本發(fā)明涉及閘瓦制造領(lǐng)域，特別是涉及一種鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦及制備方法。

背景技術(shù)：

歐盟鐵路現(xiàn)用的鑄鐵材料制造的貨車超低摩閘瓦，已不符合歐盟環(huán)保的有關(guān)規(guī)定，并強制要求更換為超低摩粉末冶金閘瓦或合成閘瓦，其使用的數(shù)量很大，后續(xù)的市場前景非常好。

高速行駛的貨車需要制動時，采用閘瓦對高速行駛的車輪進行制動，閘瓦制動又稱踏面制動，以壓縮空氣為動力；制動缸活塞推力，經(jīng)制動杠桿將閘瓦壓緊車輪踏面，通過閘瓦與車輪踏面的機械摩擦，把列車動能轉(zhuǎn)化為熱能消散與大氣，并產(chǎn)生制動力。而這種制動效果的好壞，卻主要取決于摩擦熱能的消散能力。使用這種制動方式時，閘瓦摩擦面積小，大部分熱負(fù)荷由車輪來承擔(dān)。列車速度越高，制動時車輪的熱負(fù)荷也越大。如用鑄鐵閘瓦，溫度可使閘瓦熔化；即使采用較先進的合成閘瓦，溫度也會高達400～450℃。當(dāng)車輪踏面溫度增高到一定程度時，就會使踏面磨耗、裂紋或剝離，既影響使用壽命也影響行車安全。由于合成摩擦材料局部摩擦過熱膨脹，車輪踏面呈現(xiàn)溝狀磨耗。溫度越高時，這種磨耗在車輪踏面外側(cè)越容易發(fā)展。

鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦具有材料強度高、摩擦系數(shù)離散度小、制動平穩(wěn)、耐磨性好、低噪音的特點，而且工藝簡單，使用灰塵小，符合歐洲環(huán)保要求，特別適用于高負(fù)荷、載重大的貨車制動用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦及制備方法，以提供一種安全、耐高溫、可靠、耐磨性強和摩擦性能穩(wěn)定且經(jīng)濟實惠的鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦，由以下重量份原料組成：鐵粉67～85份、銅粉5～10份、錫粉1～3份、鎳粉2～4份、鋯英粉0.5～1份、二硫化鉬2～5份、鱗片石墨2～6份、人造石墨2～4份、硬脂酸鋅0.3～0.5份。

重量份原料優(yōu)選為：鐵粉70～80份、銅粉7～8份、錫粉2～3份、鎳粉1.5～2.5份、鋯英粉0.75～0.9份、二硫化鉬3～4份、鱗片石墨3～5份、人造石墨2.5～3.5份、硬脂酸鋅0.4～0.5份。

重量份原料優(yōu)選為：鐵粉75份、銅粉7.5份、錫粉2.5份、鎳粉2份、鋯英粉0.6份、二硫化鉬4份、鱗片石墨4份、人造石墨3份、硬脂酸鋅0.4份。

所述組成原料的各組元微觀性狀分別為：

鐵粉純度≥98.5％，粒度為75～150μm，海綿狀；

銅粉純度≥99.5％，粒度為20～75μm，樹枝狀；

錫粉純度≥99.5％，粒度為25～75μm，球狀；

鎳粉純度≥99.5％，粒度為20～63μm，為球狀；

二硫化鉬純度≥97％，粒度為20～45μm，層狀粉劑；

石墨純度≥96％，灰份＜4％，粒度為75～150μm，鱗片層狀；

石墨純度≥96％，灰份＜4％，粒度為250～355μm，為顆粒狀；

鋯英粉的粒度為180～250μm，多棱狀。

所述閘瓦的制備方法包括如下步驟：

(A)原材料的處理：將銅粉和鐵粉進行還原處理；非金屬元素二硫化鉬、鱗片石墨、人造石墨和鋯英粉需經(jīng)烘干處理；

(B)將步驟(A)處理后的原材料根據(jù)閘瓦材料組分配比稱取各組元，混合均勻后，摻入機油和汽油的混合液混合均勻，所述的機油為20#錠子油，占總重量的0.2～0.5％；所述的汽油占材料總重量的0.2～0.5％；

(C)將步驟(B)的混合料，放入V型混料機中進行混料，混料轉(zhuǎn)速為20～40轉(zhuǎn)/分，混料時間6～12h，混合料混料完畢進行化學(xué)分析，合格后進行下工序；

(D)將步驟(C)合格的混合料，按閘瓦剎車塊壓制參數(shù)進行稱料，倒入鋼模中，以400～500Mpa的壓力下壓制得壓坯；

(E)將步驟(D)壓制得的壓坯放到經(jīng)吹砂處理的背板上，按層疊放，剎車塊與剎車塊之間用高密石墨盤隔開，在鐘罩式或井式加壓燒結(jié)爐中進行燒結(jié)；

