一种高速列车制动用梯度摩擦体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及刹车材料技术领域，具体涉及一种高速列车制动用梯度摩擦体及其制备方法；本发明专利技术在粉末冶金工艺制备一种高速列车制动用梯度摩擦体的过程中，在模具周围施加一个0.2‑0.8T的磁场，作用5‑30s，使本发明专利技术高速列车制动用梯度摩擦体中铁成分重量百分比沿厚度方向呈梯度变化和/或呈连续变化，在使用初期阶段，各方面性能刚好合适，随着使用时间的延长，铁含量增加，弥补一部分的摩擦性能损失，磨耗不会出现显著的变化，摩擦系数稳定，掉边掉角等安全隐患小，使用寿命更高，其制备方法工艺简单，易于工业化，实用性好。

【技术实现步骤摘要】
一种高速列车制动用梯度摩擦体及其制备方法
本专利技术涉及粉末冶金材料
，具体涉及一种高速列车制动用梯度摩擦体及其制备方法。
技术介绍
随着我国高速铁路建设的蓬勃发展，列车的运营速度将继续提升，服役条件也将更加苛刻，对列车制动闸片的综合性能提出了更高的要求。铜基粉末冶金摩擦材料具有良好的导热性，且制动时不易与铸铁制动盘发生粘结，被广泛用于高速列车制动用摩擦材料，铜基粉末冶金摩擦材料主要成分通常包括基体组元铜，强化组元铁、铬、铬铁等，还需添加二硫化钼和石墨等作为润滑剂，添加二氧化硅等陶瓷颗粒作为摩擦组元。制备方法通常为先按一定配比将这种原料混合均匀，可以加入一定粘结剂制成颗粒，再采用粉末液压机压制成具有一定形状和厚度的摩擦体，最后通过高温烧结制备成摩擦材料。铜基粉末冶金摩擦材料是一种均质材料，但摩擦材料在制动过程中是逐渐消耗的，并且在高速列车制动过程中制动闸片制动时产生的最高温度可以达到600-1000℃，相当于摩擦材料在使用过程中会不断经受冷热循环处理，经过一段时间的循环制动后，摩擦材料的硬度和粘结强度会有所降低，同时磨耗增大，寿命缩短；此外，摩擦材料物理性能的变化还容易造成制动过程中出现摩擦体掉边掉角的现象，造成安全隐患。比较普遍的现象是，高铁制动闸片在刚开始使用时性能特别好，经过一段时间后，磨耗开始增大，使用到摩擦体后半部分时，可以发现摩擦材料会发黑变脆，强度降低，磨耗进一步增加。现有中国专利CN105014078A公开了一种静磁场中梯度材料的挤出成型制备方法，将强磁性的金属与弱磁性的陶瓷混合粉末加入有机溶剂、分散剂与粘结剂，均匀混合得到泥料，在挤出机中将泥料进行挤出成型，在挤出口施加0.01-2T的静磁场，获得生坯，再将生坯烧结获得梯度材料，该方法可以通过改变磁场的强度控制材料内组分的分布梯度，制成各种厚度的梯度材料，制备方法实用性好。但是，该材料制备过程中使用的磁场强度过强使得梯度材料的组分梯度过于分散影响材料的稳定性，这种方法需要加入大量的粘结剂，主要关注点在于用挤出工艺，制得的梯度材料并不能成为优异的摩擦材料，更不能满足高速列车高速行驶状态下的对摩擦性能的要求。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于，克服现有技术均质的高速列车制动用粉末冶金摩擦材料在使用过程中性能下降、磨耗增加、寿命缩短的技术问题，提供一种摩擦性能稳定的高速列车制动用梯度摩擦体以及摩擦材料的制备方法。本专利技术提供了一种高速列车制动用梯度摩擦体，所述高速列车制动用梯度摩擦体包括以下质量百分比的原料：铜粉40-60wt％，铁粉12-35wt％，润滑组元7-18wt％，摩擦组元11-25wt％，其中，所述铁粉的粒度范围为5-50um，所述润滑组元的粒度范围为200-850um，所述摩擦组元的粒度范围10-65um；所述高速列车制动用梯度摩擦体中铁成分重量百分比沿厚度方向呈梯度变化和/或呈连续变化。优选的，所述高速列车制动用梯度摩擦体厚度为20-30mm。优选的，所述高速列车制动用梯度摩擦体两个摩擦面的铁含量相差3-5wt％。优选的，所述铜粉粒度范围是20-60um。优选的，所述润滑组元包括石墨和二硫化钼。优选的，所述摩擦组元包括碳化硅和二氧化硅。本专利技术提供了一种高速列车制动用梯度摩擦体的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按以下重量百分比称取原料：铜40-60wt％，铁12-35wt％，润滑组元7-18wt％，摩擦组元11-25wt％；(2)混料：将原料在混料机中混合均匀；(3)梯度化：将混好的原料加入模具中，将模具放于磁场装置的中央，所述磁场装置对原料施加磁场，磁场大小为0.2-0.8T，作用时间为5-30s；(4)压制：施加500-800MPa压力将步骤(3)所得的原料制成压坯；(5)烧结：在氢氮混合保护气体存在下，850-1000℃高温、1-3MPa加压烧结状态下，将压坯烧结1-4h制得高速列车制动用梯度摩擦体。优选的，其特征在于，所述磁场装置为电磁感应装置。