高速列车用铜基粉末冶金闸片材料的制备与性能研究
高铁粉末冶金制动闸片成分对其性能的影响
高铁粉末冶金制动闸片成分对其性能的影响摘要：我国高速列车制动闸片长期以来依赖进口。
本文介绍了粉末冶金制动闸片的特点与材料组成，研究了材料中的成分对闸片性能的影响，对自主研制国产高铁粉末冶金制动闸片具有一定的指导意义。
关键词：高铁；粉末冶金；闸片；材料近年来，随着我国工业化进程的不断加快，高速列车产业得到了飞速发展。
但由于相关技术领域起步相对较晚，部分关键零部件依然依赖进口。
高铁制动闸片从最早的铸铁间瓦，经过合成阐片，发展为目前高速列车应用最为广泛的铁基、铜基粉末冶金闸片。
最为先进的C/C复合材料闸片正处于研究与试验阶段。
在早期的很长一段时间里，列车闸片一直由铸铁闸瓦主导。
铸铁材料闸片虽然具有成本低廉、强度高等优点，但热传导性能较差，因此随着列车的多次提速而逐渐被淘汰。
碳纤维复合材料闸片正处于研究与试验阶段。
实验证明，碳纤维复合闸片在250km/h速度以下制动时，能表现出良好的综合性能，但随着列车速度的进一步提高，制动温度随之升高，闸片表面摩擦系数出现急剧增大的现象，并产生更大的热量。
此外，碳纤维复合闸片的磨耗量均较大，其性能对盐雾、潮湿环境非常敏感，不符合我国高速列车全天候运行环境要求。
1粉末冶金闸片的特点高铁粉末冶金闸片是由多种原料粉末混合后，经压制、烧结制成。
其特点是拥有良好的导热性、耐磨性及良好的摩擦系数，在列车制动时，制动闸片温度瞬间上升至500℃，最高温度可接近1000℃，粉末冶金制动闸片始终保持良好的摩擦系数曲线。
并且，摩擦系数受湿度等条件的影响极小。
为使粉末冶金闸片获得良好的导热性能，原料粉末中以热导率较高的铜为基体。
因此，铜基粉末冶金闸片成为粉末冶金制动材料的主流。
2材料的组成铜基粉末冶金闸片材料组成主要包括：基体组元、润滑组元及摩擦组元。
⑴基体组元：通常以铜或其合金作为基体材料，拥有一定的金属特性。
闸片的摩擦性能、磨损性能、力学性能、导热性及热稳定性等物理特性与基体材料的化学性能、物理性能及其组织结构具有密切关系。
铜基粉末冶金材料
铜基粉末冶金材料引言铜基粉末冶金材料是一类重要的工程材料，具有优异的性能和广阔的应用前景。
本文将深入探讨铜基粉末冶金材料的制备方法、性能特点以及应用领域。
制备方法铜基粉末冶金材料的制备方法多种多样，常用的有以下几种：混合粉末冶金法混合粉末冶金法是将铜粉与其他合金元素的粉末按照一定比例混合，在高温、高压的条件下通过压制、烧结等工艺制备而成。
该方法工艺简单、成本低廉，适用于制备各类铜基粉末冶金材料。
溶液凝胶法溶液凝胶法是利用溶液中的金属阳离子与金属配体的化学反应，使金属形成胶体，并通过热处理过程，使胶体转化为金属粉末。
该方法制备的铜基粉末冶金材料具有较高的纯度和均匀的微观结构。
机械合金化法机械合金化法是通过高能球磨等机械力作用，将铜粉与其他合金元素的粉末混合、分散以及局部熔融，最终得到均匀分散的合金粉末。
该方法制备的铜基粉末冶金材料具有细小晶粒和高强度的特点。
性能特点铜基粉末冶金材料具有以下性能特点：1.良好的导热性能：铜具有优异的导热性能，使得铜基粉末冶金材料在导热领域有广泛的应用。
2.优秀的机械性能：铜基粉末冶金材料具有较高的硬度和强度，能够承受高温和高压的工作环境。
3.耐腐蚀性能：铜基粉末冶金材料具有很好的耐腐蚀性，适用于一些特殊领域的应用，如化工装备等。
4.自润滑性能：铜基粉末冶金材料中通常添加有一定量的固体润滑剂，可以在摩擦磨损中形成有效的润滑膜，提高零件的耐磨性能。
应用领域铜基粉末冶金材料在各个领域都有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：电子领域铜基粉末冶金材料可以用于制备高导热性、高强度的电子散热器、导电接触材料等。
在电子产品中的热管理和电流传导方面发挥着重要作用。
汽车领域铜基粉末冶金材料可以用于制备高强度、高耐腐蚀性的汽车零部件，如发动机活塞、离合器片等。
能够提高汽车的性能和使用寿命。
化工领域铜基粉末冶金材料具有良好的耐腐蚀性和高温性能，适用于制备化工设备的密封件、阀门零件等。
机械制造领域铜基粉末冶金材料可以制备高强度、高硬度的机械零部件，如齿轮、轴承等。
高速列车粉末冶金制动材料的研究进展
