[发明专利]用于轨道交通车辆制动系统的制动闸片的摩擦材料、制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术，尤其涉及一种用于轨道交通车辆制动系统制动闸片的摩擦材料、制备方法及用途。

背景技术

摩擦材料是各种机械设备的制动器、离合器和摩擦传动装置中不可缺少的材料之一，他是利用摩擦使运动物体的动能转化为热能，从而使物体减速或停止运动的一种多元复合材料。自从车辆发明以来，就开始了摩擦材料的研究。近20年来，随着运输事业的蓬勃发展，摩擦材料发展尤为迅猛，出现了许多新型摩擦材料，并广泛应用于各类工程机械和交通运输工具上。21世纪科技发展的趋势是高速、环保和节能，为适应这一新形势发展的需要，对摩擦材料的综合性能提出更高的要求。

摩擦材料可分为非金属基和金属基两大类，传统非金属基摩擦材料主要是石棉摩擦材料，因其易造成环境污染和高温稳定性不佳，已逐渐被近些年来碳/碳复合材料所取代。金属基摩擦材料分为单体金属和粉末冶金摩擦材料，前者主要是指钢、铸铁、青铜等，粉末冶金摩擦材料则主要是指铁基、铜基以及铁铜基摩擦材料。单体金属摩擦材料由于易粘结和高温高速下摩擦因数低等缺点而被其它材料所取代，粉末冶金摩擦材料在材料配比方面具有特别的灵活性和广泛性，且在高速、高负荷条件下表现出良好的摩擦磨损性能，因此其应用范围较其它材料广泛。

随着国民经济的快速发展，铁路客货运输量迅速增加，铁路运输的高速化已成为必然的发展趋势。我国目前运营的动车组最高时速已经达到350km/h以上。列车高速化对制动摩擦材料提出了更高的要求，发达国家对列车制动摩擦材料的研制经历了铸铁、合成闸片/瓦、铁基和铜基烧结闸片/瓦阶段，并已向铝合金基复合材料及C/C复合材料闸片/瓦阶段发展，其中技术最成熟、应用最广泛的是粉末冶金制动闸片/瓦。合成材料和铜基粉末冶金材料有较好的性价比，但合成材料在高速时会把轮面磨得光滑如镜，大大降低摩擦系数。而铜基粉末冶金有较好的综合性能。

粉末冶金刹车材料又称烧结金属刹车材料，是以金属及其合金为基体，添加摩擦组元和润滑组元，用粉末冶金方法制成的复合材料。粉末冶金刹车材料具有足够的强度，合适而稳定的摩擦系数，工作平稳可靠，耐磨及污染少等优点，是现代刹车材料家族中应用较广泛的材料之一。

采用粉末冶金技术生产闸瓦与闸片，不但在性能质量上具有突出的优点，在组分的设计、产品的多样化上也极具灵活性。采用粉末冶金技术可以任意改变材料的组分，可以避免传统制造工艺中的疏松、缩孔、材料组织的枝晶偏析及晶粒长大等铸造缺陷，有助于提高零件的各项力学性能。用粉末冶金技术制备列车制动闸瓦和闸片已取得了很大的成功，形成了粉末冶金铁基、铜基、铁-铜基为主体的粉末冶金摩擦材料体系。对材料的组成、工艺等与性能之间的关系进行了很多研究，这些研究使得粉末冶金摩擦材料的生产技术与产品性能不断提高。

铜基粉末冶金摩擦材料是以铜粉为主要成分，此外含有润滑组元石墨和摩擦组元陶瓷颗粒以及强化铜基体的合金元素等多种组分。铜基粉末冶金摩擦材料在飞机、高速列车、汽车、船舶、工程机械等刹车装置上的应用发展较快。瑞典、加拿大等国的高速列车，大功率机车，日本的新干线，德国ICEZ高速列车和法国TGV一A高速列车等均使用这种闸片，且都取得了优异的制动效果。

用于高速列车制动闸片的摩擦材料应满足下列要求：

(1)、应具有高而稳定的摩擦系数，即使受雨雪或酷热条件的影响，摩擦系数也不降低；

(2)、抗热裂性和耐磨性好，以延长使用寿命；

(3)、对制动盘不产生异常磨损和其它形式的损伤；

(4)、价格便宜。

铜基粉末冶金闸片比铁基具有更好的综合性能。日本高速列车所采用的铜基粉末冶金闸片成分为：Cu60％-70％，Sn5％-25％，另加入少量摩擦稳定剂。先将它们搅拌均匀，后高压成型，再与镀银的补强板粘合在一起进行烧结。用低合金铸铁、低合金锻钢及铝基复合材料制备出的制动圆盘都可配用铜基、铜一铁基粉末冶金闸片。

近几年，国内也开始系统地研究铁基、铜基、铁铜基粉末冶金摩擦材料。例如对铜基航空刹车材料的制备工艺的系统研究，二硫化钼对摩擦磨损性能的研究，对于应用于高速机车、飞机制动、空间对接材料方面的铜基摩擦材料及粉末冶金航空刹车副温度场进行的研究，为制备新型的摩擦材料提供了理论基础。