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术高速列车制动用梯度摩擦体不仅具有粉末冶金摩擦材料质地均匀、导热性好、机械性能高和摩擦系数高且稳定等优点，还因为其中铁成分质量百分比的梯度变化，与普通无梯度摩擦材料相比，随着制动次数增加和磨耗增加，材料成分和性能上的梯度分布，可以弥补一部分的性能下降，使得力学性能和摩擦性能更加稳定，摩擦体整个摩擦周期的摩擦系数波动不超过0.03，不仅使摩擦体在使用过程中具备稳定的摩擦性能，而且随着使用时间的延长，磨耗不会出现显著的变化，出现掉边掉角等几率更小，延长了摩擦体的使用寿命，增加行车制动的安全性。2、本专利技术高速列车制动用梯度摩擦体采用5-50um粒度大小范围的铁粉，在磁场作用下移动，粉末中小部分的粒径小、游离态的铁粉在磁场下的运动，形成摩擦体厚度方向上的成分梯度，从而物理性能也呈现梯度变化，大颗粒、通过粘结剂粘附或被包裹在其它无磁颗粒上的铁颗粒不会发生移动；采用200-850um粒度大小范围的润滑组元对铁粉的运动起阻挡作用，部分区域的小颗粒铁粉会由于阻碍而没有运动空间，无法发生运动，不会造成大面积的铁粉颗粒运动而引起铁成分明显的不均匀分布，使得梯度分布不至于太显著，维持摩擦性能的稳定性。3、本专利技术使用粉末冶金工艺制备高速列车制动用梯度摩擦体，制备效率高，制备方法简单，实用性好。4、本专利技术一种高速列车制动用梯度摩擦体的制备方法通过在模具周围添加一个产生0.2-0.8T的均匀磁场的电磁感应装置，在粉末摩擦材料梯度化过程中，通过调节磁场大小和作用时间来调节可以运动的铁粉颗粒的大小及运动距离，本专利技术所用的磁场强度较小，作用时间较短，能得到理想的梯度，从而使得摩擦体的具有稳定摩擦系数。5、本专利技术梯度化过程中将模具放于磁场中央，采用电磁感应装置对模具施加磁场，电磁感应装置能产生稳定的且易于调节大小的磁场，使得作用于铁粉的磁场稳定而均匀，从而使得闸片的铁成分梯度稳定均匀，提高闸片的机械性能和摩擦性能的稳定性。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1本实施例提供了一种高速列车制动用梯度摩擦体，1重量份(5kg)原料包括以下重量的成分：粒度范围是20-40um的铜粉2000g，粒度范围是5-20um的铁粉1750g，粒度范围是200-300um的石墨350g，粒度范围是300-400um二硫化钼350g，粒度范围是10-20um的碳化硅250g，粒度范围是20-30um的二氧化硅300g。本实施例高速列车制动用梯度摩擦材料厚度为20mm。按上述重量称取原料，进行混合，将混好的原料加入模具中，将模具放于电磁感应装置的中央，所述磁场装置对原料施加磁场，磁场大小为0.2T，作用时间为30s；施加500MPa压力将经过静磁场作用的原料制成压坯；在氢氮混合保护气体存在下，850℃高温、1MPa加压状态下，将压坯烧结1h制得高速列车制动用梯度摩擦体A。实施例2本实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速列车制动用梯度摩擦体，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：铜粉40‑60wt％，铁粉12‑35wt％，润滑组元7‑18wt％，摩擦组元11‑25wt％，其中，所述铁粉的粒度范围为5‑50um，所述润滑组元的粒度范围为200‑850um，所述摩擦组元的粒度范围10‑65um；所述高速列车制动用梯度摩擦体中铁成分重量百分比沿厚度方向呈梯度变化和/或呈连续变化。

【技术特征摘要】
1.一种高速列车制动用梯度摩擦体，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：铜粉40-60wt％，铁粉12-35wt％，润滑组元7-18wt％，摩擦组元11-25wt％，其中，所述铁粉的粒度范围为5-50um，所述润滑组元的粒度范围为200-850um，所述摩擦组元的粒度范围10-65um；所述高速列车制动用梯度摩擦体中铁成分重量百分比沿厚度方向呈梯度变化和/或呈连续变化。2.根据权利要求1所述的高速列车制动用梯度摩擦体，其特征在于，所述高速列车制动用梯度摩擦体厚度为20-30mm。3.根据权利要求1所述的高速列车制动用梯度摩擦体，其特征在于，所述高速列车制动用梯度摩擦体两个摩擦面的铁含量相差3-5wt％。4.根据权利要求1-3任一项所述高速列车制动用梯度摩擦体，所述铜粉粒度范围是20-60um。5.根据权利要求1-3所述的高速列车制动用梯度摩擦体，其特征在于，所述润滑组元包括石墨和二硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴佩芳，释加才让，李发长，曹静武，胡晨，程景琳，
申请(专利权)人：北京天仁道和新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11