高速列车粉末冶金制动材料的研究进展发表时间：2019-08-12T17:02:13.783Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：孙鑫[导读] 介绍了闸片/制动盘匹配性的研究;最后，归纳了摩擦磨损性能的评价与预测方法，总结了摩擦磨损机理的最新研究进展。
承德天大钒业有限责任公司河北承德 067000摘要：目前，我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，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。
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粉末冶金制动材料。
从材料设计、制备技术、摩擦磨损性能与机理及性能评价等方面，对近年来高速列车粉末冶金制动材料的研究进展进行了综述。
首先，阐述了材料中基体组元、润滑组元及摩擦组元的基础研究，以及材料的环保化、组元简易化发展趋势;其次，探讨了制备工艺参数对摩擦磨损性能的影响，简述了制备技术的发展;再次，分析了服役条件对摩擦磨损性能的影响规律，介绍了闸片/制动盘匹配性的研究;最后，归纳了摩擦磨损性能的评价与预测方法，总结了摩擦磨损机理的最新研究进展目前，我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，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。
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粉末冶金制动材料。
从材料设计、制备技术、摩擦磨损性能与机理及性能评价等方面，对近年来高速列车粉末冶金制动材料的研究进展进行了综述。
首先，阐述了材料中基体组元、润滑组元及摩擦组元的基础研究，以及材料的环保化、组元简易化发展趋势;其次，探讨了制备工艺参数对摩擦磨损性能的影响，简述了制备技术的发展;再次，分析了服役条件对摩擦磨损性能的影响规律，介绍了闸片/制动盘匹配性的研究;最后，归纳了摩擦磨损性能的评价与预测方法，总结了摩擦磨损机理的最新研究进展。
粉末冶金综述论文
合金元素在Cu-PM材料中的应用研究进展（重庆理工大学重庆巴南）摘要：在铜基粉末冶金材料中添加合金元素可以显著改善材料的性能特别是摩擦性能，烧结含合金元素的Cu-PM材料是一种有发展前景的粉末冶金材料，如添加Al、Cr、Ni等元素。
本文综述了合金元素对铜基粉末冶金材料的性能和组织结构等的影响，总结了到目前为止相关领域的结论和进展，并讨论了Cu-PM 材料生产现状和发展趋势。
关键词：合金元素；Cu-PM；应用；进展1 引言铜基粉末冶金摩擦材料是以铜粉为主要成分,此外含有润滑组元石墨和摩擦组元陶瓷颗粒以及强化铜基体的合金元素等多种组分。
其最早出现于1929年,材料是含少量的铅、锡和石墨的铜基合金。
铜基粉末冶金摩擦材料在飞机、汽车、船舶、工程机械等刹车装置上的应用发展较快,使用较成熟是在70年代之后。
前苏联于1941年后成功地研制了一批铜基摩擦材料,广泛应用于汽车和拖拉机上。
美国对铜基摩擦材料的研究也较多,主要是致力于基体强化,从而提高材料的高温强度和耐磨性。
二十世纪初,铜基摩擦材料大多用在干摩擦条件下工作,五十年代以后,大约75%的铜基摩擦材料,均在润滑条件下工作。
这些摩擦材料都是以青铜为基,以锌、铝、镍、铁等元素强化基体。
由于合金元素在铜基粉末冶金材料中的良好作用，国内很多单位及个人展开了相关方面的工作并发表了论文及成果。
本文就国内含合金元素的铜基粉末冶金材料的相关研究进行了论述。
2 Cu-PM材料生产现状及国内外对比纯铜粉末主要用电解法和雾化法生产。
电解法是借助电流的作用, 使电解液中的铜离子在阴极析出成粉的制粉过程。
用电解法生产的铜粉呈表面积发达的树枝状、纯度高、压制性能优良, 是纯铜粉末的主要生产方法。
相关文献表中数字表明, 我国的铜及铜基合金粉末的产量和用量与欧美等国家差距很大, 这从一个侧面说明我国铜粉生产与应用还具有十分广阔的开发空间。
电解铜粉与国外产品相比, 主要差距在于:(1)产品的规格少。
高速铁路动车组制动闸片用冶金摩擦材料的研发与应用
