强化基体粉末为钼粉、铌粉、钒粉和钛粉，质量比为2:1:1:2。
所述过渡层的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为5:29。所述增结粉末为锡粉、锶粉、锗粉和磷铜粉，质量比为1:1:1:1，所述强化基体粉末为锰粉、钼粉，质量比为4:1。
其制备方法如下：
S1，制备背板；
S1-1，将合金钢板表面进行喷砂处理，进而激光切割成闸片摩擦块所需背板坯；
S1-2，将背板坯清理毛刺，清除锈垢、油污等杂质后进行表面碱性镀铜处理，获得背板，背板表面镀铜厚度为15μm；
S2，按照比例将铜铁基摩擦粉末和活性粉末利用锥型混料机混合均匀，填入模具中，在2Mpa下采用浮动压制预压至限位处，升起下压头，使模具内腔上方留有2mm深的预留空间，制备得到摩擦体预制块；
S3，按比例将活性粉末和铜粉在高速混料机中混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在12Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体，所述过渡层的厚度为0.8mm；
S4，将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度950℃，保温时间1.2小时，制备得到摩擦块。
具体成分配比和工艺参数差异见表1-1。
实施例5
本实施例中的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接；以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括1.5％的活性粉末和98.5％的铜铁基摩擦粉末；以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括30％的活性粉末和70％的铜粉。
所述摩擦体的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为1:1。所述增结粉末为锶粉、锗粉和磷铜粉，质量比为1:1:1；所述强化基体粉末为铌粉和钒粉，质量比为1:1。
所述过渡层的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为1:5。所述增结粉末为锡粉和磷铜粉，质量比为1:1，所述强化基体粉末为磷铁粉和锰粉，质量比为1:4。
其制备方法如下：
S1，制备背板；
S1-1，将合金钢板表面进行喷砂处理，进而激光切割成闸片摩擦块所需背板坯；
S1-2，将背板坯清理毛刺，清除锈垢、油污等杂质后进行表面碱性镀铜处理，获得背板，背板表面镀铜厚度为12μm；
S2，按照比例将铜铁基摩擦粉末和活性粉末利用锥型混料机混合均匀，填入模具中，在1Mpa下采用浮动压制预压至限位处，升起下压头，使模具内腔上方留有1mm深的预留空间，制备得到摩擦体预制块；
S3，按比例将活性粉末和铜粉在高速混料机中混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在6Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体，所述过渡层的厚度为0.2mm；
S4，将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度920℃，保温时间1.3小时，制备得到摩擦块。
具体成分配比和工艺参数差异见表1-1。
实施例6
本实施例中的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接；以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括0.8％的活性粉末和99.2％的铜铁基摩擦粉末；以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括28％的活性粉末和72％的铜粉。
所述摩擦体的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为0.1:1。所述增结粉末为锡粉、锑粉和铋粉，质量比为1:1:1，所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉和钼粉，质量比为1:1:2。
所述过渡层的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为3:25。所述增结粉末为铋粉，所述强化基体粉末为磷铁粉和钼粉，质量比为1:1。
其制备方法如下：
S1，制备背板；
S1-1，将合金钢板表面进行喷砂处理，进而激光切割成闸片摩擦块所需背板坯；
S1-2，将背板坯清理毛刺，清除锈垢、油污等杂质后进行表面碱性镀铜处理，获得背板，背板表面镀铜厚度为9μm；
S2，按照比例将铜铁基摩擦粉末和活性粉末利用锥型混料机混合均匀，填入模具中，在1.2Mpa下采用浮动压制预压至限位处，升起下压头，使模具内腔上方留有1.3mm深的预留空间，制备得到摩擦体预制块；
S3，按比例将活性粉末和铜粉在高速混料机中混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在9Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体，所述过渡层的厚度为0.3mm；
