CN114871429B - 一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114871429B CN114871429B CN202210582511.3A CN202210582511A CN114871429B CN 114871429 B CN114871429 B CN 114871429B CN 202210582511 A CN202210582511 A CN 202210582511A CN 114871429 B CN114871429 B CN 114871429B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- parts
- friction material
- motor train
- copper
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002783 friction material Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 243
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 129
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenemanganese Chemical compound [Mn]=S CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 229910052569 sulfide mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 44
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 29
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 claims abstract description 27
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 27
- 235000015895 biscuits Nutrition 0.000 claims abstract description 23
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 62
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 17
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229920000604 Polyethylene Glycol 200 Polymers 0.000 claims description 8
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 8
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 8
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract description 21
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 4
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- -1 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000000306 component Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/12—Metallic powder containing non-metallic particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/14—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法，包括以下质量份的各组分：低松比电解铜粉55～65份，铜包覆还原铁粉10～18份，铬合金粉3～6份，硫化锰矿粉1～3份，C/C‑SiC磨屑粉3～6份，玄武岩纤维1.5～3份，氧化镁粉2～5份，石墨粉9～13份，焦炭粉2～4份。其制备方法是将各原料混合得到混合料，再进行分步冷压，第一步是预压成型得到内部有通孔的素坯，第二步是在通孔内填充填充用铜粉，并压制成型得到成型压坯；将成型压坯烧结即可。本发明提高了粉末冶金摩擦材料的应用上限，使其在高速工况下的摩擦系数稳定、磨耗量低，能够充分满足动车组在时速400公里时的制动需求。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金摩擦材料技术领域，尤其涉及一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法。
背景技术
新世纪，我国高速铁路迎来大发展，动车组的运行速度也由最初的160km/h提高到目前的350km/h，并逐渐形成了以技术引进的“和谐号”动车组向自主知识产权的“复兴号”动车组的过渡。截止2020年底，全国高速铁路营业里程达到3.8万公里，拥有动车组3918标准组、31340辆。为提高铁路运行效率，更好的满足人民群众的出行需求，2021年国家铁路集团开展时速400公里的高速动车组的研发工作。
动车组运行速度的提高对其制动性能提出了更为严苛的要求，尤其是在高速运行状态下，速度的提高会使摩擦材料的制动温度和磨耗量呈几何倍数增加，易导致摩擦材料熔化、摩擦系数降低和摩擦副异常磨损等问题，现有的动车组用粉末冶金摩擦材料难以满足时速400公里的新一代高速动车组的使用需求，因此研发适用于时速400公里的新一代高速动车组的粉末冶金摩擦材料及其制备方法成为了一个关键技术问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供了一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。本发明优化了配方体系及制备工艺，提高了粉末冶金摩擦材料的应用上限，使其在高速工况下的摩擦系数稳定、磨耗量低，具备更高的安全性和经济性，能够充分满足动车组在时速400公里时的制动需求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料，包括以下质量份的各组分：低松比电解铜粉55～65份，铜包覆还原铁粉10～18份，铬合金粉3～6份，硫化锰矿粉1～3份，C/C-SiC磨屑粉3～6份，玄武岩纤维1.5～3份，氧化镁粉2～5份，石墨粉9～13份，焦炭粉2～4份。
