阅读说明：本技术 一种高速列车电机摩擦盘材料及其制备方法 (High-speed train motor friction disc material and preparation method thereof ) 是由 王红星 王章忠 张保森 卢镔 巨佳 张炎 王昌盛 曹硕 栢万 钱嘉浩 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高速列车电机摩擦盘材料及其制备方法,所述摩擦盘材料的原料组份及质量百分比为：Sn：5.0~9.5,Zn：5.0~7.5,Al：4.0~6.5,Mg：1.0~2.5,Ni：2.0~4.5,Si：0~0.6,Zr：0.01~0.08,B：0~0.03,Sc：0~0.04,Ag：0~0.5,余量为Cu。本发明还公开了所述摩擦盘材料的制备方法,包括：(A)Cu合金化学成分设计；(B)合金液熔炼及精炼处理；(C)挤压成型及热处理。得到产品的硬度是HB 205~255,摩擦系数稳定在0.12~0.18,电导率为16%~20%。(The invention relates to a friction disc material for a motor of a high-speed train and a preparation method thereof, wherein the friction disc material comprises the following raw materials, by mass, 5.0 ~.5% of Sn, 5.0 ~.5% of Zn, 4.0 ~.5% of Al, 1.0 ~.5% of Mg, 2.0 ~.5% of Ni, 0 ~.6% of Si, 0.01 ~.08% of Zr, 0 ~.03% of B, 0 ~ 0.04% of Sc, 0 ~ 0.5% of Ag, and the balance Cu., and the preparation method of the friction disc material comprises the steps of (A) designing chemical components of a Cu alloy, (B) melting and refining treatment of the alloy liquid, and (C) extrusion forming and heat treatment, wherein the hardness of the obtained product is HB 205 ~ 255, the friction coefficient is stabilized at 0.12 ~.18, and the electric conductivity is 16% ~%.)

一种高速列车电机摩擦盘材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高速列车用零部件技术领域，尤其涉及一种高速列车电机摩擦盘材料及其制备方法。

背景技术

高速列车因快捷、舒适，而被越来越多的人们首选为公共交通工具。高速列车的产业随之迅速发展、壮大，其中关键的零部件仍需依懒进口。高速列车中的牵引电机的摩擦盘零部件一般为进口件。摩擦盘需要有高的耐磨性能、良好的导电性能。摩擦盘的材质为铜合金，要保持摩擦盘良好的导电性性能，需要增加合金中铜的含量，但会降低合金的硬度，耐磨性会变差，同时还会增加摩擦盘制造材料的成本。

如发明申请CN201710350239.5公开了一种高铁列车电机摩擦盘的生产工艺及系统，该专利所述的铜合金Cu含量大于80%，Sn在10%~12.5%，Ni在0.9%~5.3%，其余的元素为Zn、Al、Ag、Fe、Mn中的至少一种。其中通过拉拔连铸的方法获得摩擦盘的坯料，切断坯料机加工成零件。该方法的成分中Cu和Sn含量的总和超过90%，合金成本高，坯料的制造过程中还易造成中心偏析和疏松，同时机械加工工时长，材料利用率较低。申请号为201611001511.0的专利公开了一种高铁用摩擦盘及其制备方法，其组分及重量百分比为：Sn：3.5~5.5%，Zn：4.0~6.0%，Ni：1.0~3.0%，Pb：1.5~3.5%，Be：0.2~0.4%，余量为铜，组分铜的含量接近90%。其中采用真空吸气熔模铸造方法成型零件。该方法散热，易造成铸件中心部位晶粒粗大，降低合金的硬度，而且熔模铸造工艺流程较复杂。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有摩擦盘制备过程复杂、合金材料成本高，机械加工工时长和材料利用低，摩擦盘材料硬度低和耐磨性较差等问题，提供一种高速列车用电机摩擦盘材料，基于特定成分的Cu合金，通过近净成型的挤压铸造方法，结合固溶和时效的热处理工艺，通过改变热处理保温温度和保温时间，调控Cu合金的微观组织。通过热处理，不但提高了Cu合金的硬度，还提高了Cu合金的导电率，获得了耐磨性好、导电率良好的Cu合金材料，而且制造成本较低。

本发明公开了一种高速列车电机摩擦盘材料，其组成配方及质量百分比如下：

Sn：5.0 ~9.5，Zn：5.0~7.5，Al：4.0~6.5，Mg：1.0~2.5，Ni：2.0~4.5，Si：0~0.6，Zr：0.01~0.08，B：0~0.03，Sc：0~0.04，Ag：0~0.5，余量为Cu。

优选地，所述Cu含量为总重量的70~75%。

本发明还公开了上述摩擦盘材料的制备方法，包括：

（A）Cu合金化学成分设计；原材料包括紫铜、纯Ni或B-Ni中间合金、纯Al 或Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Si中间合金、Zn-Cu中间合金、纯Sn、纯Ag或纯Mg；

（B）合金液熔炼及精炼；

（C）挤压成型及热处理。

所述步骤（B）中合金液熔炼工艺为：采用工频感应电炉先熔炼铜水及熔点较高的合金（纯Ni或B-Ni中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合、Al-Si中间合金金），以减少低熔点合金在高温熔化时的氧化。然后，将熔化后的金属液转入保温炉，从固定在保温炉炉口上方圆形的雨淋式结构的的出气孔通入二氧化碳气体，使二氧化碳覆盖在整个合金液液面上方，然后将熔点较低的易氧化的纯Ag、纯Al、纯Sn、纯Mg、Zn-Cu中间合金加入保温炉，并采用电磁搅拌使合金液成分均匀化，从保温炉炉体底部开设的出水口引出成分合格的金属液。

