一种低磨耗粉末冶金闸片及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种低磨耗粉末冶金闸片及其制备工艺 (Low-abrasion powder metallurgy brake pad and preparation process thereof ) 是由 赵旭 魏东彬 曹静武 余程巍 丁向莹 孙志远 程景琳 张振威 于 2021-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低磨耗粉末冶金闸片及其制备工艺,其中,一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺包括:混配料：获取原料,将各原料混合均匀获得混合料；压制：将混合料在500-600MPa的压力条件下保压2-20s；烧结：在烧结气氛下进行烧结,烧结温度为750-1050℃、烧结压力≤10MPa,烧结时间为2-8h。本发明可以使烧结过程中的各组分能够充分的扩散结合,加强了闸片内部石墨与金属基体的结合强度,缓解了在制动过程中石墨剥离的现象,从而降低磨耗,延长寿命。(The invention discloses a low-abrasion powder metallurgy brake pad and a preparation process thereof, wherein the preparation process of the low-abrasion powder metallurgy brake pad comprises the following steps: obtaining raw materials, and uniformly mixing the raw materials to obtain a mixture; pressing: maintaining the pressure of the mixture for 2-20s under the pressure condition of 500-600 MPa; and (3) sintering: sintering in sintering atmosphere at 750-1050 deg.c under 10MPa for 2-8 hr. The invention can ensure that all components in the sintering process can be fully diffused and combined, enhances the bonding strength of the graphite in the brake pad and the metal matrix, and relieves the graphite stripping phenomenon in the braking process, thereby reducing the abrasion and prolonging the service life.)
技术领域
本发明涉及粉末冶金闸片技术领域，具体涉及一种低磨耗粉末冶金闸片及其制备工艺。
背景技术
为适应高速列车更快速、更安全、更舒适、更环保的发展需求,高速列车制动材料应具备合适且稳定的摩擦因数、优良的耐磨性、高的耐热性与抗热疲劳性、足够的机械强度、与制动盘匹配良好、良好的环境适应性及环境友好性等特性。而粉末冶金闸片由于在制动方面具有不可替代的优越性,目前300km/h及以上的高速列车均采用此类闸片。
动车组闸片属于易损易耗件，直接影响着动车组的运营成本。同时，闸片与制动盘是一对摩擦副，闸片自身的材料配方及结构直接关系到摩擦副的综合性能及制动盘寿命。因此，研发出更低磨耗的粉末冶金闸片，用以延长闸片寿命、降低动车组运营成本十分有必要。
为了延长粉末冶金高铁闸片的寿命，降低磨耗，需要首先明白影响粉末冶金闸片寿命的因素，然后从而对症进行优化。通过发明人对闸片进行扫描电镜分析发现，其内部石墨与金属基体结合较差。在制动过程中容易出现剥离的现象，而这种非金属的剥离现象正是影响闸片寿命的主要因素。
而现有公开的能够解决石墨与金属基体结合较差的方式正如中国专利CN102925731A一种提高铜合金石墨复合材料性能的粉末冶金制备方法所记载的，采用化学镀法对石墨表面进行改性后，在使改性后的石墨与铜合金复合制备成拥有更低摩擦系数和更高耐磨性能的复合材料。但上述改性的方式存在操作步骤复杂、成本更高的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有采用化学镀法改性后的石墨进行粉末冶金闸片制备导致操作复杂、成本更高的缺陷，从而提供操作步骤更简单、制备成本更低廉的一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺。
一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺，包括:
混配料：获取原料，将各原料混合均匀获得混合料；
压制：将混合料在500-600MPa的压力条件下保压2-20s；
烧结：在烧结气氛下进行烧结，烧结温度为750-1050℃、烧结压力≤10MPa，烧结时间为2-8h。
原料进行混合时的转速为10-50r/min，混料时间为10-200min。在该混料过程中，适当延长混料时间，可以使各组分原材料能够混合的更加均匀，避免非金属原材料出现聚集的现象；但混合时间过长则降低生产效率，本发明中该混料时间优选为80-200min，更优选为80-140min。
原料中石墨的粒径为20-140目。
所述压制步骤中的压力优选为550-600MPa，保压时间优选为8-20s。
所述烧结温度优选为800-1050℃，进一步优选为950-1050℃；烧结时间优选为4-8h。本发明通过增加烧结温度和烧结时长，结合压制工艺以及石墨粒径，可以显著增加石墨和金属基体之间的结合强度，有效达到更优异的性能。本发明中烧结的温度至少提高50℃，时长至少增加1h。
所述烧结气氛为真空气氛、惰性气氛或还原性气氛。
所述低磨耗粉末冶金闸片为铜基粉末冶金闸片。
所述铜基粉末冶金闸片的铜含量为40％-70％。
一种低磨耗粉末冶金闸片，采用上述的一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺制备得到。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺，在压制过程中显著提高压制的压力和减少压制的时间，同时在烧结过程中适当延长烧结时间，结合特定范围值内的烧结压力以及温度，可以使烧结过程中各组分能够充分的扩散结合，加强了闸片内部石墨与金属基体的结合强度，缓解了在制动过程中石墨剥离的现象，从而降低磨耗，延长寿命。其降低磨耗的效果与现有技术中采用化学镀法改性后的石墨制备出的粉末冶金闸片基本相当甚至更优异，并且相比该化学镀法改性后的石墨而言，操作过程更加简单、成本更加低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中制备得到的闸片的SEM电镜图；
图2是本发明实施例2中制备得到的闸片的SEM电镜图；
图3是本发明实施例3中制备得到的闸片的SEM电镜图；
图4是本发明实施例4中制备得到的闸片的SEM电镜图；
图5是本发明实施例5中制备得到的闸片的SEM电镜图；
图6是本发明对比例1中制备得到的闸片的SEM电镜图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺，包括：
混配料：将称好的各组分原材料放入混料机内，混料机按照10-50转/分钟进行混料，混料时间10-200分钟。本实施例中该原材料由铜源、铁源、钼源、铬源、石墨和氧化铝组成。其中，铜粉：45-65％、铁粉：15-30％、锐钛矿型二氧化钛粉：1-10％、二硫化钼粉：1-5％、铬粉：1-10％、高碳铬铁粉：1-10％、氧化铝：1-5％、石墨：1-5％。具体的，本实施例中该铜粉(45μm)57％、铁粉(48μm)18％、锐钛矿型二氧化钛粉(6.5μm)3％、二硫化钼粉(48μm)2％、铬粉(45μm)3％、高碳铬铁粉(45μm)4％、氧化铝纤维(直径8μm，长度75μm)1％、粒状石墨(160μm)5％、片状石墨(250μm)7％；具体混料过程为：将上述各原料粉末倒入双锥喷雾混料器中，混料筒不断回转使物料翻动，转速为30转/分钟，在高压气体压力在0.1MPa左右使喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，该雾状溶液与混料筒中翻动的物料充分接触，混料80min后形成混合料。
压制：将混合料放入压机进行冷压，压力设置为500MPa，保压时间为10s。
烧结：烧结气氛为氢氮混合气体，将冷压坯在2.5MPa下烧结，烧结温度为960℃，烧结时间6h。
闸片制备：将烧结后的摩擦材料组装为成品闸片，其SEM电镜图如图1所示。
实施例2
一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺，与实施例1的区别在于，本实施例中压制和烧结过程中的工艺参数条件不同，具体设置如下：
压制：将混合料在550MPa的压力条件下保压20s；
烧结：在烧结气氛为氢氮混合气体，烧结温度为1010℃、烧结压力10MPa，烧结时间为3h。
本实施例获得的成品闸片的SEM电镜图如图2所示。
实施例3
一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺，与实施例1的区别在于，本实施例中压制和烧结过程中的工艺参数条件不同，具体设置如下：
压制：将混合料在600MPa的压力条件下保压8s；
烧结：在烧结气氛为氢氮混合气体，烧结温度为1000℃、烧结压力5MPa，烧结时间为4h。
本实施例获得的成品闸片的SEM电镜图如图3所示。