优选地，所述的低松比电解铜粉，松装密度0.8～1.0g/cm3，粒度为不大于75μm，比表面积大于3000cm2/g。
优选地，所述的铜包覆还原铁粉，铁含量为80wt%～90wt%，粒度为45～180μm。
优选地，所述的硫化锰矿粉，粒度为不大于15微米，MnS重量比为40%～60%。
优选地，所述的C/C-SiC磨屑粉，粒度为不大于15微米，SiC重量比为50%～70%。
优选地，所述的石墨粉采用呈颗粒状的人造石墨，粒度为150～600μm。
一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤A、按照上述的新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的各组分配比，称取低松比电解铜粉、铜包覆还原铁粉、铬合金粉、硫化锰矿粉、C/C-SiC磨屑粉、玄武岩纤维、氧化镁粉、石墨粉和焦炭粉；
步骤B、将所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉加入到混料机中，并加入分散剂进行混合，从而得到预合金粉；
步骤C、向所述预合金粉中加入所述硫化锰矿粉、所述C/C-SiC磨屑粉、所述玄武岩纤维、所述氧化镁粉、所述石墨粉和所述焦炭粉，并进行混合，从而得到混合料；
步骤D、将所述混合料分步冷压：第一步是将所述混合料在厚度方向上进行压缩，并在所述混合料的厚度方向的中心位置压制出通孔，使所述混合料形成内部有通孔的素坯；第二步是将所述素坯的通孔内加入填充用铜粉，并进行最终压制成型，从而得到成型压坯；
步骤E、将所述成型压坯在还原性气氛中进行烧结，烧结压力为8～12MPa，烧结温度为930～990℃，保温时间3～5h，从而制得上述新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料。
优选地，在所述步骤B中，所述分散剂采用聚乙二醇PEG-200，并且所述分散剂的用量为所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉总重量的0.5%～1%。
优选地，在所述步骤B中，所述混料机的转速为150～180r/min。
优选地，在所述步骤D中，所述成型压坯的压坯密度为4.7～4.9g/cm3。
与现有技术相比，本发明采用了具有高比表面积的低松比电解铜粉以及铜包覆还原铁粉，不仅增强了压制的生坯强度，而且有利于烧结过程中金属粉末间的结合强度，提高了所制得粉末冶金摩擦材料的力学性能和耐磨性；本发明还采用了硫化锰矿粉和C/C-SiC磨屑粉作为摩擦稳定剂和增强剂，这使所制得粉末冶金摩擦材料本身兼具润滑和增强两种功效，保证了摩擦系数在较大的速度范围内具有稳定适中的摩擦系数，同时避免了高温高速工况自身及制动盘的异常磨耗；同时，本发明在制备工艺上先对特定比例的低松比电解铜粉、铜包覆还原铁粉和铬合金粉，加入分散剂进行混合，使金属粉末表面被分散剂包覆，避免金属粉末在混合中焊合及氧化，然后与特定比例的硫化锰矿粉、C/C-SiC磨屑粉、玄武岩纤维、氧化镁粉、石墨粉和焦炭粉进行混料，从而可有效避免不同比重金属粉末在混料过程中的偏聚现象，有利于烧结过程中金属合金组元的充分扩散，这有助于提升所制得粉末冶金摩擦材料的各项性能。本发明对混合料冷压是采用两步进行：第一步是预压成型将混合料在厚度方向上进行压缩得到内部中心位置在厚度方向上有通孔的素坯，第二步是在该通孔内加入填充用铜粉并最终压制成型得到成型压坯，然后对成型压坯进行特定工艺的烧结即可得到粉末冶金摩擦材料，这种特殊的分步冷压方式与特定工艺的烧结进行配合，有利于使摩擦面的热量沿厚度方向进行传导，降低摩擦面温度，使所制得粉末冶金摩擦材料更适合动车组在时速400公里时的高温高速工况；此外，本发明采用加压烧结工艺使烧结由原子自由扩散为主形成自由扩散和塑性变形相结合的烧结驱动机制，有利于摩擦材料粉末间烧结颈的形成，提高所制得粉末冶金摩擦材料的物理力学性能；因此，本发明优化了配方体系及制备工艺，提高了粉末冶金摩擦材料的应用上限，使其在较大的速度范围内摩擦系数稳定适中，在高速工况下的摩擦系数稳定、磨耗量低，具备更高的安全性和经济性，能够充分满足动车组在时速400公里时的制动需求。
具体实施方式
下面对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素（如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等），应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
术语“质量份”是表示多个组分之间的质量比例关系，例如：如果描述了X组分为x质量份、Y组分为y质量份，那么表示X组分与Y组分的质量比为x:y；1质量份可表示任意的质量，例如：1质量份可以表示为1kg也可表示3.1415926kg等。所有组分的质量份之和并不一定是100份，可以大于100份、小于100份或等于100份。除另有说明外，本文中所述的份、比例和百分比均按质量计。
当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。
下面对本发明所提供的新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供了一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料，适用于时速400公里的新一代高速动车组，包括以下质量份的各组分：低松比电解铜粉55～65份，铜包覆还原铁粉10～18份，铬合金粉3～6份，硫化锰矿粉1～3份，C/C-SiC磨屑粉3～6份，玄武岩纤维1.5～3份，氧化镁粉2～5份，石墨粉9～13份，焦炭粉2～4份。
具体地，该新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料包括以下实施方案：
（1）所述的低松比电解铜粉呈树枝状，松装密度最好为0.8～1.0g/cm3，粒度最好为不大于75μm，其比表面积最好超过3000cm2/g，而普通电解铜粉的比表面积仅为1000～1800 cm2/g，因此本发明采用低松比电解铜粉具有良好的塑性变形能力，利于冷压成型，并且高比表面积带来的高表面能具有更强的烧结驱动力。在实际应用中，本发明采用的低松比电解铜粉可以采用现有技术中可通过商业手段购买的低松比电解铜粉。
（2）所述的铜包覆还原铁粉呈海绵状，铁含量最好为80wt%～90wt%，粒度最好为45～180μm，一般的铁粉在铜粉中的固溶度有限，且难以发生化学反应，而本发明通过采用铁粉镀铜制成的铜包覆还原铁粉与所述低松比电解铜粉配合使用可以提高铜包覆还原铁粉与低松比电解铜粉的结合强度，有利于提升烧结过程中金属粉末间的结合强度，而且能够增强压制的生坯强度，这能够有效提高所制得粉末冶金摩擦材料的力学性能和耐磨性。在实际应用中，本发明采用的铜包覆还原铁粉可以采用现有技术中可通过商业手段购买的铜包覆还原铁粉。