S4，将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度820℃，保温时间2.5小时，制备得到摩擦块。
具体成分配比和工艺参数差异见表1-2。
实施例7
本实施例中的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接；以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括1.2％的活性粉末和98.8％的铜铁基摩擦粉末；以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括23％的活性粉末和77％的铜粉。
所述摩擦体的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为0.1:2。所述增结粉末为锑粉和磷铜粉，质量比为1:1，所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉和钛粉，质量比1:1:1。
所述过渡层的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为3:20所述增结粉末为锑粉，所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉、钼粉、铌粉、钒粉和钛粉，质量比为1:4:1:1:1:1。
其制备方法如下：
S1，制备背板；
S1-1，将合金钢板表面进行喷砂处理，进而激光切割成闸片摩擦块所需背板坯；
S1-2，将背板坯清理毛刺，清除锈垢、油污等杂质后进行表面碱性镀铜处理，获得背板，背板表面镀铜厚度为18μm；
S2，按照比例将铜铁基摩擦粉末和活性粉末利用锥型混料机混合均匀，填入模具中，在1.8Mpa下采用浮动压制预压至限位处，升起下压头，使模具内腔上方留有2mm深的预留空间，制备得到摩擦体预制块；
S3，按比例将活性粉末和铜粉在高速混料机中混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在11Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体，所述过渡层的厚度为0.9mm；
S4，将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度880℃，保温时间1.5小时，制备得到摩擦块。
具体成分配比和工艺参数差异见表1-2。
实施例8
本实施例中的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，包括背板、摩擦体和过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接；以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括2.5％的活性粉末和97.5％的铜铁基摩擦粉末；以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括25％的活性粉末和75％的铜粉。
所述摩擦体的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为0.5:1。所述增结粉末为锑粉、铋粉、锶粉和锗粉，质量比为1:1:1:1，所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉、钼粉和铌粉，质量比1:1:1:1。
所述过渡层的成分中活性粉末中的增结粉末和强化基体粉末的质量比为1:4。所述增结粉末为铋粉和锶粉，质量比为1:1，质量比为1:1:1:1，所述强化基体粉末为锰粉、钼粉、铌粉和钛粉，质量比为4:1:1:1。
其制备方法如下：
S1，制备背板；
S1-1，将合金钢板表面进行喷砂处理，进而激光切割成闸片摩擦块所需背板坯；
S1-2，将背板坯清理毛刺，清除锈垢、油污等杂质后进行表面碱性镀铜处理，获得背板，背板表面镀铜厚度为20μm；
S2，按照比例将铜铁基摩擦粉末和活性粉末利用锥型混料机混合均匀，填入模具中，在2Mpa下采用浮动压制预压至限位处，升起下压头，使模具内腔上方留有2mm深的预留空间，制备得到摩擦体预制块；
S3，按比例将活性粉末和铜粉在高速混料机中混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在12Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体，所述过渡层的厚度为0.1mm；
S4，将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度850℃，保温时间2小时，制备得到摩擦块。
具体成分配比和工艺参数差异见表1-2。
进一步的，为了能够说明本发明所具有的有益效果，本发明还提供了如下对比例进一步说明。
对比例1
将实施例1中摩擦体中的活性粉末等量替换为铜铁基摩擦粉末，过渡层中的活性粉末中的增结粉末等量替换为铜粉，其它组分不变，具体成分配比见表1-2。
