粉末冶金制动闸片摩擦材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种粉末冶金制动闸片摩擦材料及其制备方法，其制备方法包括以下具体步骤：A、原材料称重，所述原材料包括以下质量百分比的组分：铜：46%～56%，铬铁合金：25%～35%，石墨：8%～18%，碳化硅：4%～7%；B、将原材料充分混匀；C、将原材料压制成形，压制的压力为15MPa～20MPa；D、加压烧结，烧结温度为950℃～1050℃，烧结时间为7h～15h，烧结压力为0.5MPa～3MPa。本发明专利技术制得的粉末冶金制动闸片摩擦材料纯净度高，摩擦性能优异，成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备制动闸片的粉末冶金材料，以及该材料的制备方法。
技术介绍
粉末冶金材料尤其是铜、铁基粉末冶金摩擦材料作为摩擦磨损部件的关键材料，广泛应用于列车、飞机、坦克等大型运输工具之中。随着世界铁路向高速、重载的快速发展，对粉末冶金材料的性能提出了越来越高的要求。列车在制动过程中，列车动能将在短时间内将动能转化为热能并通过制动盘和制动闸片消散掉，这对制动闸片是一个严酷考验，而制动闸片通常是由摩擦块、金属钢背和燕尾板等零部件组成，制动闸片摩擦块在制动盘盘面圆环上滑动摩擦，依靠摩擦力将列车最终停下来，制动闸片摩擦材料的性能好坏直接决定了列车制动的安全性和舒适性。制动闸片在工作时，承受高温、高压、冲击载荷、交变应力等综合作用，其服役条件极为苛刻。传统的合成材料由于使用温度低，无法满足铁路高速化和重载化的发展需求。目前，高速和重载列车大多使用的是粉末冶金制动闸片。中国专利文献CN1257903（申请号：99122593.7）公开了一种制动用粉末冶金摩擦材料，该摩擦材料的组分含量为：铜粉：15～30%，锡粉：3～7%，锑粉：0.5～3%，二硫化钼粉：1～3%，石墨：6～12%，氧化铝粉：1.5～6%，氧化硅粉：1.5～6%，铁粉余量，制造工艺压制后在还原性气氛下载980～1000℃下烧结2小时。该方法制得的摩擦材料密度在4.3～4.8g/cm3，硬度28～42HB，密度较低，但硬度较高，且含有铅粉对人体和环境有危害，不符合环保要求。中国专利文献CN1272454（申请号：03126347.X）公开了一种铜基粉末冶金摩擦材料，该摩擦材料的组分含量为：铜粉：40～80%，锡粉：3～10%，铁粉：2～20%，铝粉：2～10%，碳化硅：1～3%，四硼化碳：1～3%，石墨：1～15%，铅粉：0～10%，二硫化钼：2～10%，钡粉：5～20%，锰粉：0～2%，镁粉：0～2%，二氟化钙：0～2%，制造工艺在950～1050℃烧结温度下加压烧结1.5～2小时。该方法制得的摩擦材料平均磨耗量0.3～0.65，波动范围大，硬度高，且含有铅粉对人体和环境有危害，不符合环保要求。中国专利文献CN100467659（申请号：200610134187.X）公开了一种铜基粒子强化摩擦材料该摩擦材料的组分含量为：铜粉：30～70%，锡粉：4～11%，铝粉：1～15%，铁粉：5～18%，氧化铝：2～15%，氧化硅：2～15%，铁铬合金：0～15%，石墨：5～20%。制造工艺为采用钟罩式加压烧结法在还原性气氛下载780～880℃下烧结40～60分钟，烧结压力1～2MPa，或采用电流直加热模压烧结成型法在真空条件下750～900℃下烧结3～5分钟，烧结压力为10～50MPa。该方法制得的摩擦材料密度5.0～5.6g/cm3，硬度60～70HB，平均摩擦系数0.35～0.49，磨耗量0.41～0.65cm3/MJ，摩擦系数波动较大，磨耗量超过中国铁路行业标准和UIC（国际铁路联盟）相关规定要求。中国专利文献CN101280374（申请号：200810031315.7）公开了一种高速动车组用粉末冶金制动闸片及其制备工艺，该摩擦材料的组分含量为：锡粉：1～8%，铁粉：4～10%，铜粉：50～80%，碳化硅：1～3%，石墨：6～12%，海砂：1～8%，三氧化二铝：1～4%，硼铁：1～10%，二硫化钼：1～5%以及硅铁：2～8%；制造工艺为原料混合均匀，混合粉在压制压力350～600MPa下得到压坯，压坯放入具有氢气保护的加压烧结炉中制备粉末冶金制动闸片材料，烧结工艺为烧结炉升温到680～740℃的过程中压力为0.8～1.2MPa，再升温到900～980℃的过程中压力为1.8～2.2MPa，温度达到900～980℃后保温，保温压力为2.3～3.0MPa。该方法制得的摩擦材料密度5.6～6.2g/cm3，表观硬度10～40HB，平均摩擦系数0.3～0.38，密度和硬度较高，平均摩擦系数较低。