（3）所述硫化锰矿粉最好采用硫化锰原生矿粉，粒度最好为不大于15微米，MnS重量比最好为40%～60%，这是因为硫化锰原生矿由MnS粉和其他硅酸盐矿粉构成，硫化锰矿粉中的硅酸盐材料可以增加摩擦，MnS可以在硅酸盐材料表面形成保护膜，降低摩擦材料与对偶的磨损。在实际应用中，本发明采用的硫化锰矿粉可以采用现有技术中可通过商业手段购买的硫化锰矿粉。
（4）所述C/C-SiC即碳纤维增强碳和碳化硅双基体材料。所述C/C-SiC磨屑粉呈颗粒状，粒度最好为不大于15微米，SiC重量比最好为50%～70%，这是因为传统的SiC材料硬度大，易划伤制动盘，碳材料力学性能较低，制动时受制动力和压力的作用易被破坏，碳纤维具有较高的力学性能和化学稳定性，本发明采用的C/C-SiC磨屑粉将碳材料与SiC按特定比例相结合，有效发挥了这两者的优点，从而可以降低SiC颗粒的硬度，避免划伤对偶，而本发明同时采用了硫化锰矿粉和C/C-SiC磨屑粉作为摩擦稳定剂和增强剂，这使所制得粉末冶金摩擦材料本身兼具润滑和增强两种功效，保证了摩擦系数在较大的速度范围内具有稳定适中的摩擦系数，同时避免了高温高速工况自身及制动盘的异常磨耗。在实际应用中，本发明采用的C/C-SiC磨屑粉可以采用现有技术中可通过商业手段购买的C/C-SiC原位反应磨屑粉。
（5）所述的石墨粉可以采用人造石墨，呈颗粒状，粒度最好为150～600μm，这是因为如果石墨粉的粒度小于150μm，那么易破坏基体的结合强度，如果石墨粉的粒度大于600μm，那么会导致摩擦材料区域力学性能降低，材料易遭到破坏。
进一步地，本发明还提供了一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法，用于制备上述新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料，具体可以包括以下步骤：
步骤A、按照上述的新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的各组分配比，称取低松比电解铜粉、铜包覆还原铁粉、铬合金粉、硫化锰矿粉、C/C-SiC磨屑粉、玄武岩纤维、氧化镁粉、石墨粉和焦炭粉。
步骤B、将所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉加入到快速混料机中，并加入所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉总重量0.5%～1%的分散剂（例如：所述分散剂可采用现有技术中的聚乙二醇PEG-200）进行混合，所述快速混料机的转速为150～180r/min，从而得到预合金粉。
步骤C、向所述预合金粉中加入所述硫化锰矿粉、所述C/C-SiC磨屑粉、所述玄武岩纤维、所述氧化镁粉、所述石墨粉和所述焦炭粉，并进行混合，从而得到混合料。
步骤D、将所述混合料分步冷压：第一步是预压成型，其具体操作是将所述混合料在厚度方向上进行压缩，并在所述混合料的厚度方向的中心位置压制出通孔，最好是采用自动成型液压机将所述混合料压制到初始高度的50%～70%，并且在将所述自动成型液压机的芯杆脱离后，使所述混合料形成内部中心在厚度方向上有通孔的素坯；第二步是将所述素坯的通孔内填充适量的填充用铜粉，并进行最终压制成型，从而得到压坯密度为4.7～4.9g/cm3的成型压坯。在本步骤D中使用的填充用铜粉并不是步骤A中称取的低松比电解铜粉，是额外添加的低松比电解铜粉，这些铜粉将所述通孔内填充满即可。
步骤E、将所述成型压坯在氢气和氮气组成的还原性气氛中进行烧结，烧结压力为8～12MPa，烧结温度为930～990℃，保温时间3～5h，从而制得上述新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料。
与现有技术相比，本发明所提供的新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法至少具有以下优点：
（1）本发明所提供的新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料采用了具有高比表面积的低松比电解铜粉以及铜包覆还原铁粉，不仅增强了压制的生坯强度，而且有利于烧结过程中金属粉末间的结合强度，提高了所制得粉末冶金摩擦材料的力学性能和耐磨性。
（2）本发明所提供的新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料采用了硫化锰矿粉和C/C-SiC磨屑粉作为复合摩擦稳定剂和增强剂，这使所制得粉末冶金摩擦材料本身兼具润滑和增强两种功效，保证了摩擦系数在较大的速度范围内具有稳定适中的摩擦系数，同时避免了高温高速工况自身及制动盘的异常磨耗。
（3）本发明所提供的新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法，在工艺上先对特定比例的低松比电解铜粉、铜包覆还原铁粉和铬合金粉，加入分散剂进行混合，使金属粉末表面被分散剂包覆，避免金属粉末在混合中焊合及氧化，然后与特定比例的硫化锰矿粉、C/C-SiC磨屑粉、玄武岩纤维、氧化镁粉、石墨粉和焦炭粉进行混料，从而可有效避免不同比重金属粉末在混料过程中的偏聚现象，有利于烧结过程中金属合金组元的充分扩散，这有助于提升所制得粉末冶金摩擦材料的各项性能；同时本发明对混合料冷压采用两步进行，第一步是预压成型将混合料在厚度方向上进行压缩得到内部中心位置在厚度方向上有通孔的素坯，第二步是在该通孔内加入填充用铜粉并最终压制成型得到成型压坯，这种特殊的分步冷压方式与特定工艺的烧结进行配合，有利于使摩擦面的热量沿厚度方向进行传导，降低摩擦面温度，使所制得粉末冶金摩擦材料更适合动车组在时速400公里时的高温高速工况；此外，本发明采用加压烧结工艺使烧结由原子自由扩散为主形成自由扩散和塑性变形相结合的烧结驱动机制，有利于摩擦材料粉末间烧结颈的形成，提高所制得粉末冶金摩擦材料的物理力学性能。
（4）本发明所用低松比电解铜粉具有很高的比表面积，相比于同等粒度的普通电解铜粉提高了一倍以上，这种高比表面积一方面增加了金属颗粒的接触面积，提高了压制生坯的强度和烧结的扩散通道，另一方面提供了更高的烧结动力，有利于降低材料的烧结温度和提高烧结强度。
（5）传统的摩擦材料的润滑组元和增磨组元是分离的，而本发明中的硫化锰矿粉和C/C-SiC磨屑粉兼具有润滑和摩擦的作用，即在低速低温时表现出更多的润滑组元的特性，而在高速高温状态下，摩擦对偶软化，细粒度的陶瓷相与对偶摩擦可以提供摩擦阻力，并且润滑组分和增磨组分的相互结合，可以在硬质相表面形成固体润滑膜，避免对偶的异常磨耗和摩擦系数的增加。
（6）粉末冶金摩擦材料由于包含有大量的石墨及陶瓷组元，会严重的降低摩擦材料的导热系数。在制备工艺上，本发明创新性地通过特殊的分步冷压方式在摩擦材料中部引入了由低松比电解铜粉压制而成的热扩散通道，将摩擦面的热量传导到其他部位，降低摩擦材料接触面的温度，减少了材料的磨损。
