CN115351272A - 一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜基粉末冶金材料的制备方法，其技术方案要点是包括以下步骤：S1、准备材料阶段，原材料包括铜粉、锡粉、铁粉、石墨粉、铁合金粉、硬质金属粉、陶瓷相颗粒、非金属碳化物；S2、混料阶段，按配比要求混料，将粉末原材料以及适量的有机溶剂一并放入混料机中进行混合，得到均匀混合料；S3、压制阶段，将混合料称取所需的重量，放入钢制模具中进行压制，并设置保压时间，压制结束后得到所需形状的压坯；S4、烧结阶段，将压坯均匀摆放在工装盘上，并叠放至一定高度，放入通有保护气氛的烧结炉中，并设置保温时间，保温结束后冷却出炉后得到所需的烧结件；S5、组装阶段，将烧结件与其余零部件进行组装连接，得到动车组闸片成品。
Description
技术领域
本发明涉及铜基摩擦材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法。
背景技术
高铁动车正朝着高速化、轻量化及智能化的方向发展，高铁动车稳定运行速度均已达到或超过300km/h，并向着更高速发展，动车在300km/h时紧急制动工况下，制动能量密度高达450J/mm2，在制动过程中，摩擦副材料的单位面积能载高于3000J/cm2称为高能制动，同时高能制动使得摩擦副接触表面的闪点温度高达900℃，因此传统制动材料已经难以适应列车高速化、轻量化的发展要求，亟需一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法来满足需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备材料阶段，摩擦体原材料包括，铜粉、锡粉、铁粉、石墨粉、铁合金粉、硬质金属粉、陶瓷相颗粒、非金属碳化物；
S2、混料阶段，按配比要求混料，将称好的各种粉末原材料以及适量的有机溶剂一并放入混料机中进行混合，得到均匀混合料；
S3、压制阶段，将混合料称取所需的重量，放入钢制模具中进行压制，并设置保压时间，压制结束后得到所需形状的压坯；
S4、烧结阶段，将压坯均匀摆放在工装盘上，并叠放至一定高度，放入通有保护气氛的烧结炉中，并设置保温时间，保温结束后冷却出炉后得到所需的烧结件；
S5、组装阶段，将烧结件与其余零部件进行组装连接，得到动车组闸片成品。
本发明进一步设置为：所述步骤S1中，铜基粉末冶金摩擦材料制备所用原材料按照质量百分数计，包括以下成分铜粉40-55%、锡粉1-4%、铁粉10-20%、石墨粉10-18%、铁合金粉5-11%、硬质金属粉0.5-3%、陶瓷颗粒0.5-2.5%、非金属碳化物0.5-2.5%。
本发明进一步设置为：所述铜粉粒度范围 50-200μm；所述锡粉粒度范围 50-200μm；所述铁粉粒度范围50-200μm；所述铁合金粉粒度范围10-120μm；所述硬质金属粉粒度范围 0-45μm；所述陶瓷相颗粒0-45μm；所述非金属碳化物粒度范围 0—45μm。
本发明进一步设置为：所述石墨粉包括颗粒石墨和鳞片石墨，所述颗粒石墨粒度范围为60-300μm；所述鳞片石墨粒度范围为150-500μm，所述颗粒石墨与鳞片石墨质量比为1:3-1:1。
本发明进一步设置为：所述铁合金粉包括钼铁、铬铁中一种或两种。
本发明进一步设置为：所述硬质金属粉包括钨粉、钼粉中一种或两种。
本发明进一步设置为：所述陶瓷相颗粒包括莫来石、氧化锆、锆砂中一种及以上。
本发明进一步设置为：所述非金属碳化物颗粒包括碳化硼、碳化硅中一种或两种。
本发明进一步设置为：所述步骤S3中，成型压力设置为200-400MPa，并根据实际情况设置保压时间，压制结束后得到所需形状的压坯
本发明进一步设置为：所述步骤S4中，保护气氛设置为氮气、氢气的混合气体，所述烧结温度设置为890-1000℃，保温时间设置为1.5-3h。
