CN111069612A - 高速列车制动闸片用粉末冶金材料及制动闸片的制备工艺 - Google Patents

高速列车制动闸片用粉末冶金材料及制动闸片的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及粉末冶金材料技术领域，公开了高速列车制动闸片用粉末冶金材料，按质量份计，包括有以下组分：铜45‑65份；铁9‑12份；锡1‑5份；锰铁2‑4份；氮化钒3‑6份；铬铁1‑3份；石墨8‑12份；二硫化钼3‑7份。本发明能够提高高速列车的整体制动稳定性。

Description

高速列车制动闸片用粉末冶金材料及制动闸片的制备工艺
技术领域
本发明涉及粉末冶金材料技术领域，特别涉及高速列车制动闸片用粉末冶金材料及制动闸片的制备工艺。
背景技术
粉末冶金材料是用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料(包括制品)。粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能，如材料的孔隙度可控，材料组织均匀、无宏观偏析(合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象)，可一次成型等。
其中，在高速列车上的制动闸片上就有用到了致密的粉末冶金材料作为制动的部分，采用粉末冶金材料制成的制动闸片虽然能够起到较好的制动效果，但是由于制动闸片在实际使用的时候，闸片上会出现较高的温度，瞬时温度甚至可以达到500℃，目前市场上的制动闸片在温度较高时，制动部分的摩擦系数就会发生较大的变化，摩擦系数的稳定性较差，制动的稳定性也较差。
发明内容
本发明的目的是提供高速列车制动闸片用粉末冶金材料及制动闸片的制备工艺，旨在解决制动稳定性差的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高速列车制动闸片用粉末冶金材料，按质量份计，包括有以下组分：
Figure BDA0002358048280000011
本发明的进一步设置为：所述氮化钒为VN。
本发明的进一步设置为：所述锰铁为高碳锰铁。
本发明的进一步设置为：所述铬铁为中碳铬铁。
本发明的进一步设置为：按质量份计，还包括有钛铝合金2-3份。
本发明的进一步设置为：按质量份计，还包括有氧化钨4-6份。
本发明还提供了一种制动闸片的制备工艺，包括将粉末冶金材料与支撑钢背结合的结合方法，所述结合方法包括有以下步骤：
S1，按质量份取所有的物料，并将物料混合均匀；
S2，干燥，得混合粉末；
S3，将粉末压制成坯；
S4，将坯置于支撑钢背上，将坯与支撑钢背在惰性气体氛围中，加压后进行烧结；
S5，将坯与支撑钢背冷却至常温。
本发明的进一步设置为：所述S1中将所有的物料加入到煤油中，其中煤油的体积与所有的物料的体积比为1：2-2.5，所述S2中的干燥升温速度为10-15℃/min，并且在升温至140-150℃后保持2-3h。
本发明的进一步设置为：当所有的物料加入到煤油中后，将混合料放入高频振动机中震动5-10min。
本发明的进一步设置为：所述S3中压制压力为400-600MPa，所述S4中的加压压力为1-4MPa，烧结时间为2-4h。
本发明的有益效果是：本发明以铜和铁作为基料与其他材料共存，从而较好的与其他组分之间形成整体，加上锡、锰铁、铬铁和钛铝合金，使得材料具有较高的强度以及耐摩擦性；同时石墨和二硫化钼在材料中能够起到润滑的作用，从而防止材料产生过大的磨损，延长使用寿命。
同时，在材料中还添加有氮化钒，由于氮化钒具有较好的强度、韧性、延展性和抗热疲劳性，因此首先能够使得材料的强度得到了更好的保证，同时其也可以改善整个材料的延展性，从而使得材料的整体性更佳，具有更好的耐磨性。