综上可见，本发明实施例提高了粉末冶金摩擦材料的应用上限，使其在高速工况下的摩擦系数稳定、磨耗量低，具备更高的安全性和经济性，能够充分满足动车组在时速400公里时的制动需求。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法进行详细描述。
实施例1
一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料，由以下质量份的各组分制成：低松比电解铜粉58份，铜包覆还原铁粉13份，铬合金粉5份，硫化锰矿粉1份，C/C-SiC磨屑粉5份，玄武岩纤维2份，氧化镁粉3份，石墨粉11份，焦炭粉2份。
具体地，所述的低松比电解铜粉呈树枝状，松装密度为0.8～1.0g/cm3，粒度为不大于75μm，其比表面积超过3000cm2/g。所述的铜包覆还原铁粉呈海绵状，铁含量为80wt%～90wt%，粒度为45～180μm。所述硫化锰矿粉采用硫化锰原生矿粉，粒度为不大于15微米，MnS重量比为40%～60%。所述C/C-SiC磨屑粉呈颗粒状，粒度为不大于15微米，SiC重量比为50%～70%。所述的石墨粉采用人造石墨，呈颗粒状，粒度为150～600μm。
进一步地，该新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤a1、按照以下质量份之比称取各原料：低松比电解铜粉58份，铜包覆还原铁粉13份，铬合金粉5份，硫化锰矿粉1份，C/C-SiC磨屑粉5份，玄武岩纤维2份，氧化镁粉3份，石墨粉11份，焦炭粉2份。
步骤a2、将步骤a1中所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉加入到快速混料机，并加入占所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉总重量1%的聚乙二醇PEG-200进行混合，所述快速混料机的转速为180r/min，从而得到预合金粉。
步骤a3、向步骤a2中所述预合金粉中加入步骤a1中所述硫化锰矿粉、所述C/C-SiC磨屑粉、所述玄武岩纤维、所述氧化镁粉、所述石墨粉和所述焦炭粉，再采用现有技术中的“V”型混料机进行混料，从而得到混合料。
步骤a4、将步骤a3中所述混合料分步冷压：第一步是预压成型，其具体操作是采用自动成型液压机将所述混合料压制到初始高度的60%，并且在将所述自动成型液压机的芯杆脱离后，使所述混合料形成内部中心在厚度方向上有通孔的素坯；第二步是将所述素坯的通孔内填充满填充用铜粉（所述填充用铜粉为额外的低松比电解铜粉，并非步骤a1中称取的低松比电解铜粉），并进行最终压制成型，从而得到压坯密度为4.79g/cm3的成型压坯。
步骤a5、将步骤a4中所述成型压坯在氢气和氮气组成的还原性气氛中进行烧结，烧结压力为12MPa，烧结温度为960℃，保温时间3h，从而制得新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料。
实施例2
一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料，由以下质量份的各组分制成：低松比电解铜粉60份，铜包覆还原铁粉15份，铬合金粉3份，硫化锰矿粉1份，C/C-SiC磨屑粉3份，玄武岩纤维3份，氧化镁粉2份，石墨粉10份，焦炭粉3份。
具体地，所述的低松比电解铜粉呈树枝状，松装密度为0.8～1.0g/cm3，粒度为不大于75μm，其比表面积超过3000cm2/g。所述的铜包覆还原铁粉呈海绵状，铁含量为80wt%～90wt%，粒度为45～180μm。所述硫化锰矿粉采用硫化锰原生矿粉，粒度为不大于15微米，MnS重量比为40%～60%。所述C/C-SiC磨屑粉呈颗粒状，粒度为不大于15微米，SiC重量比为50%～70%。所述的石墨粉采用人造石墨，呈颗粒状，粒度为150～600μm。
进一步地，该新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤b1、按照以下质量份之比称取各原料：低松比电解铜粉60份，铜包覆还原铁粉15份，铬合金粉3份，硫化锰矿粉1份，C/C-SiC磨屑粉3份，玄武岩纤维3份，氧化镁粉2份，石墨粉10份，焦炭粉3份。
步骤b2、将步骤b1中所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉加入到快速混料机中，并加入占所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉总重量0.8%的聚乙二醇PEG-200行混合，所述快速混料机的转速170r/min，从而得到预合金粉。
步骤b3、向步骤b2中所述预合金粉中加入步骤b1中所述硫化锰矿粉、所述C/C-SiC磨屑粉、所述玄武岩纤维、所述氧化镁粉、所述石墨粉和所述焦炭粉，再采用现有技术中的“V”型混料机进行混料，从而得到混合料。
步骤b4、将步骤b3中所述混合料分步冷压：第一步是预压成型，其具体操作是采用自动成型液压机将所述混合料压制到初始高度的70%，并且在将所述自动成型液压机的芯杆脱离后，使所述混合料形成内部中心在厚度方向上有通孔的素坯；第二步是将所述素坯的通孔内填充满填充用铜粉（所述填充用铜粉为额外的低松比电解铜粉，并非步骤b1中称取的低松比电解铜粉），并进行最终压制成型，从而得到压坯密度为4.88g/cm3的成型压坯。
步骤b5、将步骤b4中所述压坯在氢气和氮气组成的还原性气氛中进行烧结，烧结压力为8MPa，烧结温度为970℃，保温时间3h，从而制得新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料。
实施例3
一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料，由以下质量份的各组分制成：低松比电解铜粉55份，铜包覆还原铁粉18份，铬合金粉4份，硫化锰矿粉2份，C/C-SiC磨屑粉3份，玄武岩纤维1.5份，氧化镁粉2.5份，石墨粉11份，焦炭粉3份。
具体地，所述的低松比电解铜粉呈树枝状，松装密度为0.8～1.0g/cm3，粒度为不大于75μm，其比表面积超过3000cm2/g。所述的铜包覆还原铁粉呈海绵状，铁含量为80wt%～90wt%，粒度为45～180μm。所述硫化锰矿粉采用硫化锰原生矿粉，粒度为不大于15微米，MnS重量比为40%～60%。所述C/C-SiC磨屑粉呈颗粒状，粒度为不大于15微米，SiC重量比为50%～70%。所述的石墨粉采用人造石墨，呈颗粒状，粒度为150～600μm。
进一步地，该新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤c1、按照以下质量份之比称取各原料：低松比电解铜粉55份，铜包覆还原铁粉18份，铬合金粉4份，硫化锰矿粉2份，C/C-SiC磨屑粉3份，玄武岩纤维1.5份，氧化镁粉2.5份，石墨粉11份，焦炭粉3份。
