CN114318050A - 一种磁悬浮列车用制动材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种磁悬浮列车用制动材料及其制备方法，包括如下重量份的原料：基体组元55～65份、强化组元3～10份、润滑组元5～15份与摩擦组元10～25份，所述基体组元为铜粉，所述强化组元为锌粉、铝粉和钼粉，所述润滑组元为二硫化钨粉和石墨粉，所述摩擦组元为氧化铝粉、二氧化硅粉和三氧化二铁粉。所述的一种磁悬浮列车用制动材料及其制备方法将闸片材料中的增磨相(铬)替换为三氧化二铁，可以促进表面形成氧化膜，同时同步提升钢的耐磨性与摩擦系数，可以有效的解决铬附于表面对闸片产生切削的问题，避免了造成闸片的异常磨耗，保证了磁悬浮列车运营的安全可靠性，降低了列车的运修成本。

Description

一种磁悬浮列车用制动材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车制动技术领域，尤其涉及一种磁悬浮列车 用制动材料及其制备方法。

背景技术

磁悬浮列车依靠电磁力使列车悬浮，克服了传统轮轨列车的粘着 限制，具有爬坡能力强、转弯半径小、噪声低、绿色环保、安全性高、 建设成本低等优点，是一种极具潜力的城市轨道交通工具。

制动系统是磁悬浮列车必不可少的组成部分，其制动能力是列车 运营安全及运输能力的根本保证。磁悬浮列车的制动方式主要包括电 制动和机械制动，特殊情况下还采用落地制动。正常运行过程中，制 动速度较高时磁悬浮列车采用电制动与机械制动相结合的方式，优先 采用电制动，制动力不足时由机械制动进行补充，而低速时列车仅依 靠机械制动。此外，出现紧急制动时，磁悬浮列车需同时实施电制动 和机械制动。可见，机械制动是磁悬浮列车不可缺少的制动方式。磁 悬浮列车采用制动闸片夹紧磁轨的形式施加机械制动，受列车的运营 工况和服役环境影响较大，制动闸片需与磁轨具有良好的摩擦匹配性。

目前，多数磁悬浮列车用制动闸片采用粉末冶金材料，在实际运 营中，磁悬浮列车用闸片在低速制动过程中经常发生异常磨耗，在摩 擦过程初期，碳膜被逐渐消耗，当碳膜被消耗殆尽，闸片材料中的增 磨相(铬)颗粒较大，摩擦过程中发生聚集黏着在制动盘表面，形成 小的凸起，低速制动条件下摩擦热量小，表面温度低，此时铬的硬度 较高且黏附于表面，对闸片产生了切削效果，造成了闸片的异常磨耗， 就会影响磁悬浮列车运营的安全可靠性，增加了列车的运修成本。

为此，设计一种磁悬浮列车用制动材料及其制备方法，解决以上 问题。

发明内容

本发明为克服以上不足，提供一种磁悬浮列车用制动材料及其制 备方法。

一种磁悬浮列车用制动材料，包括如下重量份的原料：基体组元 55～65份、强化组元3～10份、润滑组元5～15份与摩擦组元10～25份， 所述基体组元为铜粉，所述强化组元为锌粉、铝粉和钼粉，所述润滑 组元为二硫化钨粉和石墨粉，所述摩擦组元为氧化铝粉、二氧化硅粉 和三氧化二铁粉。

进一步，优选的，所述基体组元包括如下重量份的原料：铜粉 55～65份。

优选的，所述铜粉的规格为60～75μm。

优选的，包括所述强化组元包括如下重量份的原料：锌粉1～6 份、铝粉1～5份及钼粉1～4份。

优选的，所述锌粉的规格为60～75μm，所述铝粉的规格为60～75μm，所述钼粉的规格为5～10μm。

优选的，所述润滑组元包括如下重量份的原料：二硫化钨粉1～5 份和石墨粉10～15份。

优选的，所述二硫化钨粉的规格为3～8μm，所述石墨粉的规格为 200～500μm。

优选的，所述摩擦组元包括如下重量份的原料：氧化铝粉3～10 份、二氧化硅粉1～5份和三氧化二铁粉5～10份。

优选的，所述氧化铝粉的规格为120～260μm，所述二氧化硅粉 的规格为120～260μm，所述三氧化二铁粉的规格为120～260μm。

一种磁悬浮列车用制动材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：称量各组分原料加入混料机中进行混料，混合均匀；