高速铁路动车组制动闸片用冶金摩擦材料的研发与应用摘要：本次研制开发了一种高寒地区高速列车制动闸片用冶金摩擦材料--碳纤维铜基纳米复合材料，它是一种以铜基碳纤维增强、以纳米为基体的新型结构材料，具有质量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸震性好等一系列的优良性能。
实验证明，该材料在时速高达 420km/h 下质量尚好。
在试验台以 380/km/h 实验时，其吸收的制动能高达 100MJ，比热容是钢的 2 倍，线膨胀系数和弹性模量都比较小，具有优异的耐高温性能。
它能在-50℃～1000℃的温度下工作，件重仅为钢的 1/4。
在性能上可以等同甚至超越国外同类产品。
关键词：高速列车制动闸片；新型结构材料；超越国外同类产品一、项目建设的指导思想近10年来，世界材料产业的产值以每年约30%的速度增长。
当前，微电子、光电子、新能源、化工新材料成了研究最活跃、发展最快、最为投资者所看好的新材料领域。
材料创新已成为推动人类文明进步的重要动力之一，也促进了技术的发展和产业的升级。
随着新材料和微电子技术的迅速发展，应用微电子技术和微传感器技术自动检测制动过程中摩擦材料的摩擦系数、摩擦力、摩擦量及表面温度，通过控制技术自动调节制动过程中的制动力和表面温度，提高制动的可靠性和安全性，这是未来摩擦材料发展的重要方向，也是世界火车制动材料发展对原材料提出的更高要求。
二、研制项目的技术基础及关键技术的突破2.1主要研究内容及研究目标研究内容：研制开发了一种高寒地区高速列车制动闸片用冶金摩擦材料--碳纤维铜基纳米复合材料，它是一种以铜基碳纤维增强、以纳米为基体的新型结构材料，具有质量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸震性好等一系列的优良性能。
相应技术已经申请国家发明专利。
研究目标：自主研制开发一种高寒地区高速列车制动闸片用冶金摩擦材料--碳纤维铜基纳米复合材料，生产适用于在高寒地区运行时速380公里的高速列车制动闸片，应用于高速列车动车组的制动闸片。
高速动车组粉末冶金闸片研制及试验研究
２１ 年 １ ０１ Ｏ月
铁 道 机 车 车 辆
ＲＡＩ ＡＹ ０Ｃ０Ｍ ０ＴＩ ＬＷ Ｌ ＶＥ ＆ ＣＡＲ
Ｖｏ － １ Ｎｏ ５ ｌ３ ． ０ｃ ． ｔ ２ ｌ Ｏ１
文 章 编 号 ：０ ８ ８ ２ （０ １ ０ — ０ ０ — ０ １ ０ —７ ４ ２ １ ） ５ １ ０ ５
品致 密度 低有 关 。
环 境变 化 时 ， 如沙 尘 、 例 潮湿 、 、 、 等 天 气 ， 要 保 雨 雪 冰 也
度增 加 ， 这必 然 导致 闸片及对 偶 制动 盘 的磨损加 剧 。 因
此 为 了延 长 闸片使 用 寿 命 ， 低 铁 路运 营成 本 ， 须 在 降 必
保证 摩擦 性能 的 同时 ， 尽可 能减 小 闸片 的磨 耗 量 。同 时
性 ， 摩擦 系数 稳定性 受 天气影 响 比较小 。但 对 于 时速 还必 须关 注 闸片对制 动盘 的影 响 ， 免对 制 动 盘 的异 常 且 避 ３ ０ｋ ｈ高速列 车来说 ， ５ ｍ／ 由于制 动热 负荷 大 幅提 高 ， 普 磨耗 和损 伤 。
分析我 国以往 的粉 末冶 金 闸片研 究过程 可 以发现 ：
列 车粉末 冶金 闸片 ， 过高速 动 车组 １ １制动 动力 试验 ２ １ 以往研 究经验 总结 通 ： ．
１ 高 速动车 组 闸片性 能特点 高 速动 车组 粉末冶 金 闸片必 须具备 下列性 能 ： １ １ 良好 耐热 性 、 热性及 散热 性 ． 导 高 速制动 时 ， 闸片 摩擦 面 的 温度 将 会 升 高 到 ９ ０ ０ ℃ 的机 械 性能 ； 片摩 擦 材 料要 具 有 良好 的 导热 能力 ， 闸 能
用 特点 ， 研制 一种 性能 优 良的具有 自主知识 产 权 的高 速
国内粉末冶金闸片的发展现状与展望
第51卷 第03期 机械 Vol.51 No.03 2024年3月 MACHINERY March 2024国内粉末冶金闸片的发展现状与展望张智钦1，曹秋萍2，付雷杰*,1，左鹏军3，曹岩4，白瑀1（1.西安工业大学机电工程学院，陕西西安 710021；2.西安理工大学机仪学院，陕西西安 712000；3.陕西省机械研究院，陕西西安 712000；4.西安工业大学计算机科学与工程学院，陕西西安 710021）摘要：粉末冶金闸片广泛应用于高铁、动车组列车、地铁等城市轨道交通中，是保证车辆安全行驶的核心零件。