中国专利文献CN101493127（申请号：200810067969.7）公开了一种铜基粉末冶金高速闸片，该摩擦材料的组分含量为：铜粉：50～70%，铋粉：2～5%，颗粒石墨：5～11%，氮化硼：1～4%，锡粉：4～8%，铬粉1～5%，钛粉：1～5%，镍粉：2～6%，铁粉：3～8%，三氧化二铝：2～6%，二氧化硅：3～8%，锆英石：2～7%。该方法制得的摩擦材料密度高达5.8g/cm3，磨耗量为0.284cm3/MJ，摩擦系数在0.3～0.45之间，波动范围较大，磨耗量较高。从上述现有技术可知，现有的粉末冶金材料存在配方中合金组分种类过于繁杂，且制备工艺复杂，摩擦材料密度和硬度较高，摩擦系数稳定性差，对制动盘损伤较大等技术缺陷，且部分合金组分为贵金属，生产成本高，配方中还会添加铅粉等对环境和人体健康有害的原料组分。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种纯净度高，摩擦性能优异，成本较低的粉末冶金制动闸片摩擦材料，以及该材料的制备方法。本专利技术为解决上述技术问题提出的一种技术方案是：一种粉末冶金制动闸片摩擦材料，由原材料烧结而成，所述原材料包括以下质量百分比的组分：铜：46%～56%，铬铁合金：25%～35%，石墨：8%～18%，碳化硅：4%～7%。上述铬铁合金中包括以下质量百分比的组分：铬：30%～50%，碳：2%～5%，硅：0.5%～2%，余量为铁。上述一种优选的技术方案是：所述铬铁合金的质量百分比含量为29%～33%，所述石墨的质量百分比含量为10%～15%。上述一种优选的技术方案是：所述碳化硅的质量百分比含量为4.5%～5.5%。上述一种优选的技术方案是：所述石墨是鳞片石墨。为了使得摩擦材料获得更加稳定的摩擦性能，上述一种优选的技术方案是：所述材料的密度为4.1g/cm3～4.6g/cm3；所述材料用直径为10mm的硬质合金球，在250kgf的试验载荷作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为10～17；所述材料的基体界面剪切强度为4MPa～6MPa。本专利技术为解决上述技术问题提出的另一种技术方案是：一种粉末冶金制动闸片摩擦材料的制备方法，包括以下具体步骤：A、原材料称重，所述原材料包括以下质量百分比的组分：铜：46%～56%，铬铁合金：25%～35%，石墨：8%～18%，碳化硅：4%～7%；B、将原材料充分混匀；C、将原材料压制成形，压制的压力为15MPa～20MPa；D、加压烧结，烧结温度为950℃～1050℃，烧结时间为7h～15h，烧结压力为0.5MPa～3MPa。上述一种优选的技术方案是：所述步骤B中，向原材料内添加占原材料总质量0.3%～0.8%的粘合剂，所述粘合剂用于防止粉末混合料偏析，所述粘合剂是煤油或酒精。上述一种优选的技术方案是：所述步骤B中，采用犁刀式高速混料机，混合时间为15min～45min。上述一种优选的技术方案是：所述步骤D中，采用能分步升温的钟罩式加压烧结炉进行加压烧结，采用氨分解炉制得的氢气和氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉末冶金制动闸片摩擦材料，由原材料烧结而成，其特征在于，所述原材料包括以下质量百分比的组分：铜：46%～56%，铬铁合金：25%～35%，石墨：8%～18%，碳化硅：4%～7%。

【技术特征摘要】
1.一种粉末冶金制动闸片摩擦材料，由原材料烧结而成，其特征在于，所述原材料包括以下质量百分比的组分：铜：46%～56%，铬铁合金：25%～35%，石墨：8%～18%，碳化硅：4%～7%。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金制动闸片摩擦材料，其特征在于：所述铬铁合金中包括以下质量百分比的组分：铬：30%～50%，碳：2%～5%，硅：0.5%～2%，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金制动闸片摩擦材料，其特征在于：所述铬铁合金的质量百分比含量为29%～33%，所述石墨的质量百分比含量为10%～15%。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金制动闸片摩擦材料，其特征在于：所述碳化硅的质量百分比含量为5%～6%。
5.根据权利要求1所述的粉末冶金制动闸片摩擦材料，其特征在于：所述石墨是鳞片石墨。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的粉末冶金制动闸片摩擦材料，其特征在于：所述材料的密度为4.1g...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，朱松，潘祺睿，吴射章，陈辉，钱坤才，
申请(专利权)人：常州南车铁马科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32