CN112059171B - 一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片及制备方法 - Google Patents

一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种与碳陶盘匹配的粉末冶金制动闸片及其制备方法，成分包括铁粉，铜粉，鳞片状石墨，石墨烯，硫化亚铁粉，球形铬粉、钼粉、铬铁合金粉末，钼铁合金粉末、碳化硅和二氧化钛。所制备的铁基制动闸片通过混粉，压制和在振荡压力下烧结而成，其突出优点包括：(1)铁粉强度高，来源广，价格低廉；(2)石墨烯均匀分布在基体中与铁反应生成珠光体进一步增加基体强度提高高温下摩擦系数稳定以及耐磨性；(3)球形硬质颗粒与铁基体界面结合好，并且对碳陶盘的损伤较小。该方法制备出的铜基制动闸片能与碳陶盘匹配在高速下提供稳定并且较高的摩擦系数，较低的磨损量以及延长制动盘使用寿命，并且易于制备价格低廉，能够适用于速度达350km/h及以上的高速铁路列车制动系统。

Description

一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片及制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金工艺生产高速列车制动闸片技术领域，特别提供了一种与碳陶盘匹配的粉末冶金制动闸片。
背景技术
现在广泛应运于高速列车的制动装置主要是由合金钢盘和铜基制动闸片相匹配的制动副。在其他辅助制动方式均失效或者紧急制动的情况下，列车的制动主要通过铜基制动闸片抱刹合金钢制动盘的方式来进行。这主要是利用铜优良的导热性，易加工性以及原料来源广泛。然而随着列车制动速度以及载荷的提高，在摩擦过程中，摩擦界面会出现更高的热量(瞬时温度可能高达1000℃)以及更大的应力。在二者的共同作用下铜基体将会软化，导致力学性能以及摩擦性能失效，最典型的表现就是在高速高压下连续紧急制动时摩擦系数出现衰退。
为了实现列车轻量化，已经应用于高端跑车、飞机等的碳陶制动盘已经成为列车制动盘的热点候选材料之一。碳陶盘具有强度高，耐高温并且密度低等特性，一旦应用于高速列车能够降低列车的重量，并且能够使得制动副承受更高的温度。然而，与碳陶制动盘匹配的闸片材料尚没有最佳的选择。虽然目前铜基制动闸片能够做到性能稳定并且大规模生产，但是当其与碳陶盘匹配时，由于需要在更短的制动时间消耗更大的热量，摩擦界面温升剧烈，依然会导致摩擦系数衰退并且失稳，磨损量异常增大。专利文献CN111286642A“一种适用于碳陶制动盘的铜基摩擦材料及其制备方法”试图通过对铜基制动闸片的成分进行改良来使得其能够匹配碳陶制动盘，然而铜的质量百分比仍然高达52-60％，这并不能从根本上解决高温摩擦下铜基体的强度低的问题。
基于此，我们将铁粉作为基体制备全新的能够与碳陶盘匹配的铁基粉末冶金闸片。由于铁的熔点较高，因此制备的铁基制动闸片耐高温，其强度、硬度、塑性、耐热性和抗氧化性等性能也可通过添加其它合金元素加以调整，从而使得铁基制动闸片在高温高负荷下显示出优良的摩擦性能。此外，铁粉来源更加广泛，成本也更低。而之所以之前没有应用在高速铁路列车上，其中很大一个原因便是铁粉与同为合金钢的制动盘具有相似，铁与铁之间易于产生黏着，从而造成摩擦系数不稳定以及磨损量异常增大。但是对于碳陶材质的制动盘，其能更好的发挥其优良的力学以及摩擦磨损性能。专利CN108691935A“铁基摩擦材料”，通过添加铁，非碳质润滑剂的一种或多种润滑剂，以及含钼的化合物，含钨的化合物，硫化锌，含氟化物和金属的化合物，碱土金属磷酸盐、硫酸盐或这两者，一种或多种填料材料，较多的有机粘结剂并且其中不含石棉并且基本上没有铜来制备铁基摩擦材料。专利CN104399970A“一种铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法”通过添加铁粉，铜粉，锰粉，石墨粉，碳化硅粉，二硫化钼粉，二氧化硅粉，三氧化二铝粉和沉淀硫酸钡粉制备应用于低速下的铁基摩擦材料。专利CN106086718A“一种离合器铁基复合摩擦材料及其制备方法”利用灰铸铁粉或球墨铸铁粉，耐磨粉料，石墨粉及炭纤维制备离合器用铁基摩擦材料。这些都不能与碳陶盘匹配应用于高速列车的制动。
针对上述情况，本发明提出了一种新型铁基摩擦材料，通过设计组元成分，精确调控含量以及控制制备方法，制备出的闸片能够与碳陶制动盘产生良好的配合，并且能够在高速下实现较高并且稳定的摩擦系数以及较低的磨损量。
发明内容