(F)將步驟(E)所得燒結(jié)毛坯，經(jīng)硬度檢測、尺寸檢測、物理力學(xué)性能檢測合格后，機械加工后，3件剎車塊鉚接在瓦背上制得鐵路貨車用超低摩閘瓦。

所述步驟(A)分為以下步驟：

(a1)銅粉和鐵粉的還原處理：銅粉的還原溫度為400～450℃，鐵粉的還原溫度為600～700℃，在氨分解氣體環(huán)境中保溫3小時后空冷至室溫，還原后的銅粉和鐵粉須經(jīng)相應(yīng)粒度的標(biāo)準(zhǔn)篩子過篩處理；

(a2)非金屬元素二硫化鉬、鱗片石墨、人造石墨和鋯英粉需經(jīng)烘干處理，烘干溫度為140～160℃，保溫3小時后隨爐冷卻。

所述步驟(E)中燒結(jié)工藝參數(shù)為：在氨分解氣體保護下，從室溫到500℃，不加壓，以5～8℃/min的升溫速度加熱，到500℃時保溫20～30min，給剎車塊施加0.6～0.8Mpa的壓力，從500℃到800℃，給剎車塊施加1.0～1.2Mpa的壓力，以3～5℃/min的升溫速度加熱，到800℃時保溫20～30min，給剎車塊施加1.5～1.8Mpa的壓力，從800℃到1010±10℃，給剎車塊施加2.0～2.2Mpa的壓力，以3～5℃/min的升溫速度加熱，到1010±10℃時保溫100～150min，給剎車塊施加2.5～2.8Mpa的壓力，保溫完畢，掉開加熱罩，空冷至800～900℃，進行水冷至低于100℃取件。

本發(fā)明的有益效果是：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦及制備方法，相對于鑄鐵超低摩閘瓦和合成超低摩閘瓦，通過加入銅粉、錫粉和鎳粉等強化組元，起到強化基體的作用；通過加入二硫化鉬、鱗片石墨、人造石墨、硬脂酸鋅等潤滑組元，起到潤滑抗卡滯和減少對輪踏面損傷的作用；通過加入鋯英粉起到增摩作用，綜合作用下降低了材料的磨損率，穩(wěn)定了摩擦系數(shù)，另外還顯著的降低了閘瓦的使用成本，是一種性價比較高的摩擦材料制品，能滿足鐵路超低摩貨車制動的要求。使用本發(fā)明技術(shù)制備的超低摩閘瓦，材料強度高，平均摩擦系數(shù)離散度小，制動過程平穩(wěn)，磨損率低，對輪踏面磨損小，低噪音的特點，而且工藝簡單，使用灰塵小，符合歐洲環(huán)保要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；

圖2是實施方案1在60kN閘瓦壓力干燥條件下各種速度的制動曲線圖。

圖3是實施方案1在20kN閘瓦壓力干燥條件下各種速度的制動曲線圖。

圖4是實施方案1在100kN閘瓦壓力干燥條件下各種速度的制動曲線圖。

圖5是實施方案1在100kN閘瓦壓力潮濕條件下各種速度的制動曲線圖。

圖6是實施方案2在60kN閘瓦壓力干燥條件下各種速度的制動曲線圖。

圖7是實施方案2在20kN閘瓦壓力干燥條件下各種速度的制動曲線圖。

圖8是實施方案2在100kN閘瓦壓力干燥條件下各種速度的制動曲線圖。

圖9是實施方案2在100kN閘瓦壓力潮濕條件下各種速度的制動曲線圖。

圖10是實施方案3在60kN閘瓦壓力干燥條件下各種速度的制動曲線圖。

圖11是實施方案3在20kN閘瓦壓力干燥條件下各種速度的制動曲線圖。

圖12是實施方案3在100kN閘瓦壓力干燥條件下各種速度的制動曲線圖。

圖13是實施方案3在100kN閘瓦壓力潮濕條件下各種速度的制動曲線圖。

具體實施方式

在1：1動力制動試驗臺上進行摩擦磨耗試驗，用本發(fā)明的一種鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦制備方法制備閘瓦樣品，制造工藝為實施例1～3，制造出來的閘瓦在壓力分別為20kN、60kN、100kN閘瓦壓力下、速度為30km/h、60km/h、100km/h、120km/h下進行制動試驗，制動曲線如圖2～圖13所示。

