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高鐵制動用的粉末冶金摩擦材料是怎么“煉”成的?

按國際鐵路聯盟(UIC)規矩:機械抵觸制動有必要保證高速列車在規矩的制動距離內泊車,以保證列車運行的安全。因為列車的車速與制動功率呈3次方聯絡。即列車速度前進一倍,它的制動功率就需求增加八倍。因此在列車速度前進的一起,列車的制動設備也有必要具有更大的制動能力,所以剎車片功用的好壞成為了要害。

好的剎車片是什么樣的?

具體來說,可以分為以下幾點:

①高的抵觸系數安穩性:在高的溫度、壓力和速度情況下,需求閘片的抵觸系數滿意高,并且有滿意的安穩性。

②高的抗粘結性:不與抵觸副作業表面發生粘結,不發生抵觸表面的掉落、擦傷、焊結及其他破壞性的損壞。

③高的耐熱性:要能堅持瞬時抵觸升溫到900~1000℃和長時間抵觸升溫到300~400℃時,其機械功用和抵觸功用底子堅持不變。

④高的熱物理安穩性:抵觸材料應當能接受一再的熱改變,即能抗熱疲憊,一起還應具有適當高的導熱系數、比熱值和盡可能小的線性膨脹系數。

⑤滿意的機械強度:材料不應發生決裂、分層、深裂紋、掉落和與鋼背剝離的情況;保證可行的磨損速率。

⑥高的耐磨性:耐磨性首要取決于閘片的工況條件。關于粉末冶金材料閘片,UIC允許的磨耗量是0.35cm2/MJ,以保證動車組閘片有滿意長的壽數。

⑦高的環境友好性:制動時應平穩、噪音低;資猜中不能參與不利于環保的石棉、鉛;應能長時間在潮濕環境下和溫度范圍在~60~+50℃下具有較強的抗腐蝕性。

02剎車片對原材料的要求

明顯,高速列車剎車片的制備是一項難度很高的要害技能,開展至今首要經歷了鑄鐵材料、組成材料、碳/碳復合材料、粉末冶金材料等幾類。其間,粉末冶金抵觸材料具有滿意的強度,合適而安穩的抵觸因數,作業平穩可靠,耐磨及污染少等優點,被廣泛運用在各國的高速列車上,是現代摩擦材料家族中運用面zui廣、量zui大的材料。

粉末冶金摩擦材料得制造首要包含以下工序:對粉末原材料進行配比規劃、粉料混合、模壓成形、加壓燒結和后續機械加工等。因為在組分的規劃上非常靈活性,因此關于粉末冶金抵觸材料來說,起跑線“成分的挑選”是非常要害的,首要可分為以下三大部分:基體組元、抵觸組元和潤滑組元。

1.基體組元

粉末冶金抵觸材料的強度、耐磨性在很大程度上取決于基體的安排結構、物理和化學性質,常用基體組元有Cu、Ni、Fe、Al、Zn、Sn、Mn、Ti等金屬或其合金,常用的金屬基體為Fe粉和Cu粉,但單一金屬基體的力學強度不高,表面易氧化,抵觸功用不安穩,因此,在實踐運用中一般運用合金基體,在基體組元中增加強化元素,如Ni、Fe、Sn、Zn、Mo等形成金屬固溶強化,可以增強基體,安穩抵觸因數,改善熱傳導功用。

Cu基粉末冶金抵觸材料具有高的導熱率、出色的塑性、易燒結等優點,可是其力學功用較低,價格相對較高,因此有必要進行合金化。常用的有Cu-Sn合金、Al-Cu合金、Cr-Cu合金等,一起還要增加其他微量元素如Zr、Ni、Zn、W等進行調理。

2.潤滑組元

潤滑組元的首要作用是改善抵觸功用,減小粉末之間的抵觸阻力,增強限制過程中粉末的活動性,前進材料的耐磨性和抗咬合性,減小抵觸面之間的黏結和卡滯作用。粉末冶金資猜中常用的潤滑組元有Pb、Bi、Sb等低熔點金屬,石墨,MoS2等固體潤滑劑,某些氧化物、磷化物以及BN等。

其間,鱗片狀石墨與MoS2常被用作潤滑組元。石墨熔點高達4000℃,因此其耐高溫功用極為良好,分為天然鱗片石墨和人工顆粒石墨。粉末冶金抵觸材料一般運用中粗石墨。Cu基資猜中參與石墨,能前進材料的耐磨功用,有利于抵觸平穩,改善抵觸功用。在低抵觸因數要求的資猜中一般只參與鱗片石墨即可,而在對抵觸因數要求較高的高鐵制動資猜中,要減少鱗片石墨的用量,增加顆粒石墨的參與。MoS2一般與石墨進行混合運用,MoS2在低速抵觸時起潤滑作用,石墨在高速抵觸時起潤滑作用,從而保證粉末冶金抵觸材料的抵觸因數安穩,磨損率低。

3.摩擦組元

摩擦組元主要是改善摩擦材料的摩擦性能,增加摩擦因數,也稱增摩劑。摩擦組元可以由多種熔點較高的金屬、金屬化合物或陶瓷顆粒組成,它們能夠與基體結合,均勻分布在其中,起到增摩、耐磨、耐熱、減少摩擦面黏結等作用,特別是在高溫下與基體合金化,可阻止基體流動,增強耐磨性。

為了保證摩擦副表面達到好的嚙合程度,必須采用良好的摩擦組元,摩擦組元對材料的摩擦因數和磨損率均有很大的影響作用,其含量和粒度是摩擦組元的基本特性,粒度偏大或者含量偏高均會造成磨粒磨損而使得磨損加劇,擦傷對偶件,造成磨損量較高。常用的摩擦組元有TiC、SiC、TiN、高熔點金屬(Ni、Fe、Mo)粉末、金屬氧化物(Al2O3、SiO2、Fe2O3)以及莫來石、硼化物等,通常使用的摩擦組元是以組合的形式添加到材料中,比添加單獨的摩擦組元綜合性能更好。

摩擦材料


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