本发明的目的在于设计并制备一种与碳陶制动盘匹配的铁基粉末冶金制动闸片，通过控制成分设计以及制备工艺，使得该闸片能够适用于更高的制动速度以及载荷下且成本低廉易于大规模生产。
一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片，包括下面组分：
铁粉：40-65重量份，45-75μm；铜粉：10-20重量份，13-25μm；鳞片状石墨，5-15重量份，270-500μm；石墨烯：0.1-1重量份，0.01-0.1μm；硫化亚铁粉：1-10重量份，13-25μm；球形混合硬质粉末：10-20重量份。
进一步地，所述的球形硬质粉末为硬质金属粉末与陶瓷粉末的混合粉末。
进一步地，所述的硬质金属粉末为铬粉、钼粉、铬铁合金粉末和钼铁合金粉末(硬质金属粉末中同时含有铬粉、钼粉、铬铁合金粉末和钼铁合金粉末，重量比不限)，粒度为50-200μm。
进一步地，所述的陶瓷粉末包括碳化硅和二氧化钛，粒度为0.01-0.5μm。
进一步地，所述的硬质金属粉末在混合硬质粉末中的重量百分数占比为60％-80％。
一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述粉末按重量份称取后，除石墨烯外倒入双锥混料机中；
(2)混料筒不断旋转使物料翻动，粉末颗粒在混料筒中分散，此时石墨烯-乙醇分散液在高压气体的带动下喷洒成雾状并且均匀地包裹在分散的粉末颗粒上，最终得到混合均匀的复合粉末；
(3)将混合均匀的粉末冷压成型；
(4)将冷坯体在双向振荡压力烧结炉中烧结；
(5)冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力振荡不变。
进一步地，步骤(2)中，混料筒的转速为100-150转/分，混料时间为2-3个小时。
进一步地，步骤(2)中，石墨烯加入乙醇中，加入量为1g/100ml-5g/100ml。将溶液预先进行机械搅拌2h，使其充分分散在乙醇中；随后石墨烯-乙醇分散液在高压气体的带动下喷洒成雾状进入已旋转30min-60min的混料筒中。
进一步地，步骤(3)中，压力为400-700MPa，保压时间80s-120s。
进一步地，步骤(4)中，烧结温度为1000℃-1100℃，气氛为氢氮混合气体，保温30-90min。烧结过程中，双向压力在3-5MPa之间以2Hz的频率发生正弦振荡。
原理解释与有益效果：
碳陶制动盘虽然具有一系列的优点，但是也带来一些问题需要解决。首先是碳陶制动盘制备工艺复杂，价格较贵，这就意味着制备的闸片材料应该对碳陶制动盘造成尽可能少的损伤，以延长其使用寿命；其次，碳陶制动盘主要包含碳纤维预制体和大量的硅及碳化硅硬质颗粒，在摩擦过程中硬质的碳化硅颗粒会对对偶闸片造成损伤，因此需要对偶闸片材料有足够的强度能够抵御损伤；最后，碳陶盘的热扩散率低，摩擦界面升温快，这就需要对偶闸片具有足够的高温强度并且摩擦界面能够提供持续的润滑作用。
考虑到上面的因素，我们设计并制备了一种与碳陶盘匹配的铁基粉末冶金制动闸片。其设计原理以及优势在于：(1)采用铁粉作为基体材料。首先，相比于传统的应用于高速制动的铜基体，铁具有更高的熔点，更高的室温以及高温力学强度，能够更高的容纳其他组元以及承载载荷。其次，在空气中高温下铁基体的摩擦表面能够自生成一层氧化膜，稳定摩擦系数并保护基体。尤其是当摩擦表面出现损伤之后，铁基体能够源源不断的生成摩擦氧化。最后，相比于铜，铁的来源更加广泛，价格更加的低廉，并且不会对环境造成污染，具有显著的经济环境效益；(2)在基体中加入了少量的铜粉，这主要是利用铜具有良好导热性以及塑形，有助于摩擦表面摩擦膜的生成；(3)引入球型的硬质颗粒：首先，球形硬质颗粒能够在增加基体强度的同时钝化基体中产生的裂纹。当裂纹在基体中萌生拓展的时候，遇到球形的颗粒需要额外的动力使其发生偏折，并且球形粉末的界面本身不易产生应力集中此外；其次，球型的硬质颗粒具有更少的棱角，并且二氧化钛的性质及其稳定，即是高温，潮湿环境下也不与闸片使用过程中的物质反应，硬度较低，对碳陶盘造成的损伤小；最后，选用的硬质颗粒，包括碳化硅，铬粉、钼粉、铬铁合金粉末和钼铁合金粉末均与铁基体有很好的界面结合，使得其不易掉落；(4)大粒度鳞片石墨和硫化亚铁起二元润滑组元的作用；(5)利用先分散再喷洒的方式加入石墨烯，使得石墨烯能够能加均匀的混入铁基体中，避免石墨烯的聚集造成铁基闸片材料的性能下降。石墨烯均匀分布后，由于其粒度小，具有较高的比表面能，因而能够与铁基体发生全面的反应生成片成状的珠光体，这能够进一步的强化铁基体的强度；(6)利用振荡加压烧结，进一步提高闸片材料的致密度。
