[发明专利]一种含混合石墨的铜基粉末冶金摩擦材料及制备方法

说明书

本发明公开一种含混合石墨的铜基粉末冶金摩擦材料及制备方法，该材料主要包含Cu、Fe、Cr‑Fe、MoS₂、Sn、焦炭和鳞片石墨。其中各成分质量百分比如下：Cu（余量）、Fe（12~16%）、Cr‑Fe（12~16%）、MoS₂（2~4%）、Sn（1~4%）、焦炭（1~9%）和鳞片石墨（1~9%）。焦炭和鳞片石墨的总量不高于9%，二者以适当的比例加入。原料粉末经混料、冷压、烧结三步形成摩擦材料。本发明提供的含混合石墨的铜基摩擦材料在高速制动条件下具有摩擦系数高，摩擦性能稳定的特点。由于材料中含有焦炭，在保证了强度和摩擦系数的同时，缓解了制动过程中的摩擦振动现象，从而提高了铜基摩擦材料的摩擦磨损性能及其稳定性，尤其适用于高速列车制动闸片。

技术领域

本发明属于摩擦材料制造技术领域，特别涉及一种含混合石墨的铜基粉末冶金摩擦材料及制备方法，尤其是用于制造高速列车的制动闸片材料。

背景技术

目前高速列车中使用最广泛的制动材料为铜基粉末冶金摩擦材料，这类材料大多以铜为基体，含有铁、二氧化硅、铬铁合金等硬质颗粒组成的增磨相，以及石墨、二硫化钼等固体润滑颗粒组成的润滑相。基体主导着材料的强度、韧性和导热性等整体性能。增磨相铁、二氧化硅、铬铁合金等硬质颗粒起到增磨作用。增磨相具有很高的硬度和强度，能够增加摩擦系数，同时防止基体流失从而提高耐磨性。而石墨等润滑相，起到润滑作用，可调整摩擦系数，提高摩擦材料的工作稳定性和耐磨性，也有利于降低对偶材料的磨损，并使摩擦副工作平稳。随着列车速度及制定负荷的不断增加，制动材料工作过程表面平均温度达到500℃以上，瞬时温度接近1000℃以上，对铜基粉末冶金材料的摩擦磨损性能提出了更高的要求。然而，现有铜基摩擦材料在这种服役条件下易于出现摩擦系数不稳定，磨损量大等问题。因此，亟需开发新的摩擦材料，弥补现有摩擦材料的不足。

在铜基粉末冶金摩擦材料方面，已有一些相关专利报道。

如中国专利申请号200610134187.X（一种铜基粒子强化摩擦材料）描述的铜基粉末冶金摩擦材料，其配方为Cu（30~70%）、Fe（5~18%）、Cr-Fe（0~15%）、SiO₂（2~15%）、Al₂O₃（2~15%）、Sn（4~11%）、Al(1~15%)和鳞片石墨（5~20%）。其摩擦材料的摩擦系数为0.35~0.49，磨损量0.41~0.65cm³/MJ。

如中国专利申请号201710085015.6（铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法）描述的铜基粉末冶金摩擦材料，其配方为Sn（6~8%）、Fe（3~6%）、Ni（4~7%）、SiO₂（4~7%）、石墨粉（5~6%）、纳米SiC（0.5~4%）、Cu（余量）。其摩擦材料的摩擦系数为0.28~0.47。

中国专利申请号201710907845.2公布了一种利用3D打印装置制备摩擦材料的方法，对比文件中公开了：Cu：40~60%、Fe：5~30%、Sn：1~15%、Cr：0~10%、Cr-Fe：0~8%、SiO₂：5~10%、Al₂O₃：3~15%，MoS₂：0~6%、石墨：5~12%。但是，在摩擦材料中只采用石墨组元只为单一石墨。

中国专利公开号CN105014956A公布了一种适于复合材料硬胶接结构的闭角内增压工艺，该专利中使用了人造石墨和鳞片石墨的混合物加入树脂基摩擦材料中，可降低材料的热衰退，但是对比文件提及的材料基本为有机物，大多用于制动能量较低的汽车等运输工具的制动，制动能量和制动时材料的瞬时温度均较低。而铜基摩擦材料多用于高速列车，制动能量大、瞬时温度高，可达500℃以上。而且，此专利涉及的材料中，由鳞片状石墨和人造石墨组成的润滑剂含量为11~15%。