优选地，所述步骤（C）中的热处理工艺为：550~750℃保温6~12小时，水淬，然后在350~500℃保温3~9小时，空冷。

本发明采用Cu合金成分设计及随后的热处理工艺调控组织，获得的Cu合金微观组织均匀，经测定，其硬度 HB 205~255，摩擦系数在0.12~0.18之间，电导率为16%~20%，制造成本较低。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步的解释说明。

表1 试验Cu合金的化学成分(wt.%)

实施例1

按上表1所述称样，采用工频感应电炉先熔炼Cu水，化清后添加纯Ni，待纯Ni熔化后把合金液转入保温炉，从保温炉炉口通入二氧化碳气体覆盖在合金液上方，然后将纯Ag、纯Al、纯Sn、纯Mg、Zn-Cu中间合金加入保温炉，并采用电磁搅拌和机械搅拌，使合金液成分均匀化，从保温炉炉体底部开设的出水口放出成分合格的金属液，进行挤压成型获得铸件。将铸态试样加热650℃保温6小时，水淬，然后在500℃保温6小时，空冷。

上述实施例1中铸态和热处理态试样在载荷100牛、滑动速度45米/秒条件下的摩擦系数、导电率和布氏硬度见表2。

表2铸态与热处理态的性能

实施例2

按上表1所述称样，采用工频感应电炉先熔炼Cu水，化清后添加纯Ni和B-Ni中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金，待全部熔化后把合金液转入保温炉，从保温炉炉口通入二氧化碳气体覆盖在合金液上方，然后将纯Al、纯Sn、纯Mg、Zn-Cu中间合金加入保温炉，并采用电磁搅拌和机械搅拌，使合金液成分均匀化，从保温炉炉体底部开设的出水口放出成分合格的金属液，进行挤压成型获得铸件。将铸态试样加热550℃保温12小时，水淬，然后在450℃保温3小时，空冷。

上述实施例2中铸态和热处理态试样在载荷100牛、滑动速度45米/秒条件下的摩擦系数、导电率和布氏硬度见表3。

表3铸态与热处理态的性能

实施例3

按上表1所述称样，采用工频感应电炉先熔炼Cu水，化清后添加纯Ni、Al-Zr中间、Al-Si中间合金，待添加的料全部熔化后把合金液转入保温炉，从保温炉炉口通入二氧化碳气体覆盖在合金液上方，然后将Ag、纯Al、纯Sn、纯Mg、Zn-Cu中间合金加入保温炉，并采用电磁搅拌和机械搅拌，使合金液成分均匀化，从保温炉炉体底部开设的出水口放出成分合格的金属液，进行挤压成型获得铸件。将铸态试样加热750℃保温6小时，水淬，然后在500℃保温6小时，空冷。

上述实施例3中铸态和热处理态试样在载荷100牛、滑动速度45米/秒条件下的摩擦系数、导电率和布氏硬度见表4。

表4铸态与热处理态的性能

实施例4

按上表1所述称样，采用工频感应电炉先熔炼Cu水，化清后添加Al-Zr中间合金、纯Ni，待添加料全部熔化后把合金液转入保温炉，从保温炉炉口通入二氧化碳气体覆盖在合金液上方，然后将纯Al、纯Sn、纯Mg、Zn-Cu中间合金加入保温炉，并采用电磁搅拌和机械搅拌，使合金液成分均匀化，从保温炉炉体底部开设的出水口放出成分合格的金属液，进行挤压成型获得铸件。将铸态试样加热700℃保温8小时，水淬，然后在350℃保温9小时，空冷。

上述实施例4中铸态和热处理态试样在载荷100牛、滑动速度45米/秒条件下的摩擦系数、导电率和布氏硬度见表5。

表5铸态与热处理态的性能

对比例1

按上表1所述称样，采用工频感应电炉先熔炼Cu水，化清后把金属液转入保温炉，从保温炉炉口通入二氧化碳气体覆盖在合金液上方，然后将纯Al、纯Sn、Zn-Cu中间合金加入保温炉，并采用电磁搅拌和机械搅拌，使合金液成分均匀化，从保温炉炉体底部开设的出水口放出成分合格的金属液，进行挤压成型获得铸件。将铸态试样加热600℃保温6小时，水淬，然后在350℃保温3小时，空冷。

上述对比例1中铸态和热处理态试样在载荷100牛、滑动速度45米/秒条件下的摩擦系数、导电率和布氏硬度见表6。

表6铸态与热处理态的性能

对比例2

按上表1所述称样，采用工频感应电炉先熔炼Cu水，紫Cu熔化后加入纯Ni或B-Ni中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合、Al-Si中间合金金，化清后把金属液转入保温炉，从保温炉炉口通入二氧化碳气体覆盖在合金液上方，然后将纯Al、纯Sn、Zn-Cu中间合金加入保温炉，并采用电磁搅拌和机械搅拌，使合金液成分均匀化，从保温炉炉体底部开设的出水口放出成分合格的金属液，进行挤压成型获得铸件。

上述对比例2中铸态试样在载荷100牛、滑动速度45米/秒条件下的摩擦系数、导电率和布氏硬度见表7。

表7铸态与热处理态的性能