步骤c2、将步骤c1中所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉加入到快速混料机中，并加入占所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉总重量0.7%的聚乙二醇PEG-200进行混合，所述快速混料机的转速150r/min，从而得到预合金粉。
步骤c3、向步骤c2中所述预合金粉中加入步骤c1中所述硫化锰矿粉、所述C/C-SiC磨屑粉、所述玄武岩纤维、所述氧化镁粉、所述石墨粉和所述焦炭粉，再采用现有技术中的“V”型混料机进行混料，从而得到混合料。
步骤c4、将步骤c3中所述混合料分步冷压：第一步是预压成型，其具体操作是采用自动成型液压机将所述混合料压制到初始高度的55%，并且在将所述自动成型液压机的芯杆脱离后，使所述混合料形成内部中心在厚度方向上有通孔的素坯；第二步是将所述素坯的通孔内填充满填充用铜粉（所述填充用铜粉为额外的低松比电解铜粉，并非步骤c1中称取的低松比电解铜粉），并进行最终压制成型，从而得到压坯密度为4.75g/cm3的成型压坯。
步骤c5、将步骤c4中所述成型压坯在氢气和氮气组成的还原性气氛中进行烧结，烧结压力为10MPa，烧结温度为990℃，保温时间4h，从而制得新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料。
实施例4
一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料，由以下质量份的各组分制成：低松比电解铜粉61份，铜包覆还原铁粉10份，铬合金粉4份，硫化锰矿粉3份，C/C-SiC磨屑粉3份，玄武岩纤维3份，氧化镁粉4份，石墨粉10份，焦炭粉2份。
具体地，所述的低松比电解铜粉呈树枝状，松装密度为0.8～1.0g/cm3，粒度为不大于75μm，其比表面积超过3000cm2/g。所述的铜包覆还原铁粉呈海绵状，铁含量为80wt%～90wt%，粒度为45～180μm。所述硫化锰矿粉采用硫化锰原生矿粉，粒度为不大于15微米，MnS重量比为40%～60%。所述C/C-SiC磨屑粉呈颗粒状，粒度为不大于15微米，SiC重量比为50%～70%。所述的石墨粉采用人造石墨，呈颗粒状，粒度为150～600μm。
进一步地，该新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤d1、按照以下质量份之比称取各原料：低松比电解铜粉61份，铜包覆还原铁粉10份，铬合金粉4份，硫化锰矿粉3份，C/C-SiC磨屑粉3份，玄武岩纤维3份，氧化镁粉4份，石墨粉10份，焦炭粉2份。
步骤d2、将步骤d1中所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉加入到快速混料机中，并加入占所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉总重量0.5%的聚乙二醇PEG-200进行混合，所述快速混料机的转速170r/min，从而得到预合金粉。
步骤d3、向步骤d2中所述预合金粉中加入步骤d1中所述硫化锰矿粉、所述C/C-SiC磨屑粉、所述玄武岩纤维、所述氧化镁粉、所述石墨粉和所述焦炭粉，再采用现有技术中的“V”型混料机进行混料，从而得到混合料。
步骤d4、将步骤d3中所述混合料分步冷压：第一步是预压成型，其具体操作是采用自动成型液压机将所述混合料压制到初始高度的60%，并且在将所述自动成型液压机的芯杆脱离后，使所述混合料形成内部中心在厚度方向上有通孔的素坯；第二步是将所述素坯的通孔内填充满填充用铜粉（所述填充用铜粉为额外的低松比电解铜粉，并非步骤d1中称取的低松比电解铜粉），并进行最终压制成型，从而得到压坯密度为4.85g/cm3的成型压坯。
步骤d5、将步骤d4中所述成型压坯在氢气和氮气组成的还原性气氛中进行烧结，烧结压力为10MPa，烧结温度为930℃，保温时间5h，从而制得新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料。
实施例5
一种新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料，由以下质量份的各组分制成：低松比电解铜粉59份，铜包覆还原铁粉12份，铬合金粉3份，硫化锰矿粉2份，C/C-SiC磨屑粉3份，玄武岩纤维2份，氧化镁粉2份，石墨粉13份，焦炭粉4份。
具体地，所述的低松比电解铜粉呈树枝状，松装密度为0.8～1.0g/cm3，粒度为不大于75μm，其比表面积超过3000cm2/g。所述的铜包覆还原铁粉呈海绵状，铁含量为80wt%～90wt%，粒度为45～180μm。所述硫化锰矿粉采用硫化锰原生矿粉，粒度为不大于15微米，MnS重量比为40%～60%。所述C/C-SiC磨屑粉呈颗粒状，粒度为不大于15微米，SiC重量比为50%～70%。所述的石墨粉采用人造石墨，呈颗粒状，粒度为150～600μm。
进一步地，该新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法包括以下步骤：
步骤e1、按照以下质量份之比称取各原料：低松比电解铜粉59份，铜包覆还原铁粉12份，铬合金粉3份，硫化锰矿粉2份，C/C-SiC磨屑粉3份，玄武岩纤维2份，氧化镁粉2份，石墨粉13份，焦炭粉4份。
步骤e2、将步骤e1中所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉加入到快速混料机中，并加入占所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉总重量0.5%的聚乙二醇PEG-200进行混合，所述快速混料机的转速150r/min，从而得到预合金粉。
步骤e3、向步骤e2中所述预合金粉中加入步骤e1中所述硫化锰矿粉、所述C/C-SiC磨屑粉、所述玄武岩纤维、所述氧化镁粉、所述石墨粉和所述焦炭粉，再采用现有技术中的“V”型混料机进行混料，从而得到混合料。
步骤e4、将步骤e3中所述混合料分步冷压：第一步是预压成型，其具体操作是采用自动成型液压机将所述混合料压制到初始高度的70%，并且在将所述自动成型液压机的芯杆脱离后，使所述混合料形成内部中心在厚度方向上有通孔的素坯；第二步是将所述素坯的通孔内填充满填充用铜粉（所述填充用铜粉为额外的低松比电解铜粉，并非步骤e1中称取的低松比电解铜粉），并进行最终压制成型，从而得到压坯密度为4.80g/cm3的成型压坯。
步骤e5、将步骤e4中所述成型压坯在氢气与氮气组成的还原性气氛中进行烧结，烧结压力为12MPa，烧结温度为950℃，保温时间4h，从而制得新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料。