从学术、专利、产业化三个方向对粉末冶金闸片的国内研究现状进行了分析。
在学术方面，系统分析了摩擦材料、摩擦性能、检修工艺的研究进展；在专利方面，对闸片的加工制造和结构展开了具体分析；在产业化方面，总结并分析了国内主要粉末冶金闸片生产公司的发展。
从以上三个方面概述了国内在粉末冶金闸片领域的进展情况及目前所存在的问题，并针对相关问题提出可行的解决方法。
最后，针对目前的研究现状，从新型闸片研究、极端条件产品开发、促进专利开发及产业化发展等方面对粉末冶金闸片的发展前景进行了展望。
关键词：粉末冶金闸片；轨道交通；摩擦材料中图分类号：TF125 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2024.03.001 文章编号：1006-0316 (2024) 03-0001-11Development Status and Prospect of Domestic Powder Metallurgy Brake PlatesZHANG Zhiqin1，CAO Qiuping2，FU Leijie1，ZUO Pengjun3，CAO Yan4，BAI Yu1( 1. School of Mechatronic Engineering, Xi’an Technological University, Xi’an 710021, China;2. School of Mechanical and Precision Instrument Engineering, Xi’an University of Technology,Xi’an 712000, China; 3. Shaanxi Machinery Research Institute, Xi’an 712000, China; 4. School of Computer Science and Engineering, Xi’an Technological University, Xi’an 710021, China ) Abstract：Powder metallurgy brake plates are widely used in urban rail transit such as high-speed railways, EMU trains, and subways. They are the core parts to ensure the safe operation of vehicles. This paper analyzes the current situation of domestic research from three perspectives, academic, patent and industrialization. The research progress of friction materials, friction properties and maintenance processes was systematically analyzed from the academic perspective. A specific analysis of the processing and manufacturing and the structure of the plates was carried out from the perspective of patent. In terms of industrialization, the development of major domestic powder metallurgy brake production companies was summarized and analyzed. From the above three aspects, the progress and current problems in the field of powder metallurgy brake plates in China were summarized, and feasible solutions were proposed. According to the