專利名稱：高速列車剎車片摩擦塊及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高速列車剎車片摩擦塊及其制備方法，具體涉及一種在350km/h以上高速列車上使用的金屬基復(fù)合材料剎車片摩擦塊及其制備方法。
背景技術(shù)：
高速列車剎車片對(duì)高速列車運(yùn)行的安全性、可靠性有著至關(guān)重要的影響，是高速列車非常重要的零部件之一。目前，在行車時(shí)速小于200km的列車上，國外多采用樹脂基摩擦片，其使用溫度一般不高于250°C，溫度過高會(huì)造成摩擦片樹脂基體的老化、開裂，使摩擦片磨損率急劇增加，摩擦系數(shù)也發(fā)生很大的變化。在時(shí)速高于250km高速列車制動(dòng)過程中，摩擦副的溫升很高，樹脂基合成摩擦片已不宜采用。普遍采用的是粉末冶金法制備的金屬基復(fù)合材料摩擦片，其具有導(dǎo)熱性能好、摩擦副溫升低、許用溫度高等優(yōu)點(diǎn)。粉末冶金制動(dòng)材料的使用溫度較高，當(dāng)制動(dòng)溫度達(dá)到500°C時(shí)，它仍能保持較小的磨損率和較優(yōu)良的摩擦特性，對(duì)制動(dòng)盤的熱影響較小，并能保證列車在惡劣氣候條件下安全運(yùn)行。粉末冶金摩擦材料由基體組元、潤(rùn)滑組元和摩擦組元組成。其中基體組元為銅或鐵等金屬材料，而潤(rùn)滑組元和摩擦組元?jiǎng)t多為非金屬材料。石墨因?yàn)槠鋬?yōu)良的潤(rùn)滑性能而被用來作為傳統(tǒng)的潤(rùn)滑組元使用，但是由于石墨密度小、強(qiáng)度低，大量的加入會(huì)產(chǎn)生成分偏析和降低摩擦塊的強(qiáng)度。尤其是近幾年來，隨著列車的進(jìn)一步高速化，制動(dòng)摩擦塊需要吸收的制動(dòng)能量越來越大，當(dāng)列車時(shí)速380公里制動(dòng)時(shí)，剎車摩擦塊溫度高達(dá)700°C，易出現(xiàn)掉塊、開裂等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)在技術(shù)中的問題，提供一種高速列車剎車片摩擦塊及其制備方法，它能避免列車在300Km/h以上速度剎車時(shí)，由于剎車溫度高而引起的剎車片摩擦塊強(qiáng)度降低導(dǎo)致掉塊、開裂等問題。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):本發(fā)明一種高速列車剎車片摩擦塊，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成:銅粉20-50、鐵粉5-20、鎳粉5-20、錳粉1-4、鈦硅碳2-15、石墨0-8、碳化硅2-10、鶴粉1-8、二氧化欽2-6、二氧化娃2-10、欽粉1_4、招粉1-2和錫粉1-2。優(yōu)選的，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成:銅粉20-40、鐵粉5-12、鎳粉5-12、錳粉1-2、鈦硅碳2-10、石墨2-6、碳化硅3-8、鎢粉2-5、二氧化欽3-6、二氧化娃3-6、欽粉1_3、招粉1-2和錫粉1-2。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成:銅粉20、鐵粉20、鎳粉10、錳粉3、鈦硅碳10、石墨4、碳化硅6、鎢粉2、二氧化鈦5、二氧化硅2、鈦粉2、鋁粉1.5和錫粉1.5。
上述剎車片摩擦塊應(yīng)用于350km/h以上的列車其優(yōu)點(diǎn)更為突出。所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，它包括以下步驟:將剎車片摩擦塊原料粉末按配比放入三維混料機(jī)中，充分混配均勻；將混合好的粉末放入冷壓模具，在100 1500MPa的壓力下壓制，得壓坯；將所述壓坯固定在鋼背上，并在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為2 6Mpa，燒結(jié)溫度為800°C 900°C，保溫時(shí)間為1-3小時(shí)，即得到剎車片摩擦塊。優(yōu)選的，所述壓坯的壓制壓力為400 lOOOMpa，更優(yōu)選的為800Mpa。所述燒結(jié)壓力為4Mpa，所述燒結(jié)溫度為800°C，燒結(jié)壓坯的保溫時(shí)間為2小時(shí)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的顯著效果為:本發(fā)明應(yīng)用了三元層狀碳化物鈦硅碳，鈦硅碳既具有很好的導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能及高溫塑性等，又具有高的屈服強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度以及良好的抗氧化性能。且鈦硅碳具有比石墨更低的摩擦系數(shù)和更好的自潤(rùn)滑性能。針對(duì)時(shí)速300Km/h以上高速列車提供了一種摩擦性能穩(wěn)定、熱強(qiáng)度高、抗熱疲勞性能優(yōu)良的高速列車剎車片；很好的解決了列車在300Km/h以上速度剎車時(shí)，由于剎車溫度高而引起的剎車片摩擦塊強(qiáng)度降低導(dǎo)致掉塊、開裂等問題。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明一種高速列車剎車片摩擦塊，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成:銅粉20-50、鐵粉5-20、鎳粉5-20、錳粉1_4、鈦硅碳2_15、石墨0_8、碳化硅2_10、鶴粉1-8、_二氧化鈦2-6、_二氧化硅2-10、欽粉1_4、招粉1-2和錫粉1-2。本發(fā)明所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，包括以下步驟:將剎車片摩擦塊原料粉末按配比放入三維混料機(jī)中，充分混配均勻；將混合好的粉末放入冷壓模具，在100 1500MPa的壓力下壓制，得壓坯；將所述壓坯固定在鋼背上，并在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為2 6Mpa，燒結(jié)溫度為800°C 900°C，保溫時(shí)間為