通过采用上述技术方案，本发明在材料准备配比方面，摩擦材料配方中主要采用以铜粉为基体，加入锡粉与铜粉在烧结过程中形成铜锡合金强化基体，加入与铜粉相容性好的适量铁粉以增强摩擦材料基体强度，也可调节摩擦系数及耐磨性，加入钨、钼等硬质金属粉，烧结后钨、钼不固溶于基体Cu，主要以颗粒形式存在基体中，但钨、钼具有较高的比热容，可吸收摩擦过程中产生的热，同时，钨、钼均可与铁合金颗粒一起提高摩擦材料的耐磨性；配比了一定量的鳞片石墨，可保证烧结形成的摩擦单元具有较好的抗粘结性、耐磨性，配比了一定量的颗粒石墨，可保证烧结形成的摩擦单元具有较好的耐磨性能、耐腐蚀性能，同时石墨作为减摩剂，起到了保护对偶和降低噪音的作用；同时，摩擦材料配方中添加了一定比例的摩擦调节剂，其主份中含有适量的铁合金粉，该类合金粉可与铜基具有较好的结合性，不易在高速高热能条件下发生剥离，具有强韧化基体组元的作用，并选择合适的粒度可调节摩擦系数、减少对偶磨损，摩擦调节剂中还含有少量的陶瓷颗粒、非金属碳化物等，以提高摩擦材料摩擦系数，并具有一定的抗粘结作用。
附图说明
图1为本发明一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料制备方法的流程图。
具体实施方式
参照图1对本发明种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料制备方法实施例做进一步说明。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备材料阶段，原材料包括，铜粉、锡粉、铁粉、石墨粉、铁合金粉、硬质金属粉、陶瓷相颗粒、非金属碳化物；
S2、混料阶段，按配比要求混料，将称好的各种粉末原材料以及适量的有机溶剂一并放入混料机中进行混合，得到均匀混合料；
S3、压制阶段，将混合料称取所需的重量，放入钢制模具中进行压制，并设置保压时间，压制结束后得到所需形状的压坯；
S4、烧结阶段，将压坯均匀摆放在工装盘上，并叠放至一定高度，放入通有保护气氛的烧结炉中，并设置保温时间，保温结束后冷却出炉后得到所需的烧结件；
S5、组装阶段，将烧结件与其余零部件进行组装连接，得到动车组闸片成品。
步骤S1中，铜基粉末冶金材料配方以铜为基体，制备所用原材料按照质量百分数计，包括以下成分，其中铜粉40-55%，粒度范围为50-200μm；锡粉1-4%，粒度范围50-200μm；铁粉10-20%，粒度范围为50-200μm；石墨粉10-18%，石墨粉包括颗粒石墨和鳞片石墨，颗粒石墨粒度范围为60-300μm，鳞片石墨粒度范围为150-500μm，且颗粒石墨与鳞片石墨质量比为1:3-1:1；铁合金粉5-11%，粒度范围为10-120μm；硬质金属粉0.5-3%，粒度范围为0—45μm；陶瓷颗粒0.5-2.5%，粒度范围为0—45μm；非金属碳化物0.5-2.5%，粒度范围为0-45μm；铜基粉末冶金材料由四部分组成，包括构成基体金属骨架的基体组元、润滑组元和摩擦调节剂，铜粉作为基体组元主要成分，锡粉与铜粉烧结后形成铜锡合金，具有强化基体作用；铁粉可与铜粉微溶，提高基体强度的同时调节摩擦系数及耐磨性；石墨粉作为润滑组元，使摩擦系数稳定，且降低磨耗值，防止摩擦副粘结，具有抗卡滞性；铁合金粉、硬质金属颗粒作为摩擦调节剂中一部分，与基体金属具有较好的亲和性，存于基体中调节摩擦材料耐磨性及摩擦系数，同时可提高基体强度，摩擦调节剂中加入少量的陶瓷颗粒、非金属碳化物，可提高摩擦系数、同时还具有防粘结、抗卡滞作用。
步骤S2中，按如下质量比例，铜粉40-55%，粒度范围为50-200μm；锡粉1-4%，粒度范围50-200μm；铁粉10-20%，粒度范围为50-200μm；石墨粉10-18%，石墨粉包括颗粒石墨和鳞片石墨，颗粒石墨粒度范围为60-300μm，鳞片石墨粒度范围为150-500μm，且颗粒石墨与鳞片石墨质量比为1:3-1:1；铁合金粉5-11%，粒度范围为10-120μm；硬质金属粉0.5-3%，粒度范围为0—45μm；陶瓷颗粒0.5-2.5%，粒度范围为0—45μm；非金属碳化物0.5-2.5%，粒度范围为0-45μm；并向其中加入适量的有机溶剂一并放入混料机中进行混合，经混合5-8小时后，可得到均匀的混合料。
