[发明专利]以Mn+1XAn层状化合物为减摩相的刹车片摩擦材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速刹车片的摩擦复合材料，属于复合材料制造领域。

背景技术

铁路列车的高速化，亟需相适应的安全刹车系统，而刹车片是关键部件。相关研究表明，现有的刹车片材料，已很难满足车速不断提高的要求，特别是高速状态下制动摩擦引起的摩擦热，对以往半金属刹车片中常用的减摩材料-石墨提出了质疑：摩擦热引起的高温经常超过600℃，甚至更高，会使抗氧化温度只有400℃的石墨发生氧化，从而使刹车片整体的摩擦系数发生较大变化，使刹车片工作不稳定，寿命短，致使高铁安全受到挑战[1 孟凡爱，王焕成，裴龙刚，一种高速列车刹车片及制备方法，中国专利：CN101571173A，2009.11.4]。用于飞机刹车片的碳/碳复合材料也存在性价比不高及易氧化等问题[2 陈贤海，林虹，陈佳纯，摩擦材料以及采用该摩擦材料的飞机刹车片制造工艺，中国专利：CN102604596A，2012.7.25]，即使通过加入较为抗氧化的氮化硼（hBN）、硫化钼（MoS₂）等减摩相，还必须加入8-16%的石墨，难以使人相信该材料能够大幅度提高抗氧化性。同时，大量氮化硼（hBN）、硫化钼（MoS₂）及石墨的加入也起到割裂基体组织的不良作用。因此，在制动过程中稳定的摩擦系数、较高的抗氧化性、良好合适的基体强韧性及经济性就成为这类刹车片摩擦复合材料的基本要求。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺陷和不足，本发明提供一种以Mn+1XAn层状化合物为减摩相的刹车片摩擦材料及制备方法。该发明能够大幅提高高速列车刹车片的力学、物理及摩擦磨损性能，同时具有使用可靠、使用寿命长等优点。

本发明提供的以Mn+1XAn层状化合物为减摩相的刹车片摩擦材料，由如下质量百分比原料制备而成：

铜（Cu）20-60%，镍（Ni）0-20%，铁（Fe）5-15%，氧化硅（SiO₂）3-10%，铬（Cr）0-10%，硫化钼（MoS₂）0-4%，M_n+1XA_n 15-35%。  

本发明中，所述的刹车片摩擦材料均为工业纯原料。

本发明中，所述原料的粒度为：M_n+1XA_n的粒度为70-170目，其余原料的粒度为-200目。

本发明中，所述M_n+1XA_n包括Ti₃SiC₂、Ti₃AlC₂及Ti₂AlN。M_n+1XA_n中含有MA类杂质相，如TiC、TiN，MA类杂质相的含量≤M_n+1XA_n质量的8%。

本发明还提供上述以M_n+1XA_n层状化合物为减摩材料的刹车片摩擦材料的制备方法，具体步骤如下：

⑴.原料配混：按所述配比称取各组分粉料，采用分级混合方法，先将铜、镍、铁、氧化硅、铬及硫化钼，放入三维混料机中混合40-80分钟，然后加入M_n+1XA_n，继续混合10-20分钟，制成复合粉体；

⑵.组装：将混合均匀的复合粉体按需要质量称取，并装入合适的石墨模具中，合上上下压头密封；

⑶.热压烧结：将上述装填好复合粉体的石墨模具置于放电烧结机或热压烧结机的加热仓的上下压头之间，放好后关闭加热仓，抽真空至（6-9）×10^-3Pa，进行烧结，烧结温度：850-950℃，保温时间：10-40min，升温速度：100℃/min，压头压力：15-60MPa；保温完成后，自然冷却至200℃以下泄压，自然冷却至80℃以下停止抽真空；自然冷却至50℃以下，解除真空，打开加热仓，取出烧结体。

采用上述方法获得的铜基的摩擦复合材料烧结体获得的硬度为HRB56-65，相对密度为92-94%，摩擦系数在0.38-0.53之间，并且在室温-600℃条件下仍然保持在这一范围之内，且在初期的数秒之后摩擦系数稳定在0.40-0.43左右，表现出了优异的高温稳定性。