增强高速列车制动闸片材料及其制备方法
阅读说明：本技术 增强高速列车制动闸片材料及其制备方法 (Reinforced high-speed train brake pad material and preparation method thereof ) 是由 叶宏煜 金钟铃 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种增强高速列车制动闸片材料及其制备方法,增强高速列车制动闸片材料以质量百分比计,包含以下组分:Cu粉65％；Fe粉8％；高碳铬铁粉7％；MoAl-(0.97)Si-(0.03)B粉7％；石墨粉2％；MoS-(2)粉2％；其中,所述Cu粉、所述Fe粉、所述高碳铬铁粉的粒度均小于85um,所述MoAl-(0.97)Si-(0.03)B粉的粒度范围为90-150um,所述MoS-(2)粉和所述石墨粉的粒度小于95um。本发明提供的增强高速列车制动闸片材料,通过加入MoAl-(0.97)Si-(0.03)B粉,制备得到较高摩擦系数,且摩擦系数稳定、磨损量低、对制动盘损伤小的高速列车制动闸片。(The invention provides a reinforced high-speed train brake pad material and a preparation method thereof, wherein the reinforced high-speed train brake pad material comprises the following components, by mass, 65% of Cu powder; 8% of Fe powder; 7% of high-carbon ferrochrome powder; MoAl 0.97 Si 0.03 7% of B powder; 2% of graphite powder; MoS 2 2% of powder; wherein, the particle sizes of the Cu powder, the Fe powder and the high-carbon ferrochrome powder are all less than 85um, and the MoAl 0.97 Si 0.03 The granularity range of the B powder is 90-150um, and the MoS 2 The particle size of the powder and the graphite powder is less than 95 um. The reinforced high-speed train brake pad material provided by the invention is prepared by adding MoAl 0.97 Si 0.03 And B, preparing the powder to obtain the high-speed train brake pad with high friction coefficient, stable friction coefficient, low abrasion loss and small damage to a brake disc.)
技术领域
本申请涉及技术领域，特别涉及增强高速列车制动闸片材料及其制备方法。
背景技术
高速列车制动闸片是高速列车的安全部件，闸片材料要求具有较高并稳定的摩擦系数，摩擦系数不随运行速度、温度、雨雪环境而发生大的改变，因此材料需要有优异的高温稳定性和良好的自润滑性能。铜基摩擦材料在制动方面具有不可替代的优越性。但是，随着列车高速化，制动负荷逐渐增大，制动时产生的动能及热冲击也大大增加。现有闸片中传统摩擦组元硬度很高且塑性很差，与Cu或Cu合金基体的润湿性较差，降低了摩擦组元与基体间的结合强度，导致摩擦组元在高挤压压力下发生剥落，降低了摩擦系数，对制动盘的损伤也较大。另外摩擦表面铜在高温下发生软化流动，造成摩擦系数在制动过程中产生较大的波动和明显的热衰退。提高摩擦系数的稳定性、减小摩擦系数的热衰退以及更好的保护制动盘是开发高性能铜基粉末冶金闸片的三个主要方面。
MoAl0.97Si0.03B是一种层状结构的材料，兼具陶瓷和金属的优良性能，具有良好的导热和导电性、抗热震性、抗氧化性和裂纹的自愈合性，同时还具有优异的耐磨性和自润滑性以及可加工性。
发明内容
为解决以上技术问题，本申请实施例提供增强高速列车制动闸片材料及其制备方法。
第一方面，本发明提供了一种增强高速列车制动闸片材料，以质量百分比计，包含以下组分:
其中，所述Cu粉、所述Fe粉、所述高碳铬铁粉的粒度均小于100um，所述MoAl0.97Si0.03B粉的粒度范围为50um-200um，所述MoS2粉和所述石墨粉的粒度小于100um。
其中，铜和铁作为基体组元，形成具有力学性能的金属基体；石墨和MoS2作为润滑组元，起到降低磨损的作用；摩擦组元为高碳铬铁，用于提升摩擦系数；强化组元为MoAl0.97Si0.03B，起到固溶强化的作用。
一些实施例中，以质量百分比计，包含以下组分:
一些实施例中，以质量百分比计，包含以下组分:
一些实施例中，所述Cu粉、所述Fe粉、所述高碳铬铁粉的粒度均小于85um，MoAl0.97Si0.03B粉的粒度范围为90um-150um，MoS2粉和石墨粉的粒度小于95um。
一些实施例中，所述Cu粉、所述Fe粉、所述高碳铬铁粉的纯度不小于99.0％；MoAl0.97Si0.03B粉的纯度不小于99.0％；所述MoS2粉和所述石墨粉的纯度不小于99.6％。
第二方面，本发明提供了一种增强高速列车制动闸片材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按所述组分和质量百分配比配制混合料；
S2、将混合料经三维涡流混料机混合均匀；
S3、将混合均匀的混合料压制成型；
S4、将压制成型的压坯与支撑钢背固定，一起放入钟罩炉中于还原气体氛围中热压烧结成型，烧结温度范围为750-1000℃，施压压力范围为3MPa-5MPa。
一些实施例中，步骤S3中，所述压制成型的压力值范围为400Mpa-600Mpa。
一些实施例中，所述还原气体为H2。
一些实施例中，所述烧结温度为800℃-950℃。
一些实施例中，所述热压烧结成型的保温时间1h-3h。
本发明的技术效果为：
本发明提供的增强高速列车制动闸片材料，通过加入MoAl0.97Si0.03B粉，可有效增强铜基体材料的强度、耐磨性、耐冲击性并较小的损失基体，同时还能提高导热性和可加工性，制备得到较高摩擦系数，且摩擦系数稳定、磨损量低、对制动盘损伤小的高速列车制动闸片。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下各实施例和对比例的份数均为质量份。