不仅如此，在使用时材料的温度会剧烈升高，而在这个温度升高的过程中氮化钒优良的抗热疲劳性起到了很好的抗高温的效果，从而能够减小材料的损耗。而在材料温度升高的同时，氧化钨吸热并转变为四方晶系结晶体，从而能够较好的将热量进行消耗，并防止材料的瞬时温度过高而引起过大的损伤；而当材料的温度降低后，氧化钨则释放出热量并恢复至原状，而且该过程是可逆的，因此氧化钨能够反复的吸热、放热，并持续的对材料起到保护作用，延长材料的使用寿命。其中，氧化钨使得材料受到摩擦升温幅度变化小，因此可以在温度变化时保持一个较好的自身温度稳定性。
常规的材料之所以在温度不同时具有变化较大的摩擦系数，其理由是在温度变化的同时，从微观的角度上来看材料摩损的速率不同；即在一个温度时材料磨损是一个速率，另一个温度时磨损速率是另一个值，同时由于材料中各组分的基料和润滑的部分分布的并不是十分的均匀，因此在微观角度下不同的层就具有了不同的摩擦系数；而本发明在材料中添加了氮化铝，而氮化铝具有有效的强化和细化晶粒的作用，因此加入氮化钒可以使得各个材料的分散效果更佳，因此材料中的各个组份在每个截面上的分布都相对的更为均匀，所以即使在摩擦时表层的整个都发生了磨损(微观层面)，由于各个材料都是均匀的被磨损的，因此起到摩擦作用的基材部分和润滑部分的量都是均衡的，所以可以使得材料保持一个稳定的摩擦系数，制动的稳定性也更佳。
同时，在加工时，支撑钢背与材料之间是通过烧结进行结合的，如此便可以更好的提高二者之间连接的稳定性，延长了制动闸片的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种制动闸片的制备工艺，包括将粉末冶金材料与支撑钢背结合的结合方法，所述结合方法包括有以下步骤：
S1，按质量份取所有的物料，并将物料混合均匀；
S2，升温干燥，得混合粉末；
S3，将粉末通过模具压制成坯；
S4，将坯置于支撑钢背上，将坯与支撑钢背在氮气氛围中，加压后进行烧结；
S5，将坯与支撑钢背冷却至常温。
其中S1中的物料按质量份计包括有：
Figure BDA0002358048280000031
其中所有的物料的粒径均为180-200目。
所述S1中将所有的物料加入到煤油中，其中煤油的体积与所有的物料的体积比为1：2，所述S2中的干燥升温速度为15℃/min，并且在升温至140℃后保持3h。当所有的物料加入到煤油中后，将混合料放入高频振动机中震动5min。
所述S3中压制压力为600MPa，所述S4中的加压压力为1MPa，烧结时间为4h。
其中，制动闸片除了粉末冶金材料与支撑钢背结合的结合方法，还包括有二者的结合结构与大背板、支撑托、小背板，卡簧等结构的连接或组装，其中粉末冶金材料与支撑钢背的结合结构与大背板、支撑托、小背板，卡簧等结构的连接或组装均为现有的常规技术，在此不做赘述，下同。
实施例2
一种制动闸片的制备工艺，包括将粉末冶金材料与支撑钢背结合的结合方法，所述结合方法包括有以下步骤：
S1，按质量份取所有的物料，并将物料混合均匀；
S2，升温干燥，得混合粉末；
S3，将粉末通过模具压制成坯；
S4，将坯置于支撑钢背上，将坯与支撑钢背在氢气氛围中，加压后进行烧结；
S5，将坯与支撑钢背冷却至常温。
其中S1中的物料按质量份计包括有：
Figure BDA0002358048280000041
其中所有的物料的粒径均为180-200目。
所述S1中将所有的物料加入到煤油中，其中煤油的体积与所有的物料的体积比为1：2.5，所述S2中的干燥升温速度为10℃/min，并且在升温至150℃后保持2h。当所有的物料加入到煤油中后，将混合料放入高频振动机中震动10min。
所述S3中压制压力为400MPa，所述S4中的加压压力为4MPa，烧结时间为2h。
实施例3
一种制动闸片的制备工艺，包括将粉末冶金材料与支撑钢背结合的结合方法，所述结合方法包括有以下步骤：
