[发明专利]一种粉末冶金摩擦材料及摩擦块的制备方法

说明书

本发明提供一种用于高速列车闸片的低磨耗高稳定性的粉末冶金摩擦材料及摩擦块的制备方法，属于粉末冶金摩擦材料技术领域。粉末冶金摩擦材料的配方按重量百分比包括铜粉40‑65％、铁粉16‑35％、铬铁粉5‑15％、陶瓷纤维0.6‑6％、铬粉0.5‑3％、石墨7‑15％、二硫化钼1‑6％、聚乙烯醇0.5‑4％。制备方法包括以下步骤：步骤1、按重量百分比进行配料并混合均匀，得到混合粉末；步骤2、将步骤1获得的混合粉末带着摩擦块背板进行压制得到素坯；步骤3、将步骤2获得的素坯通过高温烧结工艺制备成所需的摩擦材料。本发明摩擦材料制得的制动闸片在高速制动情况下具有摩擦系数高且稳定、磨损量小、服役寿命长等优点。

技术领域

本发明涉及粉末冶金摩擦材料领域，具体涉及一种用于高速列车闸片的低磨耗高稳定性的粉末冶金摩擦材料及摩擦块的制备方法。

背景技术

摩擦材料是利用其与对偶材质接触产生的摩擦力将运动物体的动能转化为热能的一种结构—功能复合材料，它是各类机械设备的制动器、离合器和摩擦传动装置中不可或缺的材料之一。其摩擦稳定性、耐磨性、耐热性、抗疲劳特性等决定了设备能否平稳、安全的运行。

随着人口、经济、生产要素的流动愈加频繁，对铁路运输的速度也提出了越来越高的要求。以往用于时速低于250km/h的高分子合成材料由于强度低、耐热性差、热衰退严重，已无法满足更高速度的车辆制动的要求。目前在时速250km/h的高速动车组上采用的刹车片主要是具有较高导热、良好耐热性、高摩擦系数的铜基粉末冶金摩擦材料。这类材料的基体主要为铜并辅以少量的铁，这样可以较好的兼顾导热性以及强度方面的需求；为保证能够提供足够的啮合阻力，材料中往往还包含一定量的硬质颗粒组元，如Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄、TiC等；另为了保证摩擦过程平稳并减小材料磨损，材料中还会加入适量的石墨、二硫化钼等润滑组元。

然而，在实践中发现，目前商用的铜基粉末冶金摩擦材料在时速250km/h的条件下制动时磨损会发生由轻微氧化磨损向严重剥层磨损机制的转变。而造成这一转变的原因在于——由于陶瓷/石墨颗粒与铜基体的润湿性差，相界面处存在较多孔隙或裂纹等缺陷，这些缺陷在高速制动过程中剧烈的摩擦热应力以及摩擦剪应力的循环作用下发展为剥层疲劳裂纹，这些裂纹不断增殖并扩展，从而导致材料严重的磨损。由于这类磨损的发生使得材料近表面结构明显破坏，因此往往还伴随着材料摩擦系数的衰退，摩擦稳定性降低。且随着服役时间的延长，材料的强度和摩擦性能都将不断衰减，与全新状态相比摩擦系数会大幅降低、磨耗量增加，导致制动效能低下。

因此，如何对现有的铜基粉末冶金材料的配方和制备工艺进行改进以克服上述不足，是本领域亟待解决的一大重要课题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的铜基粉末冶金闸片在高速、高温条件下制动稳定性下降、磨损恶化的问题，进而提供一种摩擦性能稳定、高速条件磨耗较低的闸片材料及其制备技术。

本发明通过在现有粉末冶金闸片原料体系中引入质量百分数0.6-6％的陶瓷纤维，替代材料中原用的Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄、TiC等颗粒状陶瓷相。由于陶瓷纤维为纤维状，具有较大的长径比，可以使得高速制动条件下的疲劳剥层裂纹发生偏转，从而能够提高材料的韧性，抑制剥层裂纹、热疲劳裂纹的萌生与扩展，克服现役铜基粉末冶金闸片高速制动条件下剥层磨损严重及制动力衰退的问题。

本发明所采用的技术方案包括：

一种粉末冶金摩擦材料，所述粉末冶金摩擦材料的配方按重量百分比包括：铜粉40-65％、铁粉16-35％、铬铁粉5-15％、陶瓷纤维0.6-6％、铬粉0.5-3％、石墨7-15％、二硫化钼1-6％、聚乙烯醇0.5-4％。