实施例1
制备一种MoAl0.97Si0.03B增强高速列车制动闸片用材料，各组分质量百分比如下：Cu粉：60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、MoAl0.97Si0.03B粉：8％、石墨粉：14％、MoS2粉：4％。
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、MoAl0.97Si0.03B粉：8％、石墨粉：14％、MoS2粉：4％，其中Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉的纯度为99.0％，粒度为84um；MoAl0.97Si0.03B粉的纯度为99.0％，粒度为90um；MoS2粉和石墨粉的纯度为99.6％，粒度为90um。
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为400MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为950℃，施加压力为3MPa，保温时间1h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为4.915×103kg/m3，平均摩擦系数为0.425，体积磨损量为0.189cm3/MJ。
实施例2
制备一种MoAl0.97Si0.03B增强高速列车制动闸片用材料，各组分质量百分比如下：Cu粉：70％、Fe粉：4％、高碳铬铁粉：10％、MoAl0.97Si0.03B粉：2％、石墨粉：10％、MoS2粉：4％，。
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉：70％、Fe粉：4％、高碳铬铁粉：10％、MoAl0.97Si0.03B粉：2％、石墨粉：10％、MoS2粉：1.5％，其中Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉的纯度为99.3％，粒度为80um；MoAl0.97Si0.03B粉的纯度为99.2％，粒度为100um；MoS2粉和石墨粉的纯度为99.8％，粒度为93um。
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为600MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为800℃，施加压力为5MPa，保温时间3h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为5.345×103kg/m3，平均摩擦系数为0.416，体积磨损量为0.205cm3/MJ。
实施例3
制备一种MoAl0.97Si0.03B增强高速列车制动闸片用材料，各组分质量百分比如下：Cu粉：63％、Fe粉：10％、高碳铬铁粉：4％、MoAl0.97Si0.03B粉：4％％、石墨粉：7.5％、MoS2粉：1.5％。
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉：63％、Fe粉：10％、高碳铬铁粉：4％％、MoAl0.97Si0.03B粉：4％％、石墨粉：7.5％、MoS2粉：1.5％，其中Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉的纯度为99.5％，粒度为82.5um；MoAl0.97Si0.03B粉的纯度为99.4％，粒度为120um；MoS2粉和石墨粉的纯度为99.7％，粒度为91um。
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为400MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为950℃，施加压力为3MPa，保温时间1h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为5.368×103kg/m3，平均摩擦系数为0.428，体积磨损量为0.216cm3/MJ。
实施例4
制备一种MoAl0.97Si0.03B增强高速列车制动闸片用材料，各组分质量百分比如下：Cu粉：67％、Fe粉：6％、高碳铬铁粉：8％、MoAl0.97Si0.03B粉：4％、石墨粉：13.5％、MoS2粉：1.5％。
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉：67％、Fe粉：6％、高碳铬铁粉：8％、MoAl0.97Si0.03B粉：4％、石墨粉：13.5％、MoS2粉：1.5％，其中，Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉的纯度为99.6％，粒度为79.5um；MoAl0.97Si0.03B粉的纯度为99.6％，粒度为130um；MoS2粉和石墨粉的纯度为99.82％，粒度为91um。
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为600MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为800℃，施加压力为5MPa，保温时间3h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为5.438×103kg/m3，平均摩擦系数为0.430，体积磨损量为0.225cm3/MJ。
实施例5
制备一种MoAl0.97Si0.03B增强高速列车制动闸片用材料，各组分质量百分比如下：Cu粉：65％、Fe粉：8％、高碳铬铁粉：7％、MoAl0.97Si0.03B粉：7％、石墨粉：11％、MoS2粉：2％。
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉：65％、Fe粉：8％、高碳铬铁粉：7％、MoAl0.97Si0.03B粉：7％、石墨粉：11％、MoS2粉：2％，其中，Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉的纯度为99.4％，粒度为78mm；MoAl0.97Si0.03B粉的纯度为99.3％，粒度为150um；MoS2粉和石墨粉的纯度为99.8％，粒度为90um。