对比例1
一种粉末冶金摩擦材料，其配方及制备方法与本发明实施例1基本相同，其不同之处仅在于，将本发明实施例1中的硫化锰矿粉等量替换为硫化锰粉，C/C-SiC磨屑粉等量替换为SiC粉。其中，所述硫化锰粉为化学合成粉末，MnS比例不小于99%，粒度不超过15μm；所述SiC粉为化学合成粉末，SiC比例不小于97%，粒度不超过15μm。
对比例2
一种粉末冶金摩擦材料，其配方及制备方法与本发明实施例1基本相同，其不同之处仅在于，将本发明实施例1中的低松比电解铜粉等量替换为普通电解铜粉，镀铜还原铁粉等量替换为普通还原铁粉。其中，所述普通电解铜粉呈枝晶状，松装密度为1.5～1.8g/cm3，粒度为不大于75μm，比表面积为1600cm2/g；所述普通还原铁粉呈海绵状，铁含量≥98%，粒度为45～180μm。
对比例3
一种粉末冶金摩擦材料，其配方及制备方法与本发明实施例1基本相同，其不同之处仅在于，将本发明实施例1的步骤a4中的分两步冷压改为一步压制成型，并且成型坯体内无通孔。
性能检测
分别对本发明实施例1～5所制得的新一代高速动车组用粉末冶金摩擦材料以及对比例1～3所制得的粉末冶金摩擦材料进行摩擦磨耗性能测试，其摩擦性能测试参数均采用如下表1所示参数，其摩擦磨耗性能测试结果如下表2所示：
表1
| 制动盘材质 | 30CrSiMoV | 制动惯量 kg·m2 | 29.0 |
| 单侧摩擦面积 cm2 | 17.0 | 制动压力 MPa | 1.27 |
| 摩擦半径 mm | 165 | 初始温度 ℃ | 50~60 |
| 轮径 mm | 920 |
表2
| 制动初速km/h | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 50 | 0.430 | 0.420 | 0.428 | 0.427 | 0.428 | 0.422 | 0.445 | 0.423 |
| 80 | 0.429 | 0.414 | 0.430 | 0.420 | 0.403 | 0.398 | 0.436 | 0.407 |
| 120 | 0.424 | 0.410 | 0.417 | 0.418 | 0.396 | 0.393 | 0.442 | 0.408 |
| 160 | 0.423 | 0.395 | 0.413 | 0.416 | 0.390 | 0.414 | 0.428 | 0.391 |
| 200 | 0.413 | 0.384 | 0.412 | 0.413 | 0.385 | 0.428 | 0.433 | 0.398 |
| 250 | 0.416 | 0.400 | 0.413 | 0.410 | 0.389 | 0.438 | 0.416 | 0.386 |
| 300 | 0.417 | 0.397 | 0.391 | 0.400 | 0.390 | 0.447 | 0.399 | 0.371 |
| 350 | 0.387 | 0.370 | 0.359 | 0.375 | 0.379 | 0.415 | 0.375 | 0.356 |
| 400 | 0.365 | 0.353 | 0.345 | 0.363 | 0.343 | 0.344 | 0.337 | 0.320 |
| 磨耗量cm3/MJ | 0.12 | 0.11 | 0.12 | 0.13 | 0.10 | 0.33 | 0.28 | 0.25 |
由上表2可以看出：本发明实施例1～5的摩擦系数保持稳定，磨耗量低。对比例1将本发明实施例1中的硫化锰矿粉等量替换为硫化锰粉，C/C-SiC磨屑粉等量替换为SiC粉，所制得粉末冶金摩擦材料的摩擦系数在高速状态下摩擦系数迅速增加并降低，摩擦系数的波动性大，且磨耗量迅速增加。对比例2将本发明实施例1中的低松比电解铜粉等量替换为普通电解铜粉，镀铜还原铁粉等量替换为普通还原铁粉，所制得粉末冶金摩擦摩擦材料的强度降低对应摩擦材料更高的粗糙度，摩擦系数表现为低速高、高速低的特点，并且磨耗量较高。对比例3将本发明实施例1中的压制方式进行了更改，所制得粉末冶金摩擦材料的导热性能变差，摩擦面的温度更高，摩擦系数整体较低，且磨耗量相比于对比例1也出相应增加。由此可见，本发明实施例确实能够提高粉末冶金摩擦材料的应用上限，在较大的速度范围内摩擦系数稳定适中，使其在高速工况下的摩擦系数稳定、磨耗量低，具备更高的安全性和经济性，能够充分满足动车组在时速400公里时的制动需求。
综上可见，本发明实施例提高了粉末冶金摩擦材料的应用上限，在较大的速度范围内摩擦系数稳定适中，使其在高速工况下的摩擦系数稳定、磨耗量低，具备更高的安全性和经济性，能够充分满足动车组在时速400公里时的制动需求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，包括以下质量份的各组分：低松比电解铜粉55～65份，铜包覆还原铁粉10～18份，铬合金粉3～6份，硫化锰矿粉1～3份，C/C-SiC磨屑粉3～6份，玄武岩纤维1.5～3份，氧化镁粉2～5份，石墨粉9～13份，焦炭粉2～4份；
其中，所述的低松比电解铜粉，松装密度0.8～1.0g/cm3，粒度为不大于75μm，比表面积大于3000cm2/g；
所述的C/C-SiC磨屑粉，粒度为不大于15微米，SiC重量比为50%～70%；
所述的石墨粉采用呈颗粒状的人造石墨，粒度为150～600μm；
所述C/C-SiC是碳纤维增强碳和碳化硅双基体材料。
2.根据权利要求1所述的高速动车组用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述的铜包覆还原铁粉，铁含量为80wt%～90wt%，粒度为45～180μm。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的高速动车组用粉末冶金摩擦材料，其特征在于，所述的硫化锰矿粉，粒度为不大于15微米，MnS重量比为40%～60%。
4.一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、按照上述权利要求1至3中任一项所述的高速动车组用粉末冶金摩擦材料的各组分配比，称取低松比电解铜粉、铜包覆还原铁粉、铬合金粉、硫化锰矿粉、C/C-SiC磨屑粉、玄武岩纤维、氧化镁粉、石墨粉和焦炭粉；
步骤B、将所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉加入到混料机中，并加入分散剂进行混合，从而得到预合金粉；
步骤C、向所述预合金粉中加入所述硫化锰矿粉、所述C/C-SiC磨屑粉、所述玄武岩纤维、所述氧化镁粉、所述石墨粉和所述焦炭粉，并进行混合，从而得到混合料；
步骤D、将所述混合料分步冷压：第一步是将所述混合料在厚度方向上进行压缩，并在所述混合料的厚度方向的中心位置压制出通孔，使所述混合料形成内部有通孔的素坯；第二步是将所述素坯的通孔内加入填充用铜粉，并进行最终压制成型，从而得到成型压坯；
