本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低磁性耐磨擦復(fù)合材料及其制備方法、磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊及磁懸浮列車(chē)剎車(chē)片。
背景技術(shù)：
目前，磁懸浮技術(shù)不斷創(chuàng)新，磁懸浮列車(chē)應(yīng)運(yùn)而生，湖南長(zhǎng)沙2016年已經(jīng)正式運(yùn)營(yíng)了國(guó)內(nèi)第一條時(shí)速100km/h國(guó)產(chǎn)技術(shù)的磁懸浮列車(chē)。磁懸浮列車(chē)的制動(dòng)方式有兩種：電制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)，電制動(dòng)的原理仍然是直線電機(jī)的原理，只是通過(guò)改變電機(jī)中的電流相序，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，則所輸出的力就由原來(lái)的牽引力變?yōu)榱酥苿?dòng)力；相較于高鐵，磁懸浮列車(chē)采用的是無(wú)輪技術(shù)，機(jī)械制動(dòng)就是利用摩擦力的原理，利用制動(dòng)閘瓦押在軌道上產(chǎn)生摩擦阻力進(jìn)行制動(dòng)。磁懸浮列車(chē)的剎車(chē)片包括鋼制燕尾板及鉚接在燕尾板上的剎車(chē)塊。磁懸浮列車(chē)對(duì)剎車(chē)塊與鋼軌的摩擦磨損性能的匹配性能提出了更高要求，同時(shí)由于列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中具有強(qiáng)磁場(chǎng)，對(duì)剎車(chē)塊的磁性也提出了更高要求。
現(xiàn)有技術(shù)采用的材料摩擦系數(shù)偏低，制動(dòng)距離不符合要求，導(dǎo)致列車(chē)運(yùn)行時(shí)間間隔拉長(zhǎng)，運(yùn)行效率低下；現(xiàn)有的材料中摩擦組元復(fù)雜，且性能不穩(wěn)定，與現(xiàn)有軌道材料匹配性差，容易對(duì)軌道產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本增高?，F(xiàn)有材料主要為銅鐵基復(fù)合材料，具有磁性，不能滿足列車(chē)對(duì)剎車(chē)材料低磁性的要求。因此，確有必要研究一種低磁性耐磨擦復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供的一種低磁性耐磨擦復(fù)合材料及其制備方法、磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊及磁懸浮列車(chē)剎車(chē)片。所述低磁性耐磨擦復(fù)合材料成分簡(jiǎn)單，采用其最終獲得的剎車(chē)片穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)較高、不傷軌道、制動(dòng)距離符合磁懸浮列車(chē)剎車(chē)要求。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
一種低磁性耐磨擦復(fù)合材料，包括基體組元、摩擦組元、潤(rùn)滑組元，其中，所述基體組元為銅，所述潤(rùn)滑組元為石墨，所述摩擦組元包括如下重量份的各組分：錫1～7份、鎳2～7份、鉬1～7份、鎢1～5份、二氧化硅5～20份、鉻鐵1～8份，所述低磁性耐磨擦復(fù)合材料中，摩擦組元的質(zhì)量百分比為15％～30％。
采用二氧化硅、鉻鐵保證復(fù)合材料在低速、低載荷工作條件下的摩擦磨損性能的作用；加入鎢、鉬等高溫難熔金屬，起到穩(wěn)定復(fù)合材料高速、重載荷工作條件下的摩擦磨損性能的作用；加入錫，鎳主要起到合金強(qiáng)化作用，在保證摩擦組元的質(zhì)量百分比的條件下，調(diào)整以上各材料的比例，最終獲得最合適的配方，可用于制作得到具有高摩擦系數(shù)，性能穩(wěn)定，低磁性的復(fù)合材料。優(yōu)選的，所述摩擦組元包括如下重量份的各組分：錫1～7份、鎳2～7份、鉬1～7份、鎢1～5份、二氧化硅5～20份、鉻鐵1～8份，通過(guò)控制鐵元素的含量，保證該材料配方為低磁性甚至是無(wú)磁性。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述摩擦組元包括如下重量份的各組分：錫2～6份、鎳2～5份、鉬3～5份、鎢2～5份、鉻鐵2～8份、二氧化硅8～18份。
石墨為潤(rùn)滑組元，其作用主要為潤(rùn)滑摩擦組元的作用，如果潤(rùn)滑組元過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料摩擦系數(shù)偏低；如果潤(rùn)滑組元過(guò)少，材料摩擦系數(shù)偏高。通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)優(yōu)化，調(diào)整摩擦組元與潤(rùn)滑組元的比例，得到的低磁性耐磨擦復(fù)合材料，上述低磁性耐磨擦復(fù)合材料，潤(rùn)滑組元的重量百分?jǐn)?shù)為10％～20％。將所述低磁性耐磨擦復(fù)合材料制作成剎車(chē)塊，并最終能制作得到具有高摩擦系數(shù)且不傷輪軌的剎車(chē)片。