步骤二：将混合均匀的原料填入模具，压制成型，得到压坯；

步骤三：将所述压坯加入钟罩炉内进行加压烧结，钟罩炉内加入 保护气，烧结成型成摩擦材料。

优选的，步骤二中的压制压力为400～700MPa，保压时间为3～ 5s。

优选的，步骤三中的烧结压力为30MPa、烧结温度为400～820 ℃、烧结时间为3～4min。

优选的，步骤三中的保护气为氢气或氮气。

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种磁悬浮列车用制动材料，将闸片材料中的增磨 相(铬)替换为三氧化二铁，可以促进表面形成氧化膜，同时同步提 升钢的耐磨性与摩擦系数，可以有效的解决铬附于表面对闸片产生切 削的问题，避免了造成闸片的异常磨耗，保证了磁悬浮列车运营的安 全可靠性，降低了列车的运修成本。

具体实施方式

以下通过特定的具体实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它优点与功效。 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。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述 特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施 例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制 造商所建议的条件。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个 数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非 另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术 人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例 中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备 和材料来实现本发明。

实施例1：

一种磁悬浮列车用制动材料，包括如下重量份的原料：铜粉55 份、锌粉1份、铝粉1份、钼粉1份、二硫化钨粉1份、石墨粉10 份、氧化铝粉3份、二氧化硅粉1份、三氧化二铁粉5份，其中所述 铜粉的规格为70μm、所述锌粉的规格为70μm、所述铝粉的规格为 70μm、所述钼粉的规格为8μm、所述二硫化钨粉的规格为5μm、所 述石墨粉的规格为400μm、所述氧化铝粉的规格为200μm、所述二氧 化硅粉的规格为200μm、所述三氧化二铁粉的规格为200μm。

一种磁悬浮列车用制动材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：称量上述各组分原料加入混料机中进行混料，混合均匀；

步骤二：将混合均匀的原料填入模具，压制成型，得到压坯，烧 结成型成摩擦材料，压制压力为400MPa，保压时间为5s。

步骤三：将所述压坯加入钟罩炉内进行加压烧结，钟罩炉内加入 保护气，烧结压力为30MPa、烧结温度为400℃、烧结时间为4min、 保护气为氮气，烧结成型成摩擦材料。

由实施例1制得的磁悬浮列车用制动材料制得的制动闸片，进行 了低速匀速状态下的试验，试验参数如下：

1.检验试验机：HY-100销盘摩擦试验机

2.制动盘材料：Q235

3.环境温度：21℃；环境湿度：36％

4.摩擦速度：5km/h，6km/h；摩擦压力：200N(1.0MPa)

5.摩擦面积：200.96mm²；摩擦半径：72.5mm

6.预磨流程：

5km/h制动试验时：

预磨速度5km/h，预磨载荷200N，预磨时间180s

6km/h制动试验时：

预磨速度6km/h，预磨载荷200N，预磨时间180s

试验结果如下表：

由实验结果可以看出，低速匀速实验中，5km/h与6km/h速度条 件下，摩擦系数均呈逐渐上升趋势，且6km/h速度下的摩擦系数高于 5km/h下的摩擦系数，最终阶段5km/h的摩擦系数为0.34，6km/h的 摩擦系数稳定在0.40，5km/h、6km/h摩擦后制动闸片表面形貌平整， 犁沟深度较浅。

实施例2：

一种磁悬浮列车用制动材料，包括如下重量份的原料：铜粉65 份、锌粉6份、铝粉5份、钼粉4份、二硫化钨粉5份、石墨粉15 份、氧化铝粉10份、二氧化硅粉5份、三氧化二铁粉10份，其中所 述铜粉的规格为70μm、所述锌粉的规格为70μm、所述铝粉的规格为 70μm、所述钼粉的规格为8μm、所述二硫化钨粉的规格为5μm、所 述石墨粉的规格为400μm、所述氧化铝粉的规格为200μm、所述二氧 化硅粉的规格为200μm、所述三氧化二铁粉的规格为200μm。

一种磁悬浮列车用制动材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：称量上述各组分原料加入混料机中进行混料，混合均匀；