步骤E、将所述成型压坯在还原性气氛中进行烧结，烧结压力为8～12MPa，烧结温度为930～990℃，保温时间3～5h，从而制得上述权利要求1至3中任一项所述的高速动车组用粉末冶金摩擦材料。
5.根据权利要求4所述的高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤B中，所述分散剂采用聚乙二醇PEG-200，并且所述分散剂的用量为所述低松比电解铜粉、所述铜包覆还原铁粉和所述铬合金粉总重量的0.5%～1%。
6.根据权利要求4或5所述的高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤B中，所述混料机的转速为150～180r/min。
7.根据权利要求4或5所述的高速动车组用粉末冶金摩擦材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤D中，所述成型压坯的压坯密度为4.7～4.9g/cm3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210582511.3A CN114871429B (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210582511.3A CN114871429B (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114871429A CN114871429A (zh) | 2022-08-09 |
| CN114871429B true CN114871429B (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=82677662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210582511.3A Active CN114871429B (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114871429B (zh) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2073781A (en) * | 1980-04-03 | 1981-10-21 | Nii Roshovoi Metal Belorus Pol | >Sintered iron-based friction material |
| JPH0892604A (ja) * | 1994-09-21 | 1996-04-09 | Dowa Iron Powder Co Ltd | 粉末冶金用鉄基銅複合粉末の製造方法 |
| WO2004081405A1 (en) * | 2003-03-10 | 2004-09-23 | Ms Production Miklavz Zornik S.P. | Friction material and process of manufacturing thereof |
| CN101534980A (zh) * | 2006-11-17 | 2009-09-16 | 日矿金属株式会社 | 粉末冶金用铁-铜复合粉末及其制造方法 |
| CN102250583A (zh) * | 2011-05-21 | 2011-11-23 | 瑞阳汽车零部件（仙桃）有限公司 | 用于刹车片的少铜摩擦材料组合物 |
| CN102560233A (zh) * | 2010-12-13 | 2012-07-11 | 巫洲 | 一种粘结剂粉末冶金混合料 |
| CN107297495A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-27 | 江苏军威电子科技有限公司 | 一种电动工具用混合粉及其制备方法 |
| CN107974647A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-01 | 无锡昊瑜节能环保设备有限公司 | 一种动车制动闸片用粉末冶金材料的制备方法 |
| CN109469697A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-15 | 北京科技大学 | 高速列车用纤维增强铜基制动闸片及制备和摩擦制动性能 |
| CN110184495A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-08-30 | 北京瑞斯福高新科技股份有限公司 | 一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 |
| CN110253016A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-09-20 | 北京瑞斯福高新科技股份有限公司 | 一种铁路客车用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 |
| KR102180531B1 (ko) * | 2020-02-17 | 2020-11-18 | 유성기업 주식회사 | 고온 내마모용 철계 소결합금을 이용한 밸브시트의 제조방법 |
| CN113565907A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-29 | 北京浦然轨道交通科技股份有限公司 | 一种动车用闸片、闸片用摩擦材料及其制备方法 |
| CN114369333A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-04-19 | 振恒(天津)科技发展有限公司 | 一种高铁制动闸瓦用摩擦材料及制备闸瓦的方法 |
-
2022
- 2022-05-26 CN CN202210582511.3A patent/CN114871429B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2073781A (en) * | 1980-04-03 | 1981-10-21 | Nii Roshovoi Metal Belorus Pol | >Sintered iron-based friction material |
| JPH0892604A (ja) * | 1994-09-21 | 1996-04-09 | Dowa Iron Powder Co Ltd | 粉末冶金用鉄基銅複合粉末の製造方法 |
| WO2004081405A1 (en) * | 2003-03-10 | 2004-09-23 | Ms Production Miklavz Zornik S.P. | Friction material and process of manufacturing thereof |