S1，按质量份取所有的物料，并将物料混合均匀；
S2，升温干燥，得混合粉末；
S3，将粉末通过模具压制成坯；
S4，将坯置于支撑钢背上，将坯与支撑钢背在氮气氛围中，加压后进行烧结；
S5，将坯与支撑钢背冷却至常温。
其中S1中的物料按质量份计包括有：
Figure BDA0002358048280000051
其中所有的物料的粒径均为180-200目。
所述S1中将所有的物料加入到煤油中，其中煤油的体积与所有的物料的体积比为1：2.2，所述S2中的干燥升温速度为12℃/min，并且在升温至145℃后保持2.5h。当所有的物料加入到煤油中后，将混合料放入高频振动机中震动8min。
所述S3中压制压力为500MPa，所述S4中的加压压力为2.5MPa，烧结时间为3h。
取市场上常规的高速列车制动闸片上的粉末冶金材料，设为实施例4。
实施例一至实施例四分别选取十个样品，采用MM-1000摩擦磨损试验机对制得的摩擦材料进行性能测试，模拟CRH380高速列车的制动工况，记录每个样品分别在50摄氏度、100摄氏度、200摄氏度、400摄氏度、500摄氏度时的摩擦系数，对每组实施例中在每个温度下的摩擦系数取平均值，记录结果如下：
Figure BDA0002358048280000052
Figure BDA0002358048280000061
通过上述数据可以看出，首先采用本发明的材料和方法制得的材料能够具有较稳定的摩擦系数，不仅如此，在加入了钛铝合金和氧化钨后，都能够更进一步的促进摩擦系数在不同温度条件下的稳定性，从而使得制动的稳定性更佳。并且尤其是在较高的温度时，实施例一至实施例三还是能够较好的保持在一个较好的稳定的摩擦系数值处，而刹车的瞬间的温度也会达到这个温度值，因此其相对于常规的制动闸片能够具有更为稳定的制动效果。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速列车制动闸片用粉末冶金材料，其特征在于，按质量份计，包括有以下组分：
Figure FDA0002358048270000011
2.根据权利要求1所述的高速列车制动闸片用粉末冶金材料，其特征在于：所述氮化钒为VN。
3.根据权利要求1所述的高速列车制动闸片用粉末冶金材料，其特征在于：所述锰铁为高碳锰铁。
4.根据权利要求1所述的高速列车制动闸片用粉末冶金材料，其特征在于：所述铬铁为中碳铬铁。
5.根据权利要求1所述的高速列车制动闸片用粉末冶金材料，其特征在于：按质量份计，还包括有钛铝合金2-3份。
6.根据权利要求1所述的高速列车制动闸片用粉末冶金材料，其特征在于：按质量份计，还包括有氧化钨4-6份。
7.一种制动闸片的制备工艺，其特征在于：包括将粉末冶金材料与支撑钢背结合的结合方法，所述结合方法包括有以下步骤：
S1，按质量份取所有的物料，并将物料混合均匀；
S2，干燥，得混合粉末；
S3，将粉末压制成坯；
S4，将坯置于支撑钢背上，将坯与支撑钢背在惰性气体氛围中，加压后进行烧结；
S5，将坯与支撑钢背冷却至常温。
8.根据权利要求7所述的制动闸片的制备工艺，其特征在于：所述S1中将所有的物料加入到煤油中，其中煤油的体积与所有的物料的体积比为1：2-2.5，所述S2中的干燥升温速度为10-15℃/min，并且在升温至140-150℃后保持2-3h。
9.根据权利要求8所述的制动闸片的制备工艺，其特征在于：当所有的物料加入到煤油中后，将混合料放入高频振动机中震动5-10min。
10.根据权利要求7所述的制动闸片的制备工艺，其特征在于：所述S3中压制压力为400-600MPa，所述S4中的加压压力为1-4MPa，烧结时间为2-4h。
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