一种高性能风电高速轴制动片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能风电高速轴制动片及其制备方法。所述摩擦材料由如下质量百分比组成的原料制成：铜粉50～80％；铁粉1～6％；高碳铬铁3～10％；铜包石墨8～20％；铜合金粉末8～20％。本发明专利技术提供的风电机组用高速轴制动片，其中的摩擦材料通过研究各组分的作用机理，进行合理配比，优化工艺参数，调节控制各组分的含量及存在形式，使闸片承载合理、散热性能好，所得制动闸片用摩擦材料具有稳定适宜的摩擦因数，强度高，耐磨性好，材料的比热容和密度大，单位体积内能吸收较多的摩擦热量，能够有效承担运行工况中的尖峰负荷，导热性能好，服役时耐高温，工作可靠性高，材料使用寿命长，减少了维修次数，显著提高了风机的发电效率。

A High Performance Wind Power High Speed Shaft Brake Disc and Its Preparation Method

The invention discloses a high-performance wind power high-speed axle brake disc and a preparation method thereof. The friction material is made of raw materials consisting of 50-80% copper powder, 1-6% iron powder, 3-10% high carbon ferrochromium, 8-20% copper-coated graphite and 8-20% copper alloy powder. The high-speed shaft brake pads for wind turbines are provided by the invention, in which the friction material has stable and suitable friction coefficient, high strength, good wear resistance and material by studying the action mechanism of each component, making rational proportioning, optimizing process parameters, adjusting and controlling the content and existing form of each component, so as to make the brake pads have reasonable load-carrying capacity and good heat dissipation performance. It has high specific heat capacity and density, can absorb more friction heat per unit volume, can effectively bear the peak load in operating conditions, has good thermal conductivity, high temperature resistance in service, high reliability, long service life of materials, reduces maintenance times, and significantly improves the power generation efficiency of fans.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能风电高速轴制动片及其制备方法
本专利技术涉及一种高性能风电高速轴制动片及其制备方法。
技术介绍
高速轴制动片是风电机组中不可或缺的组成零件，其性能直接影响着机组的可靠性和安全性。随着风电产业的快速发展，风电机组向着高速、高载的方向发展，风电机组制动片损坏是风电机组产生故障的主要原因之一。当前国内摩擦材料的主性能缺陷是：材料压缩强度差、高温时容易变形且摩擦系数不稳定、噪音污染严重。同时摩擦材料中普遍存在的重金属Pb对环境的污染也是相当严重，无法满足现代工业发展及环保要求，目前国内市场上的风电摩擦片均为进口，价格非常高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高性能风电高速轴制动片及其制备方法，所述制动片具有稳定的摩擦因数，强度高，耐磨性好，其中的摩擦块的导热性好，性能稳定，寿命长，显著提高了风机的发电效率。本专利技术所提供的风电高速轴制动片摩擦材料，由如下质量百分比组成的原料制成：铜粉50～80％；铁粉1～6％；高碳铬铁3～10％；铜包石墨8～20％；铜合金粉末8～20％；具体可为：铜粉67％；铁粉3％；高碳铬铁5％；铜包石墨15％；铜合金粉末10％。本专利技术采用铜包石墨作为原料，解决了石墨与铜润湿结合不好的问题，同时产品成型压力由5MPa降为2Mpa，降低成型压力后，不但可以降低压制工艺能耗，更提高了成型模具寿命。根据产品试验，原有成型模具寿命为1.5万次，压力降低后可达到2.5万次。在所述摩擦材料的基础上，本专利技术进一步提供了一种风电高速轴制动片的制备方法，包括如下步骤：1)将所述摩擦材料的原料与润滑剂和粘结剂混合，然后经压制得到摩擦块生坯；2)将所述摩擦块生坯放置于钢背板上，进行加压烧结得到摩擦块；所述钢背板的表面镀铜；3)对所述摩擦块进行融渗处理，即得到所述风电高速轴制动片。上述的制备方法中，步骤1)中，所述润滑剂可为硬脂酸锌或微粉蜡；所述粘结剂可为煤油或液体石蜡；所述润滑剂的用量可为所述摩擦材料的原料质量的0.2％～1.5％；所述粘结剂的用量可为：1～10ml/kg所述摩擦材料的原料。上述的制备方法中，步骤1)中，所述混合的时间为2～8小时，可在三维混料机中进行混料。上述的制备方法中，步骤2)中，所述钢背板上设有若干个凹槽，所述凹槽与所述摩擦块生坯的凸起相配合，这样配合能够起到增强所述钢背板与所述摩擦块的粘结强度的作用。