| CN101534980A (zh) * | 2006-11-17 | 2009-09-16 | 日矿金属株式会社 | 粉末冶金用铁-铜复合粉末及其制造方法 |
| CN102560233A (zh) * | 2010-12-13 | 2012-07-11 | 巫洲 | 一种粘结剂粉末冶金混合料 |
| CN102250583A (zh) * | 2011-05-21 | 2011-11-23 | 瑞阳汽车零部件（仙桃）有限公司 | 用于刹车片的少铜摩擦材料组合物 |
| CN107297495A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-27 | 江苏军威电子科技有限公司 | 一种电动工具用混合粉及其制备方法 |
| CN107974647A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-01 | 无锡昊瑜节能环保设备有限公司 | 一种动车制动闸片用粉末冶金材料的制备方法 |
| CN109469697A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-15 | 北京科技大学 | 高速列车用纤维增强铜基制动闸片及制备和摩擦制动性能 |
| CN110184495A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-08-30 | 北京瑞斯福高新科技股份有限公司 | 一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 |
| CN110253016A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-09-20 | 北京瑞斯福高新科技股份有限公司 | 一种铁路客车用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 |
| KR102180531B1 (ko) * | 2020-02-17 | 2020-11-18 | 유성기업 주식회사 | 고온 내마모용 철계 소결합금을 이용한 밸브시트의 제조방법 |
| CN113565907A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-29 | 北京浦然轨道交通科技股份有限公司 | 一种动车用闸片、闸片用摩擦材料及其制备方法 |
| CN114369333A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-04-19 | 振恒(天津)科技发展有限公司 | 一种高铁制动闸瓦用摩擦材料及制备闸瓦的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 动车组粉末冶金闸片研制;李继山等;中国铁道科学;第30卷(第03期);第141-144页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114871429A (zh) | 2022-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110102754B (zh) | 一种重载车辆干式离合器用铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法 | |
| CN110184495B (zh) | 一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 | |
| CN110253016B (zh) | 一种铁路客车用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 | |
| CN102191014B (zh) | 一种高速列车制动用的摩擦材料 | |
| CN111286642B (zh) | 一种适用于碳陶制动盘的铜基摩擦材料及其制备方法 | |
| US4194910A (en) | Sintered P/M products containing pre-alloyed titanium carbide additives | |
| CN102560183A (zh) | 用于轨道交通车辆制动系统的制动闸片的摩擦材料、制备方法及用途 | |
| CN103194659A (zh) | 一种弥散强化铜基粉末冶金刹车片及其制备 | |
| CN110923498B (zh) | 一种含金属碳化物和金属氧化物复合陶瓷摩擦组元的铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法 | |
| CN106979267A (zh) | 一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块及制备方法 | |
| CN105618766A (zh) | 一种高速列车用粉末冶金闸片摩擦块及其制备方法 | |
| CN105506346A (zh) | 粉末冶金制动闸片摩擦材料及其制备方法 | |
| CN113565907B (zh) | 一种动车用闸片、闸片用摩擦材料及其制备方法 | |
| CN109139755B (zh) | 一种铁铜基复合摩擦材料的制备方法 | |
| JP2002504188A (ja) | 高密度の高炭素焼結金属粉末鋼部品の製造法 | |
| CN115351272A (zh) | 一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法 | |
| CN114871429B (zh) | 一种高速动车组用粉末冶金摩擦材料及其制备方法 | |
| CN207213000U (zh) | 一种高速列车粉末冶金闸片摩擦块 | |
| CN114110062B (zh) | 一种磁悬浮列车制动材料及其制备技术 | |
| CN116571742A (zh) | 一种铜基粉末冶金摩擦衬片及其制备方法和应用 | |
| CN111853117B (zh) | 一种高性能粉末冶金摩擦闸片材料及制备方法 | |
| CN112626381B (zh) | 一种耐高温铝基复合材料及其制备方法和应用 | |
| WO2020090725A1 (ja) | 焼結摩擦材及び焼結摩擦材の製造方法 | |
| CN115161505A (zh) | 一种新型粘结相硬质合金的制备方法 | |
| CN112996878B (zh) | 烧结摩擦材料及烧结摩擦材料的制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |