zro2对列车制动材料摩擦磨损性能的影响

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1、2009全国粉末冶金学术会议Zr02对歹U车制动材料摩擦磨损性能的影响①王秀飞1，3王广达2韩娟2尹彩流3(1．北京中南浦然高科技有限责任公司，北京，1022112．北京钢铁研究总院，北京，1000813．广西民族大学物理与电子工程学院，广西南宁，530006)摘要采用粉末冶金方法制备了高速列车用制动材料，研究了氧化锆含量对高速列车制动材料的摩擦因数、磨损量的影响规律。结果表明：在添加ZrO：的材料中，含5％氧化锆的材料摩擦因数较高，磨损量也较大；添加8％氧化锆的材料在高速下的摩擦因数较高，磨损率较小且变化平稳。材料的磨损在较低的速度下以粘着

2、磨损为主；随着速度的上升．磨损也逐渐变成以剥层脱落和氧化磨损的混合机制为主。1前言随着我国高速列车的飞速发展，对列车制动技术提出了更高的要求，特别是对摩擦材料的性能要求越来越高，不仅要求具有高强度、高导热性，同时要求有足够高的摩擦因数，高温稳定性外，还要求其耐磨性好、耐腐蚀、以及工作中不发生粘结和咬合等现象，以适于高速列车的制动要求。如何在使摩擦材料具有较高和稳定摩擦因数的同时降低其磨损量，已成为摩擦材料研究的热点问题¨’21。闸片作为与制动盘匹配的摩擦副，在发挥盘形制动系统制动性能方面起着举足轻鼋的作用。铁路发达国家对制动闸片材料的研究经历

3、了合成闸片、粉末冶金闸片阶段，并已向C／C纤维复合材料和陶瓷复合材料闸片阶段发展，其中应用最为广泛的是粉末冶金闸片"’4J。世界各国都在致力于研究开发高速列车用的制动材料，日、法、德等国已形成了铁基、铜基和铁一铜基三大类的粉末冶金材料以及C／C复合摩擦材料[5’6】。我国在列车制动材料研究方面，尚处于研究开发阶段【7J。参考国内外的专利和我国列车运行的实际情况，研制了一种适应高速列车制动的铜基粉末冶金材料，本文考察了氧化锆的含量对列车用制动材料摩擦性能的影响。‘2试验方法2．1实验采用的原材料还原铁粉：Fe398．0％，一200目；电解铜粉：

4、Cu399．7％，一200目；天然石英砂：不规则形状，埘(SiO，)397％，一60～+100目；人造高纯电熔白钢玉：彬(AI：03)399％，一28一+100目；天然鳞片状石墨：埘(C)397％，一28～+100目。MoS2：胶体粉剂，分析纯。本实验采用电解铜粉作为基体，添加8％～10％的还原铁粉与基体合金化，分别添加12～15％的鳞片石墨作为润滑组元，8％～10％的SiO：作为摩擦组元，3％的MoS：作为辅助组元，制备出铁基粉末冶金摩擦材料。①王秀飞，男，博士，现为北京中南浦然高科技有限责任公司总工程师，从事铁路制动材料的研发和生产工作。

5、Tel：01052700368，E—mail：wangxiufei@puranparts．com二、钢铁粉末及制品14l表1材料的组元及配比实验材料1。2。3。4·5’氧化锆含量／％O35810本研究所制备材料的基体成分主要是以铜为主，添加铁、镍、铝、锡等元素合金化。摩擦组元选用二氧化硅和碳化硅，润滑组元主要是石墨和二硫化。通过改变材料中摩擦组元氧化锆的含量制备出多种闸片材料，材料的组元和成分如表1所示。．2．2制备工艺按照配比称取后先混合，然后再将粉末装入“V”型混料机内混合均匀，压制成形后，于H：保护条件下采用加压烧结制成铜基粉末冶金摩擦

6、材料。烧结温度为9000C，烧结压力为2．0～3．0MPa，保温3h后，随炉冷却至室温出炉。2．3性能测试根据粉末冶金摩擦材料物理、力学性能测试标准，对材料的密度进行测试；按照国家的有关标准HB5434—1998，将烧结后的材料加工成咖外75mm(咖内53mm×16mm的试环，然后与30CrSiMoVA钢试环组成摩擦副在MM一1000型摩擦磨损试验机上评价其摩擦磨损性能。在设定的试验条件下进行动态模拟试验。每种条件下做lO次曲线，测量其磨损量，并取连续的5条曲线计算摩擦因数。3结果与讨论3．1Zr0：含量对密度和组织的影响试样号理论密度／g·

7、cm。实测密度／g-cm旬相对密度／％1#6．236．0196．32#6．155．9095．93撑6．105．8295．44#6．035．7395．15#5．985．6093．6从上表数据看到，随着氧化锆含量的增加，相对密度略有下降，孔隙度有少量的上升。这是因为随着氧化锆含量的增加，氧化锆所占体积分数不断增大，由于氧化锆与金属基体的润湿性不好，只是被金属基体包覆，因此氧化锆含量的增多会导致材料压制性能变坏，进而使孔隙度上升。另外，含有不同含量氧化锆的材料，其理论密度和实测密度都不相同，材料的理论密度降低，其实测密度也降低，但其相对密度变化并不

8、大，这说明对于相同成分不同含量的材料，并不能单从材料的实测密度来判断材料压制和烧结性能的好坏。对于相同成分的材料来说，其密度主要与烧结温度和‘压力有关，由于这5种材