上述的制备方法中，步骤2)中，所述加压烧结的条件如下：气氛为还原性气氛；压力为0.5～2.5MPa；温度为900～990℃；保温保压时间为2.5～3.5h；保温保压后进行冷却。上述的制备方法中，步骤3)中，所述融渗处理采用的融渗材料的质量百分比组成如下：铜锡合金粉90～95％；铁粉5～10％；具体可为：铜锡合金粉93％；铁粉7％；具体步骤是：在所述摩擦块表面放入压制好的所述融渗材料，在还原气氛中进行高温烧结。上述的制备方法中，步骤3)中，所述融渗处理的条件如下：烧结温度为850℃～950℃；烧结时间为0.5～2h；冷却后即得到所述风电高速轴制动片。上述方法制备得到的风电高速轴制动片也属于本专利技术的保护范围。本专利技术中，摩擦材料初次烧结完成后，添加融渗材料进行二次融渗工艺处理，形成连续且牢固的金属连接相，有效提高了摩擦材料的力学性能。本专利技术提供的风电机组用高速轴制动片，其中的摩擦材料通过研究各组分的作用机理，进行合理配比，优化工艺参数，调节控制各组分的含量及存在形式，使闸片承载合理、散热性能好，所得制动闸片用摩擦材料具有稳定适宜的摩擦因数，强度高，耐磨性好，材料的比热容和密度大，单位体积内能吸收较多的摩擦热量，能够有效承担运行工况中的尖峰负荷，导热性能好，服役时耐高温，工作可靠性高，材料使用寿命长，减少了维修次数，显著提高了风机的发电效率。附图说明图1为摩擦块生坯与钢背配合时的示意图。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1、本实施例采用的摩擦材料的主要组成如下：铜粉67％；铁粉3％；高碳铬铁5％；铜包石墨15％；铜锌合金粉末10％。按照下述步骤制备高性能风电高速轴制动片：(1)混料：把上述摩擦材料用粉末原料按照比例称料，放入三维混料机，添加入0.45％的硬脂酸锌和5ml/kg的煤油(与摩擦材料用粉末原料中的比例)，混料4小时。(2)摩擦块压制：将混好料按照计算好重量放入模具中，压制成摩擦块生坯；其中，铜包石墨作为原料，成型压力由5Mpa降至2Mpa，降低成型压力后，不但可以降低压制工艺能耗，更提高了成型模具寿命。经试验，原有成型模具寿命为1.5万次，压力降低后可达到2.5万次。(3)制动片烧结：如图1所示，将摩擦块生坯3按照顺序放在镀铜后的钢背板1上，摩擦块生坯3凸起处与钢背板上的凹槽2一一对应，从而使摩擦块生坯3与凹槽2配合，进行加压烧结，气氛为氢气，压力为1.0MPa，烧结温度为900℃，保温保压3h，随炉冷却，得到摩擦块。(4)融渗处理：在上述制备得到的制动片摩擦块表面放入压制好的融渗材料(铜锡合金粉：93％、铁粉：7％)，在还原气氛(氢气)中进行高温处理，烧结温度为885℃，时间为1h，冷却后得到所需要性能的风电高速轴制动片。本实施例所制备的制动片，割取3块20mm×15mm的方型样块，在MM3000摩擦实验台进行摩擦试验，产品的最高摩擦温度由普通摩擦材料的550℃降为500℃，材料的剪切强度由8MPa提高至12MPa，压缩强度由110MPa提高至160MPa以上，产品磨耗量由0.15cm3/MJ降为0.11cm3/MJ。同时，摩擦系数稳定保持在0.3～0.4之间。表明所制备的制动片具有稳定适宜的摩擦因数，强度高，耐磨性好。实施例2、本实施例采用的摩擦材料的主要组成如下：铜粉68％；铁粉3％；高碳铬铁4％；铜包石墨10％；铜锌合金粉末15％。按照下述步骤制备高性能风电高速轴制动片：(1)混料：把上述摩擦材料用粉末原料按照比例称料，放入三维混料机，添加入0.45％的硬脂酸锌和5ml/kg的煤油(与摩擦材料用粉末原料中的比例)，混料4小时。(2)摩擦块压制：将混好料按照计算好重量放入模具中，压制成摩擦块生坯；(3)制动片烧结：加压烧结，气氛为氢气，压力为1.0MPa，烧结温度为880℃，保温保压3h随炉冷却，得到摩擦块；(4)融渗处理：在上述制备得到的制动片摩擦块表面放入压制好的融渗材料(铜锡合金粉：95％、铁粉：5％)，在还原气氛(氢气)中进行高温处理，烧结温度为850℃，时间为1h，冷却后得到所需要性能的风电高速轴制动片。本实施例所制备的制动片，割取3块20mm×15mm的方型样块，在MM3000摩擦实验台进行摩擦试验，材料的剪切强度为14MPa，压缩强度为160MPa以上，产品磨耗量0.06cm3/MJ。同时，摩擦系数稳定保持在0.25-0.35之间。表明所制备的制动片磨耗量小，摩擦系数稳定，适用于海上风电机组。本专利技术制动片摩擦材料的比热容大，导热性能好，吸收相同的能量，摩擦材料表面的温度可以降低50°左右，因此具有如下优点：服役时耐高温，工作可靠性高，材料使用寿命长，减少了维修次数，显著提高了风机的发电效率。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电高速轴制动片摩擦材料，由如下质量百分比组成的原料制成：铜粉 50～80％；铁粉 1～6％；高碳铬铁 3～10％；铜包石墨 8～20％；铜合金粉末 8～20％。

【技术特征摘要】
1.一种风电高速轴制动片摩擦材料，由如下质量百分比组成的原料制成：铜粉50～80％；铁粉1～6％；高碳铬铁3～10％；铜包石墨8～20％；铜合金粉末8～20％。2.一种风电高速轴制动片的制备方法，包括如下步骤：1)将权利要求1中所述摩擦材料的原料与润滑剂和粘结剂混合，然后经压制得到摩擦块生坯；2)将所述摩擦块生坯放置于钢背板上，进行加压烧结得到摩擦块；所述钢背板的表面镀铜；3)对所述摩擦块进行融渗处理，即得到所述风电高速轴制动片。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述润滑剂为硬脂酸锌或微粉蜡；所述粘结剂为煤油或液体石蜡。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述混合的时间为2～8小时。5.根据权利要求2-4中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王震宁，
申请(专利权)人：山东百德瑞轨道交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37