本发明优点包括：(1)铁粉强度高，来源广，价格低廉；(2)石墨烯均匀分布在基体中与铁反应生成珠光体进一步增加基体强度提高高温下摩擦系数稳定以及耐磨性；(3)球形硬质颗粒与铁基体界面结合好，并且对碳陶盘的损伤较小。该方法制备出的铜基制动闸片能与碳陶盘匹配在高速下提供稳定并且较高的摩擦系数，较低的磨损量以及延长制动盘使用寿命，并且易于制备价格低廉，能够适用于速度达350km/h及以上的高速铁路列车制动系统。
附图说明
图1.石墨烯喷洒混合示意图：1.双锥混料器支架；2.混料桶；3.真空泵；4.控制阀门一；5.压力计；6.液体容器(用于喷洒前溶剂的盛放)；7.机械混合器；8.液体混合容器(用于原始液体混合)；9.机械混合器支架；10.机械混合叶片；11.高压气瓶；12.控制阀门二；13.控制阀门三；14.控制阀门四。
图2.球形硬质颗粒在摩擦过程中的作用图。其规则球形外貌将对制动盘产生更少的损伤，并且本身在压力下不易因应力集中而被破坏。
图3.制动实验之后的碳陶制动盘外观形貌。
图4.制动实验之后的闸片材料外观形貌。
具体实施方式
如图1所示，实验时如下：在开始试验时，乙醇以及石墨烯盛放在8中，10保持不断的搅动；关闭阀门一4和阀门二12，打开阀门三13和阀门四14，真空泵3进行抽气，8中液体在大气压的作用下流入容器6；随后立刻关闭阀门三13和阀门四14，打开阀门一4和阀门二12，在高压气体的作用下容器6中的液体将喷洒进入混料筒2中。
实施例1：
1.一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片，包括下面组分：
铁粉：50重量份；铜粉：15重量份；鳞片状石墨，9重量份；石墨烯：0.4重量份；硫化亚铁粉：8重量份；球形混合硬质粉末：17.6重量份；
所述的球型硬质金属粉末包括铬粉：3重量份；钼粉：3重量份；铬铁合金粉：4重量份；钼铁合金粉：4重量份。
所述的球型陶瓷粉末包括碳化硅：3重量份；二氧化钛：0.6重量份。
2.将上述原料粉末除石墨烯以外倒入双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，转速为120转/分，粉末颗粒在混料筒中分散；将石墨烯加入乙醇中，石墨烯的加入量为2g/100ml。将溶液进行机械搅拌2h，使其充分分散在乙醇中；随后石墨烯-乙醇分散液在高压气体的带动下喷洒成雾状进入已旋转40min的混料筒中，并且均匀地包裹在混料筒中分散的原料粉末颗粒上，经过3个小时的混料时间得到混合均匀的复合粉末；
3.将混合均匀的粉末冷压成型，压力为550MPa，保压时间100s；
4.将冷坯体在双向振荡压力烧结炉中烧结，加热至1050℃，在氢氮混合气体中烧结，保温80min。烧结过程中，双向压力在3-5MPa之间以2Hz的频率发生正弦振荡；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力振荡不变。
实施例2：
1.一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片，包括下面组分：
铁粉：55重量份；铜粉：12重量份；鳞片状石墨，12重量份；石墨烯：0.5重量份；硫化亚铁粉：7重量份；球形混合硬质粉末：13.5重量份；
所述的球型硬质金属粉末包括铬粉：2重量份；钼粉：2重量份；铬铁合金粉：3重量份；钼铁合金粉：3重量份。
所述的球型陶瓷粉末包括碳化硅：2.5重量份；二氧化钛：0.5重量份。
2.将上述原料粉末除石墨烯以外倒入双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，转速为120转/分，粉末颗粒在混料筒中分散；将石墨烯加入乙醇中，石墨烯的加入量为2g/100ml。将溶液进行机械搅拌2h，使其充分分散在乙醇中；随后石墨烯-乙醇分散液在高压气体的带动下喷洒成雾状进入已旋转40min的混料筒中，并且均匀地包裹在混料筒中分散的原料粉末颗粒上，经过3个小时的混料时间得到混合均匀的复合粉末；
3.将混合均匀的粉末冷压成型，压力为550MPa，保压时间100s；
4.将冷坯体在双向振荡压力烧结炉中烧结，加热至1050℃，在氢氮混合气体中烧结，保温80min。烧结过程中，双向压力在3-5MPa之间以2Hz的频率发生正弦振荡；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力振荡不变。
实施例3：
1.一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片，包括下面组分：
