[发明专利]一种高通量制备粉末冶金闸片材料的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金制备技术领域，涉及一种高通量制备粉末冶金闸片材料的装置及方法。

背景技术

现代轨道交通具有速度快、运量大、安全等特点。我国轨道交通发展迅猛，已成为世界上高速铁路发展最快，系统技术最全，集成能力最强，运营里程最长，运行速度最高，在建规模最大的国家。高速列车基础制动装置一般采用盘形制动，利用闸片与制动盘产生的摩擦力实现减速或停车。闸片与制动盘组成一对摩擦副，其中制动闸片是保证高速列车运行安全的关键部件，其性能直接影响到制动性能、制动盘和闸片本身的使用寿命及列车的安全运行。

粉末冶金闸片包括铁基闸片和铜基闸片两大类。铁基闸片材料主要以Fe-Ni-C系合金为基体，添加基体强化元素(Cr、Cu等)，摩擦组元(SiO₂、Al₂O₃、SiC、ZrO₂、BC等)和润滑组元(Pb、Sn、Sb、Bi、石墨、MoS₂、磷化物、氮化物及氧化物等)制得的摩擦材料。铜基闸片是以铜作为基体，添加基体强化强化组元(Fe、Ni、Mo、Ti、Sn、Zn、P等)，摩擦组元(SiO₂、A1₂O₃、SiC、石棉、金属、ZrO₂等非金属氧化物、碳化物、氮化物)和润滑组元(石墨、MoS₂、CaF₂、WS₂、B₄C、BN、Pb、Bi等)烧结而成的材料。粉末冶金闸片材料的成分、粘结剂类型和含量、加压烧结工艺参数对闸片材料的制动平稳性、抗粘着性、强韧性、耐磨性、热物理性能、结构可靠性基噪音等特性都有重要的影响。可见，影响粉末冶金闸片材料性能的变量多，影响因素复杂。传统的粉末冶金闸片制品通常采用单次混合、单次压制的材料制备方法，研究周期长，效率低，能够优化的变量的数量有限，试验参数的变量间隔较大，实验优化数据不够精准，不能满足高速发展的轨道交通对闸片材料的多样化需求。

为此，在粉末冶金闸片材料的研制过程中引入高通量研究方法，旨在为粉末冶金闸片材料的成分设计、粘结剂的筛选、粘结化和烧结工艺参数的优化提供一种便捷、快速的方法，提高研发的效率，缩短研制周期。高通量研究方法基于并行处理的粘结化处理装备，以及粉末和压坯的快速检测分析手段，缩小变量间隔，增加试验样品的数量和试验次数，快速筛选最优的合金成分、粘结剂配方和工艺参数。粉末冶金闸片材料的应用范围广，用量大，不同的列车运行速度等级、不同的设计要求以及不同的使用环境对粉末冶金闸片材料的性能要求不同，通过高通量研究方法筛选和设计出与更有针对性的闸片材料对降低闸片成本、提高闸片使用的可靠性和环境适应性具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种高通量制备粉末冶金闸片材料的装置及方法，旨在针对不同的列车运行速度等级和不同的使用环境，快速优化粉末冶金闸片材料的成分、粘结剂配方及烧结工艺参数，从而缩短粉末冶金闸片材料的研制周期，提高设计的精准性。

一种高通量制备粉末冶金闸片材料的装置，其特征在于：

高通量制备装置如图1所示，包括有机物组元储存罐、蠕动泵、计算机、粘结剂组元输送通道、粘结剂溶液储存罐、高压气体、雾化喷嘴通道、锥形混料器、控温装置、气力输送装置、原料粉末储存罐、粉末收成罐、分料器、粉末扬尘性采集单元、粉末流动性和松装密度采集单元、传动带、粉末回收罐、中间料靴、橡胶包套、分段控温烧结炉、密度采集单元和超声无损检测数据采集单元。

有机物组元储存罐通过蠕动泵经粘结剂组元输送通道与粘结剂混合溶液储存罐相连；原料粉末储存罐经雾化喷嘴通道连接锥形混料器，粘结剂溶液储存罐通过蠕动泵连接锥形混料器；每一锥形混料器均装有电热套加热模块、控温装置、入气通道、气体调控装置；锥形混料器下端与收粉装置连接；收粉装置通过下端连接的分料器分别与粉末扬尘性采集单元、粉末流动性和松装密度采集单元、中间料靴相连；粉末扬尘性采集单元与粉末流动性和松装密度采集单元通过传送带与粉末回收罐相连；中间料靴与橡胶包套相连；橡胶包套与分段控温烧结炉衔接；分段控温烧结炉通过传送带与密度采集单元和超声无损检测数据采集单元衔接。