1-3小時(shí)，即得到剎車片摩擦塊。實(shí)施例1:取銅粉40公斤、鐵粉10公斤、鎳粉10公斤、錳粉2公斤、鈦硅碳10公斤、石墨2公斤、碳化娃6公斤、鶴粉4公斤、二氧化鈦3公斤、二氧化娃6公斤、鈦粉2公斤、招粉I公斤、錫粉I公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機(jī)中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在SOOMPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓還固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為4Mpa,燒結(jié)溫度為800°C,保溫時(shí)間2小時(shí)，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實(shí)施例2:取銅粉50公斤、鐵粉15公斤、鎳粉20公斤、錳粉4公斤、鈦硅碳8公斤、石墨4公斤、碳化娃10公斤、鶴粉6公斤、二氧化鈦6公斤、二氧化娃8公斤、鈦粉3公斤、招粉1.5公斤、錫粉1.5公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機(jī)中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在1500MPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為6Mpa，燒結(jié)溫度為900°C，保溫時(shí)間3小時(shí)，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實(shí)施例3:取銅粉45公斤、鐵粉10公斤、鎳粉15公斤、錳粉2公斤、鈦硅碳6公斤、石墨6公斤、碳化娃4公斤、鶴粉2公斤、二氧化鈦2公斤、二氧化娃6公斤、鈦粉4公斤、招粉I公斤、錫粉I公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機(jī)中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在IOOOMPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為2MPa，燒結(jié)溫度為850°C，保溫時(shí)間I小時(shí)，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實(shí)施例4:取銅粉30公斤、鐵粉5公斤、鎳粉10公斤、錳粉I公斤、鈦硅碳15公斤、石墨I(xiàn)公斤、碳化娃2公斤、鶴粉8公斤、二氧化鈦4公斤、二氧化娃8公斤、鈦粉4公斤、招粉2公斤、錫粉2公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機(jī)中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在600MPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為3MPa，燒結(jié)溫度為890°C，保溫時(shí)間1.5小時(shí)，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實(shí)施例5:取銅粉20公斤、鐵粉20公斤、鎳粉10公斤、錳粉3公斤、鈦硅碳10公斤、石墨4公斤、碳化娃6公斤、鶴粉2公斤、二氧化鈦5公斤、二氧化娃2公斤、鈦粉2公斤、招粉1.5公斤、錫粉1.5公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機(jī)中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在IOOMPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為5MPa，燒結(jié)溫度為860°C，保溫時(shí)間1.5小時(shí)，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實(shí)施例6:取銅粉25公斤、鐵粉20公斤、鎳粉5公斤、錳粉I公斤、鈦硅碳4公斤、石墨8公斤、碳化娃4公斤、鶴粉6公斤、二氧化鈦4公斤、二氧化娃4公斤、鈦粉2公斤、招粉I公斤、錫粉2公斤。將按照上述配比稱取的剎車塊粉末原料放入三維混料機(jī)中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在1200MPa的壓力下壓制，得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為4MPa，燒結(jié)溫度為870°C，保溫時(shí)間2.5小時(shí)，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。