铁粉：45重量份；铜粉：18重量份；鳞片状石墨，8重量份；石墨烯：0.3重量份；硫化亚铁粉：10重量份；球形混合硬质粉末：18.7重量份；
所述的球型硬质金属粉末包括铬粉：2.1重量份；钼粉：2.1重量份；铬铁合金粉：5重量份；钼铁合金粉：5重量份。
所述的球型陶瓷粉末包括碳化硅：3.5重量份；二氧化钛：1重量份。
2.将上述原料粉末除石墨烯以外倒入双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，转速为120转/分，粉末颗粒在混料筒中分散；将石墨烯加入乙醇中，石墨烯的加入量为2g/100ml。将溶液进行机械搅拌2h，使其充分分散在乙醇中；随后石墨烯-乙醇分散液在高压气体的带动下喷洒成雾状进入已旋转40min的混料筒中，并且均匀地包裹在混料筒中分散的原料粉末颗粒上，经过3个小时的混料时间得到混合均匀的复合粉末；
3.将混合均匀的粉末冷压成型，压力为550MPa，保压时间100s；
4.将冷坯体在双向振荡压力烧结炉中烧结，加热至1050℃，在氢氮混合气体中烧结，保温80min。烧结过程中，双向压力在3-5MPa之间以2Hz的频率发生正弦振荡；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力振荡不变。
实施例4：
1.一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片，包括下面组分：
铁粉：60重量份；铜粉：10重量份；鳞片状石墨，7重量份；石墨烯：0.6重量份；硫化亚铁粉：8重量份；球形混合硬质粉末：14.4重量份；
所述的球型硬质金属粉末包括铬粉：1重量份；钼粉：3重量份；铬铁合金粉：2重量份；钼铁合金粉：4重量份。
所述的球型陶瓷粉末包括碳化硅：3.9重量份；二氧化钛：0.5重量份。
2.将上述原料粉末除石墨烯以外倒入双锥混料机中，混料筒不断回转使物料翻动，转速为120转/分，粉末颗粒在混料筒中分散；将石墨烯加入乙醇中，石墨烯的加入量为2g/100ml。将溶液进行机械搅拌2h，使其充分分散在乙醇中；随后石墨烯-乙醇分散液在高压气体的带动下喷洒成雾状进入已旋转40min的混料筒中，并且均匀地包裹在混料筒中分散的原料粉末颗粒上，经过3个小时的混料时间得到混合均匀的复合粉末；
3.将混合均匀的粉末冷压成型，压力为550MPa，保压时间100s；
4.将冷坯体在双向振荡压力烧结炉中烧结，加热至1050℃，在氢氮混合气体中烧结，保温80min。烧结过程中，双向压力在3-5MPa之间以2Hz的频率发生正弦振荡；
5.冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力振荡不变。
上述四个实施例制备出来的材料的物理性能如表1：
表1上述各实施例1-4闸片的部分物理性能参数
Figure BDA0002646456310000081
在制动试验机上在350km/h下连续五次制动测得的摩擦系数及磨损量如下表2(机器型号：MM-1000，初始转速：7400r/min,转动惯量：0.4kg﹒m2,施加压力：0.48MPa)：
表2上述各实施例1-4闸片的平均摩擦系数及制动之后的总磨损量(cm3/MJ)
Figure BDA0002646456310000082
从上表2可以看出，在连续高速紧急制动的情况下，四中材料的摩擦系数能够维持在0.45至0.5之间，具有高且稳定的摩擦系数。从总磨损量来看，根据中国铁路总公司的《TJ/CL304-2019》标准文件，运用于350km/h的铜基制动闸片材料的磨损量上限是0.35cm3/MJ。本发明实施例1-4制备铁基制动闸片的磨损量显著低于此规定，说明其较好的耐磨性。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对遇本领域的专业人士是容易想到的，这种变化应该属于本发明权利要求限定的范围。

Claims (6)

1.一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片，包括下面组分：
铁粉：40-60重量份，45-75μm；铜粉：10-20重量份，13-25μm；鳞片状石墨，5-15重量份，270-500μm；石墨烯：0.1-1重量份，0.01-0.1μm；硫化亚铁粉：1-10重量份，13-25μm；球形混合硬质粉末：10-20重量份；
球形混合硬质粉末为硬质金属粉末与陶瓷粉末的混合粉末；
所述的硬质金属粉末为铬粉、钼粉、铬铁合金粉末和钼铁合金粉末，粒度为50-200μm；