實施例1：

鐵粉85份，其形狀為海綿狀，粒度為75～150μm，純度≥98.5％

銅粉5份，其形狀為樹枝狀，粒度為20～75μm，純度≥99.5％；

錫粉1份，其形狀為球狀，粒度為25～75μm，純度≥99.5％；

鎳粉2份，其形狀為球狀，粒度為20～63μm為球狀，純度≥99.5％；

鋯英粉0.7份，其形狀為多棱狀，粒度為180～250μm；

二硫化鉬2份，其形狀為層狀粉劑，粒度為20～45μm，純度≥97％；

鱗片石墨2份，其形狀為鱗片層狀，粒度為75～150μm，純度≥96％，灰份＜4％；

人造石墨2份，其形狀為顆粒狀，粒度為250～355μm，純度≥96％，灰份＜4％；

硬脂酸鋅0.3份其形狀為粉劑，粒度為20～35μm。

按重量份數(shù)稱取上述各原料，進行以下加工工藝處理：

(A)原材料的處理：將銅粉和鐵粉進行還原處理，銅粉的還原溫度為450℃，鐵粉的還原溫度為700，氨分解氣體保護，保溫3小時后空冷至室溫，還原后的銅粉和鐵粉須經(jīng)相應(yīng)粒度的標(biāo)準(zhǔn)篩子過篩處理；非金屬元素二硫化鉬、鱗片石墨、人造石墨和鋯英粉需經(jīng)烘干處理，烘干溫度為160℃，保溫3小時后隨爐冷卻。

(B)將步驟(A)處理后的原材料根據(jù)上述配比稱取各組元，混合均勻后，摻入機油和汽油的混合液混合均勻，所述的機油為20#錠子油，占總重量的0.3％；所述的汽油占材料總重量的0.3％；

(C)將混合料放入V型混料機中進行混料，混料轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分，混料時間6h，混合料混料完畢進行化學(xué)分析，合格后進行下工序；

(D)將合格的混合料按閘瓦剎車塊壓制參數(shù)進行稱料，倒入鋼模中，以500Mpa的壓力下壓制得壓坯；

(E)將步驟(D)壓制得的壓坯放到經(jīng)吹砂處理的背板上，按層疊放，剎車塊與剎車塊之間用高密石墨盤隔開，在鐘罩式或井式加壓燒結(jié)爐中進行燒結(jié)。燒結(jié)工藝參數(shù)為：在氨分解氣體保護下，從室溫到500℃，不加壓，以8℃/min的升溫速度加熱，到500℃時保溫30min，給剎車塊施加0.8Mpa的壓力，從500℃到800℃，給剎車塊施加1.0Mpa的壓力，以3℃/min的升溫速度加熱，到800℃時保溫20min，給剎車塊施加1.2Mpa的壓力，從800℃到1000℃，給剎車塊施加2.2Mpa的壓力，以5℃/min的升溫速度加熱，到1000℃時保溫120min，給剎車塊施加2.8Mpa的壓力，保溫完畢，掉開加熱罩，空冷至850℃，進行水冷至低于100℃取件；

(F)將步驟(E)所得燒結(jié)毛坯，經(jīng)硬度檢測、尺寸檢測、物理力學(xué)性能檢測合格后，機械加工后，3件剎車塊鉚接在瓦背上制得鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦。

實施例2：

鐵粉76.2份，其形狀為海綿狀，粒度為75～150μm，純度≥98.5％

銅粉8份，其形狀為樹枝狀，粒度為20～75μm，純度≥99.5％；

錫粉1.6份，其形狀為球狀，粒度為25～75μm，純度≥99.5％；

鎳粉3份，其形狀為球狀，粒度為20～63μm為球狀，純度≥99.5％；

鋯英粉0.8份，其形狀為多棱狀，粒度為180～250μm；

二硫化鉬3份，其形狀為層狀粉劑，粒度為20～45μm，純度≥97％；

鱗片石墨4份，其形狀為鱗片層狀，粒度為75～150μm，純度≥96％，灰份＜4％；

人造石墨3份，其形狀為顆粒狀，粒度為250～355μm，純度≥96％，灰份＜4％；

硬脂酸鋅0.4份其形狀為粉劑，粒度為20～35μm。

按重量份數(shù)稱取上述各原料，進行以下加工工藝處理：

(A)原材料的處理：將銅粉和鐵粉進行還原處理，銅粉的還原溫度為400℃，鐵粉的還原溫度為600，氨分解氣體保護，保溫3小時后空冷至室溫，還原后的銅粉和鐵粉須經(jīng)相應(yīng)粒度的標(biāo)準(zhǔn)篩子過篩處理；非金屬元素二硫化鉬、鱗片石墨、人造石墨和鋯英粉需經(jīng)烘干處理，烘干溫度為150℃，保溫3小時后隨爐冷卻。

(B)將步驟(A)處理后的原材料根據(jù)上述配比稱取各組元，混合均勻后，摻入機油和汽油的混合液混合均勻，所述的機油為20#錠子油，占總重量的0.3％；所述的汽油占材料總重量的0.3％；

(C)將混合料放入V型混料機中進行混料，混料轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分，混料時間6h，混合料混料完畢進行化學(xué)分析，合格后進行下工序；

