[发明专利]一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片及制备方法

说明书

一种与碳陶盘匹配的粉末冶金制动闸片及其制备方法，成分包括铁粉，铜粉，鳞片状石墨，石墨烯，硫化亚铁粉，球形铬粉、钼粉、铬铁合金粉末，钼铁合金粉末、碳化硅和二氧化钛。所制备的铁基制动闸片通过混粉，压制和在振荡压力下烧结而成，其突出优点包括：(1)铁粉强度高，来源广，价格低廉；(2)石墨烯均匀分布在基体中与铁反应生成珠光体进一步增加基体强度提高高温下摩擦系数稳定以及耐磨性；(3)球形硬质颗粒与铁基体界面结合好，并且对碳陶盘的损伤较小。该方法制备出的铜基制动闸片能与碳陶盘匹配在高速下提供稳定并且较高的摩擦系数，较低的磨损量以及延长制动盘使用寿命，并且易于制备价格低廉，能够适用于速度达350km/h及以上的高速铁路列车制动系统。

技术领域

本发明属于粉末冶金工艺生产高速列车制动闸片技术领域，特别提供了一种与碳陶盘匹配的粉末冶金制动闸片。

背景技术

现在广泛应运于高速列车的制动装置主要是由合金钢盘和铜基制动闸片相匹配的制动副。在其他辅助制动方式均失效或者紧急制动的情况下，列车的制动主要通过铜基制动闸片抱刹合金钢制动盘的方式来进行。这主要是利用铜优良的导热性，易加工性以及原料来源广泛。然而随着列车制动速度以及载荷的提高，在摩擦过程中，摩擦界面会出现更高的热量(瞬时温度可能高达1000℃)以及更大的应力。在二者的共同作用下铜基体将会软化，导致力学性能以及摩擦性能失效，最典型的表现就是在高速高压下连续紧急制动时摩擦系数出现衰退。

为了实现列车轻量化，已经应用于高端跑车、飞机等的碳陶制动盘已经成为列车制动盘的热点候选材料之一。碳陶盘具有强度高，耐高温并且密度低等特性，一旦应用于高速列车能够降低列车的重量，并且能够使得制动副承受更高的温度。然而，与碳陶制动盘匹配的闸片材料尚没有最佳的选择。虽然目前铜基制动闸片能够做到性能稳定并且大规模生产，但是当其与碳陶盘匹配时，由于需要在更短的制动时间消耗更大的热量，摩擦界面温升剧烈，依然会导致摩擦系数衰退并且失稳，磨损量异常增大。专利文献CN111286642A“一种适用于碳陶制动盘的铜基摩擦材料及其制备方法”试图通过对铜基制动闸片的成分进行改良来使得其能够匹配碳陶制动盘，然而铜的质量百分比仍然高达52-60％，这并不能从根本上解决高温摩擦下铜基体的强度低的问题。

基于此，我们将铁粉作为基体制备全新的能够与碳陶盘匹配的铁基粉末冶金闸片。由于铁的熔点较高，因此制备的铁基制动闸片耐高温，其强度、硬度、塑性、耐热性和抗氧化性等性能也可通过添加其它合金元素加以调整，从而使得铁基制动闸片在高温高负荷下显示出优良的摩擦性能。此外，铁粉来源更加广泛，成本也更低。而之所以之前没有应用在高速铁路列车上，其中很大一个原因便是铁粉与同为合金钢的制动盘具有相似，铁与铁之间易于产生黏着，从而造成摩擦系数不稳定以及磨损量异常增大。但是对于碳陶材质的制动盘，其能更好的发挥其优良的力学以及摩擦磨损性能。专利CN108691935A“铁基摩擦材料”，通过添加铁，非碳质润滑剂的一种或多种润滑剂，以及含钼的化合物，含钨的化合物，硫化锌，含氟化物和金属的化合物，碱土金属磷酸盐、硫酸盐或这两者，一种或多种填料材料，较多的有机粘结剂并且其中不含石棉并且基本上没有铜来制备铁基摩擦材料。专利CN104399970A“一种铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法”通过添加铁粉，铜粉，锰粉，石墨粉，碳化硅粉，二硫化钼粉，二氧化硅粉，三氧化二铝粉和沉淀硫酸钡粉制备应用于低速下的铁基摩擦材料。专利CN106086718A“一种离合器铁基复合摩擦材料及其制备方法”利用灰铸铁粉或球墨铸铁粉，耐磨粉料，石墨粉及炭纤维制备离合器用铁基摩擦材料。这些都不能与碳陶盘匹配应用于高速列车的制动。

针对上述情况，本发明提出了一种新型铁基摩擦材料，通过设计组元成分，精确调控含量以及控制制备方法，制备出的闸片能够与碳陶制动盘产生良好的配合，并且能够在高速下实现较高并且稳定的摩擦系数以及较低的磨损量。

发明内容

本发明的目的在于设计并制备一种与碳陶制动盘匹配的铁基粉末冶金制动闸片，通过控制成分设计以及制备工艺，使得该闸片能够适用于更高的制动速度以及载荷下且成本低廉易于大规模生产。

一种与碳陶制动盘匹配的粉末冶金制动闸片，包括下面组分：