所述低磁性耐磨擦復(fù)合材料的布氏硬度為20HBW～45HBW，抗剪切強(qiáng)度為20Mpa～28Mpa，相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率為1Gs/Oe～1.08Gs/Oe。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還提供一種所述低磁性耐磨擦復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
(a)配料混料：按照配方比例稱取各粉末原材料，將所述粉末原材料放入三維混料機(jī)中，混合240-360分鐘，充分混合均勻，得到混合料，所述各粉末原材料包括錫粉、鎳粉、鉬粉、鎢粉、二氧化硅粉、鉻鐵粉、銅粉、石墨顆粒；
(b)壓制成型：將混合料裝入模具中壓制成型；
(c)燒結(jié)成型：將生坯與鋼背板粘接好后裝入燒結(jié)爐加壓燒結(jié)，在燒結(jié)溫度為980℃～1050℃、壓力為7MPa～11MPa條件下，燒結(jié)時(shí)間200-300分鐘，冷卻出爐，得到所述低磁性耐磨擦復(fù)合材料。
加壓燒結(jié)為調(diào)整低磁性耐磨擦復(fù)合材料摩擦磨損性能的關(guān)鍵過(guò)程，通過(guò)調(diào)整燒結(jié)溫度，時(shí)間，壓力提高復(fù)合材料的物理力學(xué)性能，同時(shí)可以穩(wěn)定復(fù)合材料的摩擦磨損性能。
粉末冶金壓制成型密度主要受原材料成分和壓制壓力的影響，其中，模具形狀也有一定影響。通過(guò)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，壓制成型過(guò)程中，將壓制密度控制為4.9g/cm3～5.2g/cm3，最終制備得到的磁懸浮列車(chē)剎車(chē)片與鍛鋼、鑄鋼、或鑄鐵的摩擦配合較好，材料磨損較小，且不傷鍛鋼、鑄鋼、或鑄鐵材質(zhì)的制動(dòng)盤(pán)或軌道。
進(jìn)一步的，通過(guò)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)所知，所述各粉末原材料中，石墨顆粒的粒度對(duì)復(fù)合材料的磨損量及材料的抗剪切強(qiáng)度都有很大影響，通過(guò)對(duì)比優(yōu)化試驗(yàn)，選擇出粒度在-50～+150目的石墨顆粒制備的復(fù)合材料具有低磨損率，良好的抗剪切強(qiáng)度。
進(jìn)一步的，所述二氧化硅粉的粒度為-80目；基體組元及摩擦組元中其余的粉末原材料的粒度均為-200目。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還提供一種由所述低磁性耐磨擦復(fù)合材料制備得到的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還提供一種磁懸浮列車(chē)剎車(chē)片，所述磁懸浮列車(chē)剎車(chē)片包括燕尾板及鉚接在燕尾板上的剎車(chē)塊，所述剎車(chē)塊為本發(fā)明所述的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊。
本發(fā)明方法針對(duì)現(xiàn)有粉末冶金剎車(chē)片摩擦系數(shù)偏低，制動(dòng)距離不夠，對(duì)制動(dòng)盤(pán)損傷的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，其改進(jìn)要點(diǎn)體現(xiàn)在剎車(chē)片的關(guān)鍵元件剎車(chē)塊采用金屬基粉末冶金原材料制成，使制備的剎車(chē)片具有如下特點(diǎn)：在摩擦制動(dòng)的過(guò)程中，制動(dòng)系數(shù)平穩(wěn)，摩擦系數(shù)在0.38-0.43之間。制作低磁性耐磨復(fù)合材料的原材料成分比較簡(jiǎn)單，不傷軌道；所選組元均為無(wú)磁性組元，能夠滿足磁懸浮列車(chē)對(duì)剎車(chē)材料的磁性要求。
具體實(shí)施方式
為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實(shí)施例對(duì)本文發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體實(shí)施例。
除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
除非另有特別說(shuō)明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過(guò)市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)得到或者可通過(guò)現(xiàn)有方法制備得到。
實(shí)施例：
實(shí)施例1
本實(shí)施例的低磁性耐磨擦復(fù)合材料包括：銅58份、錫2份、鎳3份、鉬2份、鎢2份、鉻鐵6份、二氧化硅11份、石墨16份。
本實(shí)施例的低磁性耐磨擦復(fù)合材料是通過(guò)如下方法制備得到的：
(a)配料混料：按照配方比例稱取各粉末原材料，粗混后放入三維混料機(jī)中，混合200分鐘，充分混合均勻，得到混合料，其中，石墨粒度為-50～+150目，二氧化硅粉的粒度為-80目，其余原料粉末包括錫粉、鎳粉、鉬粉、鎢粉、鉻鐵粉、銅粉的粒度均為-200目；
(b)壓制成型：將混合料裝入400噸壓機(jī)的自動(dòng)模具中壓制成型，壓制密度為5.1g/cm3，得到生坯；