(D)將合格的混合料按閘瓦剎車塊壓制參數(shù)進行稱料，倒入鋼模中，以400Mpa的壓力下壓制得壓坯；

(E)將步驟(D)壓制得的壓坯放到經(jīng)吹砂處理的背板上，按層疊放，剎車塊與剎車塊之間用高密石墨盤隔開，在鐘罩式或井式加壓燒結(jié)爐中進行燒結(jié)。燒結(jié)工藝參數(shù)為：在氨分解氣體保護下，從室溫到500℃，不加壓，以5℃/min的升溫速度加熱，到500℃時保溫20min，給剎車塊施加0.6Mpa的壓力，從500℃到800℃，給剎車塊施加1.0Mpa的壓力，以3℃/min的升溫速度加熱，到800℃時保溫20min，給剎車塊施加1.5Mpa的壓力，從800℃到1000℃，給剎車塊施加2.0Mpa的壓力，以3℃/min的升溫速度加熱，到1000℃時保溫150min，給剎車塊施加2.8Mpa的壓力，保溫完畢，掉開加熱罩，空冷至800～900℃，進行水冷至低于100℃取件；

(F)將步驟(E)所得燒結(jié)毛坯，經(jīng)硬度檢測、尺寸檢測、物理力學(xué)性能檢測合格后，機械加工后，3件剎車塊鉚接在瓦背上制得鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦。

實施方案3：

鐵粉67份，其形狀為海綿狀，粒度為75～150μm，純度≥98.5％；

銅粉10份，其形狀為樹枝狀，粒度為20～75μm，純度≥99.5％；

錫粉3份，其形狀為球狀，粒度為25～75μm，純度≥99.5％；

鎳粉4份，其形狀為球狀，粒度為20～63μm為球狀，純度≥99.5％；

鋯英粉1份，其形狀為多棱狀，粒度為180～250μm；

二硫化鉬5份，其形狀為層狀粉劑，粒度為20～45μm，純度≥97％；

鱗片石墨6份，其形狀為鱗片層狀，粒度為75～150μm，純度≥96％，灰份＜4％；

人造石墨3.5份，其形狀為顆粒狀，粒度為250～355μm，純度≥96％，灰份＜4％。

硬脂酸鋅0.5份，其形狀為粉劑，粒度為20～35μm。

按重量份數(shù)稱取上述各原料，進行以下加工工藝處理：

(A)原材料的處理：將銅粉和鐵粉進行還原處理，銅粉的還原溫度為430℃，鐵粉的還原溫度為680，氨分解氣體保護，保溫3小時后空冷至室溫，還原后的銅粉和鐵粉須經(jīng)相應(yīng)粒度的標(biāo)準(zhǔn)篩子過篩處理；非金屬元素二硫化鉬、鱗片石墨、人造石墨和鋯英粉需經(jīng)烘干處理，烘干溫度為150℃，保溫3小時后隨爐冷卻。

(B)將步驟(A)處理后的原材料根據(jù)上述配比稱取各組元，混合均勻后，摻入機油和汽油的混合液混合均勻，所述的機油為20#錠子油，占總重量的0.3％；所述的汽油占材料總重量的0.3％；

(C)將混合料放入V型混料機中進行混料，混料轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分，混料時間6h，混合料混料完畢進行化學(xué)分析，合格后進行下工序；

(D)將合格的混合料按閘瓦剎車塊壓制參數(shù)進行稱料，倒入鋼模中，以400Mpa的壓力下壓制得壓坯；

(E)將步驟(D)壓制得的壓坯放到經(jīng)吹砂處理的背板上，按層疊放，剎車塊與剎車塊之間用高密石墨盤隔開，在鐘罩式或井式加壓燒結(jié)爐中進行燒結(jié)。燒結(jié)工藝參數(shù)為：在氨分解氣體保護下，從室溫到500℃，不加壓，以6℃/min的升溫速度加熱，到500℃時保溫25min，給剎車塊施加0.7Mpa的壓力，從500℃到800℃，給剎車塊施加1.1Mpa的壓力，以4℃/min的升溫速度加熱，到800℃時保溫25min，給剎車塊施加1.6Mpa的壓力，從800℃到1000℃，給剎車塊施加2.1Mpa的壓力，以4℃/min的升溫速度加熱，到1000℃時保溫140min，給剎車塊施加2.6Mpa的壓力，保溫完畢，掉開加熱罩，空冷至900℃，進行水冷至低于100℃取件；

(F)將步驟(E)所得燒結(jié)毛坯，經(jīng)硬度檢測、尺寸檢測、物理力學(xué)性能檢測合格后，機械加工后，3件剎車塊鉚接在瓦背上制得鐵路貨車用粉末冶金超低摩閘瓦。