实施例4
一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺，与实施例1的区别在于，本实施例中压制和烧结过程中的工艺参数条件不同，具体设置如下：
压制：将混合料在530MPa的压力条件下保压20s；
烧结：在烧结气氛为氢氮混合气体，烧结温度为990℃、烧结压力为5MPa，烧结时间为8h。
本实施例获得的成品闸片的SEM电镜图如图4所示。
实施例5
一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺，与实施例1的区别在于，本实施例中压制和烧结过程中的工艺参数条件不同，具体设置如下：
压制：将混合料在600MPa的压力条件下保压2s；
烧结：在烧结气氛为氢氮混合气体，烧结温度为1000℃、烧结压力为7MPa，烧结时间为6h。
本实施例获得的成品闸片的SEM电镜图如图5所示。
对比例1
一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺，包括：
混配料：将称好的各组分原材料放入混料机内，混料机按照10-50转/分钟进行混料，混料时间10-200分钟。本实施例中该原材料由铜源、铁源、钼源、铬源、石墨和氧化铝组成。其中，铜粉：45-65％、铁粉：15-30％、锐钛矿型二氧化钛粉：1-10％、二硫化钼粉：1-5％、铬粉：1-10％、高碳铬铁粉：1-10％、氧化铝：1-5％、石墨：1-5％。具体的，本实施例中该铜粉(45μm)57％、铁粉(48μm)18％、锐钛矿型二氧化钛粉(6.5μm)3％、二硫化钼粉(48μm)2％、铬粉(45μm)3％、高碳铬铁粉(45μm)4％、氧化铝纤维(直径8μm，长度75μm)1％、粒状石墨(160μm)5％、片状石墨(250μm)7％；具体混料过程为：将上述各原料粉末倒入双锥喷雾混料器中，混料筒不断回转使物料翻动，转速为30转/分钟，在高压气体压力在0.1MPa左右使喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，该雾状溶液与混料筒中翻动的物料充分接触，混料360min后形成混合料。
压制：将混合料放入压机进行冷压，压力设置为460MPa，保压时间为10s。
烧结：烧结气氛为氢氮混合气体，将冷压坯在1.5MPa压力下烧结，烧结温度为880℃，烧结时间2小时。
闸片制备：将烧结后的摩擦材料组装为成品闸片。本实施例获得的成品闸片的SEM电镜图如图6所示。
对比例2
一种低磨耗粉末冶金闸片的制备工艺，包括：
混配料：将称好的各组分原材料放入混料机内，混料机按照10-50转/分钟进行混料，混料时间10-200分钟。本实施例中该原材料由铜源、铁源、钼源、铬源、石墨和氧化铝组成。其中，铜粉：45-65％、铁粉：15-30％、锐钛矿型二氧化钛粉：1-10％、二硫化钼粉：1-5％、铬粉：1-10％、高碳铬铁粉：1-10％、氧化铝：1-5％、石墨：1-5％。具体的，本实施例中该铜粉(45μm)45％、铁粉(48μm)18％、锐钛矿型二氧化钛粉(6.5μm)3％、二硫化钼粉(48μm)2％、铬粉(45μm)3％、高碳铬铁粉(45μm)4％、氧化铝纤维(直径8μm，长度75μm)1％、铜包石墨粉24％；该石墨为铜含量为50wt％、200目的铜包石墨粉。即本对比例中，采用铜包石墨粉24％、铜粉45％替代上述对比例1中记载的铜粉(45μm)57％、粒状石墨(160μm)5％和片状石墨(250μm)7％，其他与对比例1相同。具体混料过程为：将上述各原料粉末倒入双锥喷雾混料器中，混料筒不断回转使物料翻动，转速为30转/分钟，在高压气体压力在0.1MPa左右使喷射出的粘结润滑剂溶液形成雾状，该雾状溶液与混料筒中翻动的物料充分接触，混料360min后形成混合料。
压制：将混合料放入压机进行冷压，压力设置为460MPa，保压时间为10s。
烧结：烧结气氛为氢氮混合气体，将冷压坯在1.5MPa压力下烧结，烧结温度为880℃，烧结时间2小时。
闸片制备：将烧结后的摩擦材料组装为成品闸片。
试验例
根据《动车组闸片暂行技术条件》(标准性技术文件编号:TJ/CL 307－2019)中的检测要求，对上述实施例和对比例制备得到的闸片的各项性能进行检测，检测结果如下表1所示。
表1
通过上述表1的检测结果可知，本发明实施例1-5相比对比例1在压制过程中提高压制的压力并降低压制时间，同时在烧结过程中适当延长烧结时间，结合特定范围值内的烧结压力以及温度，可以使烧结过程中各组分能够充分的扩散结合，加强闸片内部石墨与金属基体的结合强度，缓解闸片在制动过程中石墨剥离的现象，从而降低磨耗，延长寿命。与采用铜包石墨的方法而言，能达到基本相当甚至更好的效果，节省制备成本。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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