所述的陶瓷粉末包括碳化硅和二氧化钛，粒度为0.01-0.5μm；
所述的硬质金属粉末在混合硬质粉末中的重量百分数占比为60％-80％。
2.一种如权利要求1所述制动闸片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将上述粉末按重量份称取后，除石墨烯外倒入双锥混料机中；
(2)混料筒不断旋转使物料翻动，粉末颗粒在混料筒中分散，此时石墨烯-乙醇分散液在高压气体的带动下喷洒成雾状并且均匀地包裹在分散的粉末颗粒上，最终得到混合均匀的复合粉末；
(3)将混合均匀的粉末冷压成型；
(4)将冷坯体在双向振荡压力烧结炉中烧结；
(5)冷却至100℃以下取出，冷却过程保持压力振荡不变。
3.根据权利要求2所述的制动闸片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，混料筒的转速为100-150转/分，混料时间为2-3个小时。
4.根据权利要求2所述的制动闸片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，石墨烯加入乙醇中，加入量为1g/100ml-5g/100ml；将溶液预先进行机械搅拌2h，使石墨烯充分分散在乙醇中；随后石墨烯-乙醇分散液在高压气体的带动下喷洒成雾状进入已旋转30min-60min的混料筒中。
5.根据权利要求2所述的制动闸片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，压力为400-700MPa，保压时间80s-120s。
6.根据权利要求2所述的制动闸片的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，烧结温度为1000℃-1100℃，气氛为氢氮混合气体，保温30-90min；烧结过程中，双向压力在3-5MPa之间以2Hz的频率发生正弦振荡。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114082941A (zh) * 2021-11-19 2022-02-25 久铖高科(厦门)集团有限公司 一种球形陶瓷颗粒铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法
CN115301941A (zh) * 2022-08-12 2022-11-08 大连大学 一种制动铜铁基复合摩擦材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101382173A (zh) * 2008-08-28 2009-03-11 向兴碧 一种高速盘式闸片陶型摩擦体以及制备方法
CN102072638A (zh) * 2010-12-31 2011-05-25 邓湘凌 双向热压高温振荡烧结炉及其工作方法
CN107917160A (zh) * 2017-11-13 2018-04-17 宁波海瑞时新材料有限公司 一种制动盘及其制备方法
CN111022533A (zh) * 2019-12-05 2020-04-17 铁科纵横（天津）科技发展有限公司 高速列车用粉末冶金闸片摩擦材料及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016111122A1 (de) * 2016-06-17 2017-12-21 Hoerbiger Antriebstechnik Holding Gmbh Gesinterter Reibwerkstoff für einen Reibbelag

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101382173A (zh) * 2008-08-28 2009-03-11 向兴碧 一种高速盘式闸片陶型摩擦体以及制备方法
CN102072638A (zh) * 2010-12-31 2011-05-25 邓湘凌 双向热压高温振荡烧结炉及其工作方法
CN107917160A (zh) * 2017-11-13 2018-04-17 宁波海瑞时新材料有限公司 一种制动盘及其制备方法
CN111022533A (zh) * 2019-12-05 2020-04-17 铁科纵横（天津）科技发展有限公司 高速列车用粉末冶金闸片摩擦材料及其制备方法

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