步骤二：将混合均匀的原料填入模具，压制成型，得到压坯，烧 结成型成摩擦材料，压制压力为700MPa，保压时间为3s。

步骤三：将所述压坯加入钟罩炉内进行加压烧结，钟罩炉内加入 保护气，烧结压力为30MPa、烧结温度为82℃、烧结时间为3min、 保护气为氮气。

由实施例2制得的磁悬浮列车用制动材料制得的制动闸片，进行 了高速制动状态下的试验，试验参数如下：

1.检验试验机：MM1000-Ⅱ惯性制动试验台

2.制动盘材料：Q235D

3.环境温度：21℃；环境湿度：36％

4.摩擦速度：摩擦压力：0.8MPa；转动惯量：0.50Kgm2

5.摩擦面积：628mm2；摩擦半径：65mm

6.预磨流程：

每次实验前对制动盘、闸片试样表面进行酒精擦拭，400#～1000# 砂纸打磨处理。预磨压力0.8MPa，速度35km/h，时间60s/次，多次 预磨至闸片样表面磨痕覆盖率达到80％即可。

7.磨损率计算方法：

试验前后称重，计算其磨损质量ΔM；试验机直接给出制动功A， 其值仍为摩擦力做功为平均摩擦力F和摩擦距离L的乘积；其磨损 率K(MJ能量磨耗质量)为：磨耗质量与摩擦做功的商，公式如下 所示：

试验结果如下表：

时速为100km/h状态下的结果

实验前质量：42.7995g，实验后质量：41.8518g，磨损质量： 0.9477g；制动总功为0.12MJ，质量磨损率为7.90g/MJ，体积磨损率 为1.47cm3/MJ；

实验前三次平均摩擦系数较低，其原因是跑合不完全，摩擦面积 较小；后期摩擦系数稳定在0.27-0.28之间，摩擦后制动闸片表面形 貌平整，犁沟深度较浅。

时速为140km/h状态下的结果：

实验前质量：40.7320g，实验后质量：38.252g，磨损质量：2.48g； 制动总功为0.34MJ，质量磨损率为7.29g/MJ，体积磨损率为 1.36cm³/MJ，摩擦后制动闸片表面形貌平整，犁沟深度较浅。

综上所述，所述的一种磁悬浮列车用制动材料，将闸片材料中的 增磨相(铬)替换为三氧化二铁，可以促进表面形成氧化膜，同时同 步提升钢的耐磨性与摩擦系数，可以有效的解决铬附于表面对闸片产 生切削的问题，避免了造成闸片的异常磨耗，保证了磁悬浮列车运营 的安全可靠性，降低了列车的运修成本。所以，本发明有效克服了现 有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

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，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下 作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限 定的范围之内。

Claims (9)

1.一种磁悬浮列车用制动材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：基体组元55～65份、强化组元3～10份、润滑组元5～15份与摩擦组元10～25份，所述基体组元为铜粉，所述强化组元为锌粉、铝粉和钼粉，所述润滑组元为二硫化钨粉和石墨粉，所述摩擦组元为氧化铝粉、二氧化硅粉和三氧化二铁粉。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车用制动材料，其特征在于，所述基体组元包括如下重量份的原料：铜粉55～65份，所述铜粉的规格为60～75μm。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车用制动材料，其特征在于，所述强化组元包括如下重量份的原料：锌粉1～6份、铝粉1～5份及钼粉1～4份，所述锌粉的规格为60～75μm，所述铝粉的规格为60～75μm，所述钼粉的规格为5～10μm。

4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车用制动材料，其特征在于，所述润滑组元包括如下重量份的原料：二硫化钨粉1～5份和石墨粉10～15份，所述二硫化钨粉的规格为3～8μm，所述石墨粉的规格为200～500μm。

5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮列车用制动材料，其特征在于，所述摩擦组元包括如下重量份的原料：氧化铝粉3～10份、二氧化硅粉1～5份和三氧化二铁粉5～10份，所述氧化铝粉的规格为120～260μm，所述二氧化硅粉的规格为120～260μm，所述三氧化二铁粉的规格为120～260μm。

6.一种如权利要求1～5任一项所述的磁悬浮列车用制动材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：称量各组分原料加入混料机中进行混料，混合均匀；

步骤二：将混合均匀的原料填入模具，压制成型，得到压坯；

步骤三：将所述压坯加入钟罩炉内进行加压烧结，钟罩炉内加入保护气，烧结成型成摩擦材料。

7.根据权利要求6所述的一种磁悬浮列车用制动材料的制备方法，步骤二中的压制压力为400～700MPa，保压时间为3～5s。

8.根据权利要求7所述的一种磁悬浮列车用制动材料的制备方法，步骤三中的烧结压力为30MPa、烧结温度为400～820℃、烧结时间为3～4min。

9.根据权利要求8所述的一种磁悬浮列车用制动材料的制备方法，步骤三中的保护气为氢气或氮气。