步骤S3中，对粉末冶金摩擦层混合料称取所需的重量，放入钢制模具中先刮平，随后再称取一定重量的过渡层混合料，该过渡层混合料主要是由1-8%低熔点金属及铜合金基体配置而成，过渡层厚度设置为不大于1mm，烧结过程中低熔点金属出现液相，使接触的各组分之间润湿性提高，以提高粉末冶金摩擦层与钢制背板之间的结合力，过渡层刮平后再进行压制，在成型压力为200-400MPa和常温的条件下，保压5-20秒,压制结束后得到所需形状的压坯。
步骤S4中，每件压坯组合一件钢制背板均匀摆放在专用工装盘上，将已摆放好的工装盘多个叠放至一定高度，放入通有保护气氛（氮气、氢气混合气体）的烧结炉中，在烧结温度为890-1000℃，单位面积压力1-5MPa的条件下，保温时间为1.5-3h后冷却至常温出炉即得到所需的烧结件。
步骤S5中，将一定数量的烧结件与所需的零部件用卡簧进行连接，并将多个连接后的元件固定设置于大钢背上，得到动车组闸片成品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备材料阶段，原材料包括，铜粉、锡粉、铁粉、石墨粉、铁合金粉、硬质金属粉、陶瓷相颗粒、非金属碳化物；
S2、混料阶段，按配比要求混料，将称好的各种粉末原材料以及适量的有机溶剂一并放入混料机中进行混合，得到均匀混合料；
S3、压制阶段，将混合料称取所需的重量，放入钢制模具中进行压制，并设置保压时间，压制结束后得到所需形状的压坯；
S4、烧结阶段，将压坯均匀摆放在工装盘上，并叠放至一定高度，放入通有保护气氛的烧结炉中，并设置保温时间，保温结束后冷却出炉后得到所需的烧结件；
S5、组装阶段，将烧结件与其余零部件进行组装连接，得到动车组闸片成品。
2.根据权利要求1所述的一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，铜基粉末冶金材料制备所用原材料按照质量百分数计，包括以下成分铜粉40-55%、锡粉1-4%、铁粉10-20%、石墨粉10-18%、铁合金粉5-11%、硬质金属粉0.5-3%、陶瓷颗粒0.5-2.5%、非金属碳化物0.5-2.5%。
3.根据权利要求2所述的一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述铜粉粒度范围 50-200μm；所述锡粉粒度范围 50-200μm；所述铁粉粒度范围50-200μm；所述铁合金粉粒度范围10-120μm；所述硬质金属粉粒度范围 0-45μm；所述陶瓷相颗粒0-45μm；所述非金属碳化物粒度范围 0—45μm。
4.根据权利要求3所述的一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述石墨粉包括颗粒石墨和鳞片石墨，所述颗粒石墨粒度范围为60-300μm；所述鳞片石墨粒度范围为150-500μm，所述颗粒石墨与鳞片石墨质量比为1:3-1:1。
5.根据权利要求1所述的一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，成型压力设置为200-400MPa，并根据实际情况设置保压时间，压制结束后得到所需形状的压坯。
6.根据权利要求1所述的一种高能载制动工况用铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，保护气氛设置为氮气、氢气的混合气体，所述烧结温度设置为890-1000℃，保温时间设置为1.5-3h。
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