对比例1中的制备方法与实施例1相同，制备摩擦块。
对比例2
将实施例2中摩擦体中的活性粉末等量替换为铜铁基摩擦粉末，过渡层中的活性粉末的强化基体粉末等量替换为铜粉，增结粉末等量替换为锡粉，其它组分不变，具体成分配比见表1-2。
对比例2中的制备方法与实施例2相同，制备摩擦块。
表1-1摩擦块的成分配比及工艺参数
表1-2摩擦块的成分配比及工艺参数
进一步地，本发明对实施例1～8及对比例1～2进行制备的摩擦块进行剪切试验测试和连接强度测试，测试方法均采用国家标准测试方法，结果如下表2：
表2摩擦块的性能对比
由上表可知，根据本发明技术方案制造的摩擦块，摩擦体的剪切强度在11MPa-14MPa，连接强度在17MPa-22MPa，远高于TJ/CL 307-2019 动车组闸片暂行技术条件，中的摩擦体剪切强度的最低使用要求6MPa，摩擦体与背板粘接面剪切强度(连接强度)最低使用要求7Mpa，连接界面致密无裂纹。实际应用中，若外界制动压力与摩擦形成的剪切强度大于10 MPa，则根据本发明方法制备的摩擦块无损伤，基本不发生磨耗，而对比例1和对比例2的摩擦体则已开始发生正常损耗；若外界剪切强度大于14 Mpa，则根据本发明方法制备的摩擦块，才开始发生正常损耗，而对比例 1和对比例2的摩擦体除发生正常损耗外，也有可能沿背板与摩擦体的连接面发生断裂，造成摩擦体的整体脱落，存在制动失控的风险。
通过本发明制备的摩擦块，不但提高了的摩擦体本身的剪切强度，减少了磨耗，延长了磨耗到限时间，而且大幅度提高了摩擦体与背板的连接强度，降低了摩擦体脱落而致制动失控的风险，同时提高了闸片的整体使用寿命，为高铁闸片提供了一种高性能、高可靠性的摩擦块制造方法。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，包括：
背板；
摩擦体，以所述摩擦体的质量百分比计，所述摩擦体的成分中包括0.5～3.0wt％的活性粉末和97～99.5wt％的铜铁基摩擦粉末；
过渡层，所述过渡层形成于所述摩擦体上，以所述过渡层的质量百分比计，所述过渡层的成分中包括20～30wt％的活性粉末和70～80wt％的铜粉；
所述背板与所述摩擦体上的所述过渡层连接。
2.根据权利要求1所述的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，所述活性粉末由增结粉末和强化基体粉末组成；其中，所述增结粉末为锡粉、锑粉、铋粉、锶粉、锗粉和磷铜粉中的任意一种或多种；所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉、钼粉、铌粉、钒粉和钛粉中的任意一种或多种。
3.根据权利要求2所述的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，以所述过渡层的成分中所述活性粉末的质量计，所述增结粉末和所述强化基体粉末的质量比为(1～5):(15～29)。
4.根据权利要求3所述的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，以所述过渡层的成分中所述活性粉末的质量计，所述增结粉末和所述强化基体粉末的质量比为(3～5):(15～25)。
5.根据权利要求2所述的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，以所述摩擦体的成分中所述活性粉末的质量计，所述增结粉末和所述强化基体粉末的质量比为(0.1～1):(1～3)。
6.根据权利要求5所述的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，以所述摩擦体的成分中所述活性粉末的质量计，所述增结粉末和所述强化基体粉末的质量比为(0.1～0.5):(1～2)。
7.根据权利要求1所述的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块，其特征在于，所述过渡层的厚度为0.1～1mm。
8.一种制备权利要求1～7任一项所述的铜铁基粉末冶金闸片摩擦块的方法，其特征在于，方法步骤如下：
制备背板；
按配方比，将一定量的铜铁基摩擦粉末和活性粉末混合均匀，填入模具中，在1～2Mpa压力下预压，制备得到摩擦体预制块；
按配方比，将一定量的活性粉末和铜粉混合均匀，填入制备好的所述摩擦体预制块的模具内，共同在6～12Mpa下压制成型，形成具有所述过渡层的摩擦体；
将所述背板与所述摩擦体附着所述过渡层一面贴合叠放，进行烧结，制备得到摩擦块。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述活性粉末由增结粉末和强化基体粉末组成；其中，所述增结粉末为锡粉、锑粉、铋粉、锶粉、锗粉和磷铜粉中的任意一种或多种；所述强化基体粉末为磷铁粉、锰粉、钼粉、铌粉、钒粉和钛粉中的任意一种或多种。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述烧结是在链带式炉中的无压烧结，所述无压烧结方法如下：烧结温度800～980℃，保温时间1～3小时。
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