(c)燒結(jié)成型：將生坯與鋼背板粘接好后裝入燒結(jié)爐加壓燒結(jié)，在燒結(jié)溫度為980℃、壓力為7.9MPa條件下，燒結(jié)時(shí)間200分鐘，冷卻出爐，得到低磁性耐磨擦復(fù)合材料。
本實(shí)施例的低磁性耐磨擦復(fù)合材料制備方法步驟(b)中的采用的自動(dòng)模具為磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊形狀相適應(yīng)的的模具，制備得到本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊。
將本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊與機(jī)加工成型的鋼背燕尾板鉚接在一起，得到剎車(chē)片成品。
根據(jù)本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊的物理力學(xué)性能如表1所示：
表1
根據(jù)本實(shí)施例的剎車(chē)片測(cè)得的MM-3000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果如表2所示：
表2
實(shí)施例2
本實(shí)施例的低磁性耐磨擦復(fù)合材料包括：銅58份、錫3份、鎳2份、鉬3份、鎢2份、鉻鐵8份、二氧化硅12份、石墨12份。
本實(shí)施例的低磁性耐磨擦復(fù)合材料是通過(guò)如下方法制備得到的：
(a)配料混料：按照配方比例稱取各粉末原材料，粗混后放入三維混料機(jī)中，混合200分鐘，充分混合均勻，得到混合料，其中。石墨粒度為-50～+150目，二氧化硅粉的粒度為-80目，其余原料粉末的粒度均為-200目；
(b)壓制成型：將混合料裝入400噸壓機(jī)的自動(dòng)模具中壓制成型，壓制密度為5.1g/cm3，得到生坯；
(c)燒結(jié)成型：將生坯與鋼背板粘接好后裝入燒結(jié)爐加壓燒結(jié)，在燒結(jié)溫度為970℃、壓力為7.9MPa條件下，燒結(jié)時(shí)間200分鐘，冷卻出爐，得到低磁性耐磨擦復(fù)合材料。
本實(shí)施例的低磁性耐磨擦復(fù)合材料制備方法步驟(b)中的采用的自動(dòng)模具為磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊形狀相適應(yīng)的的模具，制備得到本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊。
將本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊與機(jī)加工成型的鋼背燕尾板鉚接在一起，得到剎車(chē)片成品。
根據(jù)本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊的物理力學(xué)性能如表3所示：
表3
根據(jù)本實(shí)施例的剎車(chē)片測(cè)得的MM-3000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果如表4所示：
表4
實(shí)施例3
本實(shí)施例的低磁性耐磨擦復(fù)合材料包括如下重量份的各組分：銅58份、錫2份、鎳2份、鉬1份、鎢1份、鉻鐵5份、二氧化硅10份、石墨19份。
本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊是通過(guò)如下方法制備得到的：
(a)配料混料：按照配方比例稱取各粉末原材料，粗混后放入三維混料機(jī)中，混合200分鐘，充分混合均勻，得到混合料，其中石墨粒度為-50～+150目，二氧化硅粉的粒度為-80目，其余原料粉末的粒度均為-200目；
(b)壓制成型：將混合料裝入400噸壓機(jī)的自動(dòng)模具中壓制成型，壓制密度為5.1g/cm3，得到生坯；
(c)燒結(jié)成型：將生坯與鋼背板粘接好后裝入燒結(jié)爐加壓燒結(jié)，在燒結(jié)溫度為970℃、壓力為7.9MPa條件下，燒結(jié)時(shí)間240分鐘，冷卻出爐，得到低磁性耐磨擦復(fù)合材料。
本實(shí)施例的低磁性耐磨擦復(fù)合材料制備方法步驟(b)中的采用的自動(dòng)模具為磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊形狀相適應(yīng)的的模具，制備得到本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊。
將本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊與機(jī)加工成型的鋼背燕尾板鉚接在一起，得到剎車(chē)片成品。
根據(jù)本實(shí)施例的磁懸浮列車(chē)用剎車(chē)塊的物理力學(xué)性能如表5所示：
表5
根據(jù)本實(shí)施例的剎車(chē)片測(cè)得的MM-3000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果如表6所示：
表6
以上所述，僅為本發(fā)明最佳實(shí)施方式，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見(jiàn)地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。