實(shí)施例7:取銅粉35公斤、鐵粉15公斤、鎳粉5公斤、錳粉4公斤、鈦硅碳2公斤、石墨8公斤、碳化娃10公斤、鶴粉8公斤、二氧化鈦6公斤、二氧化娃8公斤、鈦粉3公斤、招粉I公斤、錫粉I公斤。按照上述配比稱取的原料放入三維混料機(jī)中充分混配均勻；將混合好的剎車片摩擦塊原材料粉末放入冷壓模具，在400MPa的壓力下壓制得到壓坯；將該壓坯固定在鋼背上，在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為3MPa，燒結(jié)溫度為890°C，保溫時(shí)間2小時(shí)，即得到粉末冶金剎車片摩擦塊。本發(fā)明應(yīng)用了三元層狀碳化物鈦硅碳，鈦硅碳既具有很好的導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能及高溫塑性等，又具有高的屈服強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度以及良好的抗氧化性能。且鈦硅碳具有比石墨更低的摩擦系數(shù)和更好的自潤(rùn)滑性能。針對(duì)時(shí)速300Km/h以上高速列車提供了一種摩擦性能穩(wěn)定、熱強(qiáng)度高、抗熱疲勞性能優(yōu)良的高速列車剎車片；很好的解決了列車在300Km/h以上速度剎車時(shí)，由于剎車溫度高而引起的剎車片摩擦塊強(qiáng)度降低導(dǎo)致掉塊、開裂等問題。
權(quán)利要求
1.一種高速列車剎車片摩擦塊，其特征是，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成: 銅粉20-50、鐵粉5-20、鎳粉5-20、錳粉1_4、鈦硅碳2_15、石墨0_8、碳化硅2_10、鎢粉1_8、_■氧化欽2-6、_■氧化娃2-10、欽粉1_4、招粉1-2和錫粉1-2。
2.如權(quán)利要求1所述的高速列車剎車片摩擦塊，其特征是，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成: 銅粉20-40、鐵粉5-12、鎳粉5-12、錳粉1-2、鈦硅碳2-10、石墨2-6、碳化硅3-8、鎢粉2-5、_■氧化欽3-6、_■氧化娃3-6、欽粉1_3、招粉1-2和錫粉1-2。
3.如權(quán)利要求1所述的高速列車剎車片摩擦塊，其特征是，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成: 銅粉20、鐵粉20、鎳粉IO、錳粉3、鈦硅碳IO、石墨4、碳化硅6、鎢粉2、二氧化鈦5、二氧化硅2、鈦粉2、鋁粉1.5和錫粉1.5。
4.如權(quán)利要求1所述的高速列車剎車片摩擦塊，其特征是，所述剎車片摩擦塊適用于350km/h以上的列車。
5.如權(quán)利要求1至3擇一所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是它包括以下步驟: 將剎車片摩擦塊原料粉末按配比放入三維混料機(jī)中，充分混配均勻；將混合好的粉末放入冷壓模具，在100 1500MPa的壓力下壓制，得壓坯；將所述壓坯固定在鋼背上，并在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為2 6Mpa，燒結(jié)溫度為800°C 900°C，保溫時(shí)間為1_3小時(shí)，即得到剎車片摩擦塊。
6.如權(quán)利要求5所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是，所述壓坯的壓制壓力為400 lOOOMpa。
7.如權(quán)利要求6所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是，所述壓坯的壓制壓力為800Mpa。
8.如權(quán)利要求5所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是所述燒結(jié)壓力為4Mpa0
9.如權(quán)利要求5所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是所述燒結(jié)溫度為800。。。
10.如權(quán)利要求5所述的高速列車剎車片摩擦塊的制備方法，其特征是所述燒結(jié)壓坯的保溫時(shí)間為2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速列車剎車片摩擦塊及其制備方法，所述剎車片摩擦塊材料按重量份比由以下原料組成銅粉20-50、鐵粉5-20、鎳粉5-20、錳粉1-4、鈦硅碳2-15、石墨0-8、碳化硅2-10、鎢粉1-8、二氧化鈦2-6、二氧化硅2-10、鈦粉1-4、鋁粉1-2和錫粉1-2，將所述原料按配比放入三維混料機(jī)中混勻后放入冷壓模具壓制，得壓坯，將所述壓坯固定在鋼背上，并在氫氣燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)，即得到剎車片摩擦塊。本發(fā)明產(chǎn)品能避免列車在300km/h以上速度剎車時(shí)，由于剎車溫度高而引起的剎車片摩擦塊強(qiáng)度降低導(dǎo)致掉塊、開裂等問題。
文檔編號(hào)F16D69/02GK103115097SQ20131004457
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者劉英凱, 孟凡愛, 姚俊青 申請(qǐng)人:博深工具股份有限公司