[发明专利]高速列车用纤维增强铜基制动闸片及制备和摩擦制动性能

说明书

本发明一种高速列车用纤维增强铜基制动闸片及制备和摩擦制动性能，包括质量百分比为80‑98.5％的金属粉末，质量百分比为1‑15％的非金属粉末，质量百分比为0.5‑5％的纤维组元；非金属粉末中粒状石墨粉与鳞片石墨粉和金属粉末中的铬粉与高碳铬铁粉均按照比例添加，纤维组元为不同性质纤维混合使用。将上述粉末按比例混合均匀，冷压成形后热压烧结，得到铜基粉末冶金闸片。所得闸片按照低压低速，高压高速，高压高速连续紧急制动三阶段制动程序进行摩擦制动性能检测，检测方法能够反映出高速列车制动用铜基粉末冶金闸片的摩擦制动性能。该闸片在高速下具有较高的摩擦系数，摩擦系数稳定、衰减小，磨损量低以及对制动盘的损伤小优点。

技术领域

本发明属于粉末冶金摩擦材料制备技术领域，尤其涉及一种高速列车用纤维增强铜基制动闸片及制备和摩擦制动性能。

背景技术

高速列车基础制动装置一般采用盘形制动，利用闸片与制动盘相接触产生的摩擦力实现减速或停车。闸片与制动盘构成摩擦副，其中制动闸片是保证高速列车运行安全的关键部件，其性能优劣直接影响高速列车的制动性能、制动盘和闸片本身的使用寿命及列车的运行安全。随着列车运行速度的提高和载荷的增大，其对制动闸片的性能要求也越来越高。德国高铁ICE的最高速度达到406.9km/h,法国高铁TGV的V150超高速列车的试验行驶速度达到578.4km/h,日本高速列车稳定运行速度为300km/h，中国的复兴号高速列车组的稳定运行速度更是达到了350km/h。

目前，高速列车制动用闸片主要是铜基粉末冶金闸片，这是由于铜基闸片具有优异的摩擦性能、优异的制动效果、以及良好的导热性能。但是，随着列车高速化，制动负荷越来越大，制动时产生的热能及热冲击也大大增加。摩擦表面铜在高挤压压力和高的温度下发生软化流动，造成摩擦系数在制动过程中产生较大的波动和明显的热衰退。此外，现有闸片对制动盘的损伤较大。提高摩擦系数的稳定性、降低摩擦系数的热衰退以及更好的保护制动盘是开发高性能铜基粉末冶金闸片的三个重要方面。

铜基闸片的性能很大程度上受组元性质和含量的影响。目前减缓铜基体在高温下的软化，阻碍其流动的方法主要是通过在铜基体中添加强化组元来实现，比如铁，二氧化硅，碳化硅，氧化铝等颗粒。这种强化作用主要来自于颗粒在铜基体中的均匀分布。另外，存在于摩擦表面的硬质颗粒本身强度就比铜基体大，在摩擦过程中当较软的基体磨损软化后，颗粒突出于摩擦表面,直接与对偶表面相接触，提高摩擦阻力。但是高温下铜基闸片材料的软化主要发生在摩擦表层，一旦表层软化，在剧烈的循环热应力与压力的条件下，突出的硬质颗粒由于颗粒状形貌特点以及与铜基体较弱的界面结合，不足以承载过高的载荷，容易从基体中脱落甚至破碎，这样会大幅度降低硬质颗粒对软化流动的摩擦膜的钉扎和保护作用，从而使闸片材料摩擦表层不能形成稳定的摩擦膜。摩擦表层的软化和流动是造成高速下摩擦系数的衰退和磨损量剧烈升高的主要原因。因此，本发明通过调节添加组元的种类、含量及比例来控制摩擦膜的性质，进而调控摩擦系数的大小、提高摩擦系数的稳定性、降低磨损量，使其适合更高速度等级的高速列车。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有高速列车制动用铜基制动闸片高温摩擦系数波动较大、摩擦系数衰退较大、耐磨性能较低以及现有闸片对制动盘的损伤较大的问题，提供了一种通过多组元协同配合来提高铜基闸片摩擦制动性能的方法。通过添加柔性纤维状组元(碳纤维)或刚性纤维状摩擦组元(氧化铝纤维或碳化硅纤维)对铜基体进行强化。此外，为了提高闸片的成分均匀性，减小密度差异较大的组元的偏析，采用喷雾喷洒的方式添加粘结剂，使低密度的石墨或纤维组元均匀粘附在基体粉末颗粒表面，从而获得成分均匀，无偏析的铜基混合粉末。在压制成形过程中，由于摩擦块的厚度较大，采用双向压制保证压坯密度的均匀性，并采用复压复烧的方法来提高闸片的密度和剪切强度，最终制备出在高速下具有较高的摩擦系数，且摩擦系数稳定、磨损量低、对制动盘损伤小的高速列车制动闸片。

为实现本发明的目的，采用以下制备技术方案：一种高速列车用纤维增强铜基粉末冶金制动闸片，