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为500MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为900℃，施加压力为4MPa，保温时间2h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为5.532×103kg/m3，平均摩擦系数为0.443，磨损量为0.219cm3/MJ。
对比例1
制备一种增强高速列车制动闸片用材料，各组分质量百分比如下：Cu粉：60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、石墨粉：14％、MoS2粉：4％。
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉：60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉2％、石墨粉14％、MoS2粉4％，其中Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉的纯度为99.0％，粒度为84um；MoS2粉和石墨粉的纯度为99.6％，粒度为90um；
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为400MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为950℃，施加压力为3MPa，保温时间1h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为4.315×103kg/m3，平均摩擦系数为0.312，体积磨损量为0.324cm3/MJ。
对比例2
制备一种MoAl0.97Si0.03B增强高速列车制动闸片用材料，各组分质量百分比如下：Cu粉：60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、MoAl0.97Si0.03B粉：2％、石墨粉：14％、MoS2粉：1％。
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉：60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、MoAl0.97Si0.03B粉：2％、石墨粉：14％、MoS2粉：1％；
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为400MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为400℃，施加压力为3MPa，保温时间1h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为4.264×103kg/m3，平均摩擦系数为0.355，体积磨损量为0.289cm3/MJ。
对比例3
制备一种MoAl0.97Si0.03B增强高速列车制动闸片用材料，各组分质量百分比如下：Cu粉：60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、MoAl0.97Si0.03B粉：8％、石墨粉：14％、MoS2粉：4％。
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉：60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、MoAl0.97Si0.03B粉：8％、石墨粉：14％、MoS2粉：4％；
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为400MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为400℃，施加压力为1MPa，保温时间1h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为3.265×103kg/m3，平均摩擦系数为0.365，体积磨损量为0.334cm3/MJ。
对比例4
制备一种MoAl0.97Si0.03B增强高速列车制动闸片用材料，各组分质量百分比如下：Cu粉：60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、MoAl0.97Si0.03B粉：8％、石墨粉：14％、MoS2粉：4％。
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉：60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、MoAl0.97Si0.03B粉：8％、石墨粉：14％、MoS2粉：4％；
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为400MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为400℃，施加压力为3MPa，保温时间0.8h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为3.89×103kg/m3，平均摩擦系数为0.315，体积磨损量为0.365cm3/MJ。
对比例5
1)称取原料：按质量百分比称取Cu粉60％、Fe粉：12％、高碳铬铁粉：2％、MoAl0.97Si0.03B粉：8％、石墨粉：14％、MoS2粉：4％；
2)混料：将配好的原料粉Cu粉、Fe粉、高碳铬铁粉、MoAl0.97Si0.03B粉、石墨粉和MoS2粉经三维涡流混料机混合至均匀；
3)模压成型：将混合均匀的原料粉导入模具中进行压制成型，压力为400MPa；
4)还原气氛热压烧结：将压坯与支撑钢背固定，放入钟罩炉中进行热压烧结，还原气体为H2，烧结温度为600℃，施加压力为2MPa，保温时间3h，得到增强高速列车制动闸片材料。
按照上述工艺制备的闸片材料密度为4.265×103kg/m3，平均摩擦系数为0.358，体积磨损量为0.327cm3/MJ。
综上所述，通过添加MoAl0.97Si0.03B粉，制备得到的增强高速列车制动闸片材料闸片材料密度为4.9×103kg/m3以上，平均摩擦系数大于0.41，磨损量小于0.23cm3/MJ，制备得到较高摩擦系数，且摩擦系数稳定、磨损量低、对制动盘损伤小的高速列车制动闸片。
需要说明的是，在本申请中，诸如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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