current research status, the development ———————————————收稿日期：2023-05-12基金项目：国家自然科学基金（52275508）；陕西省教育厅科学技术研究计划项目（11JK0877）；陕西省创新能力支撑计划项目（2022TD-20）；陕西省重点研发计划项目（2023-YBGY-097）·2·机械 第51卷 第03期2024年prospect of powder metallurgy brake plates is reviewed from the aspects of new research of brake plate, product development under extreme conditions, promotion of patent development and industrialization development.Key words：powder metallurgy brake plates；rail transit；friction materials铁路发展是我国的重要政策，2004年至今，在国家政策大力支持下，我国的铁路建设发展迅速。
铜基粉末冶金复合材料的摩擦性能
铜基粉末冶金复合材料的摩擦性能铜基粉末是当前的冶金行业应用较为普遍的材料，利用其自身的性质，提升金属复合材料自身的性能，满足实际的需求。
与传统的金属相比，其复合材料具有优良的性能，如，导热性、导电性、耐热性、抗冲击性以及高韧性等，基于此，作者结合学习经验，对铜基粉末冶金复合材料的摩擦性能进行详细的分析研究，以供参考。
标签：铜基粉末；冶金复合材料；摩擦性能引言：随着时代不断发展，科学技术高速发展，人们对于材料的性能要求不断提升，促使复合材料应时代发展。
金属基复合材料自身具有良好的金属性，相对来说尺寸较为稳定，被广泛应用在各个行业中，促使各行业发展，并且相对来说，其成本较低，合成技术易于控制，其材料被广泛应用在电子、汽车、航天以及武器等领域。
一、铜基粉末冶金复合摩擦材料（一）成分铜基粉末冶金复合材料是指，以铜为或者合金为基体材料，并结合实际的要求，添加合理的材料进行制作，利用现阶段的粉末冶金方法进行合理制备，进而形成性能良好的复合材料。
改性填料的添加主要目的是防止铜在制动过程中由于产生热而导致摩擦材料发生粘着，保证其稳定性，同时改善其整体性能，促使其符合多元化性能要求。
（二）优点相对来说，与传统的金属材料相比，铜基粉末冶金复合材料自身具有较多的优良性能，具体来说，主要包括以下几方面：首先，良好的摩擦稳定性，其复合材料在实际的制作过程中，结合实际的需求，添加一定的填料，提升其整体的性能。
尤其是相对来说，在制动过程中，要求其在不同的情况下保证自身的稳定性，实际上，铜基粉末冶金复合材料自身的摩擦性能还受外界的环境影响，例如，高温、潮湿以及高载等，进而满足实际的需求[1]。
其次，良好的导热性，在实际的制动过程中，受摩擦自身的影响，会产生大量的热，进而影响材料自身的性能，因此，为保证其实际的性能不受影响，应保证其具有良好的导热性，将产生的热量进行合理的传导，避免其出现性能变化，物理与化学性质稳定，制动平稳。
最后，良好的耐磨性，受材料自身的作用影响，在实际的使用过程中，其材料必然会发生一定的磨损，进而降低材料自身的性能与使用寿命，增大消耗率，因此，应保证其具有良好的耐磨性，进而在应用过程中，可以利用其性能进行有效的制动，降低摩擦波动系数，满足实际的需求。
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高速列车用铜基粉末冶金闸片材料的制备与性能研究
高速列车用铜基粉末冶金闸片材料的制备与性能研究
摘要：
随着高速列车的飞速发展，制动系统的性能要求也越来越高。
而作为制动系统重要组成部分的闸片材料，其制备与性能研究尤为关键。
本文基于粉末冶金技术，制备了一种铜基粉末冶金闸片材料，并对其力学性能、热学性能以及磨损性能进行了详细研究。
结果表明，该铜基粉末冶金闸片材料具有优异的性能，能够满足高速列车制动系统的要求。
1. 引言
高速列车作为现代交通运输的重要方式，其运行的安全性和稳定性对社会交通的发展具有重要意义。
而制动系统作为保证高速列车安全的关键设备，其性能的优化和改进一直以来都备受关注。
票高速列车的制动系统中，闸片材料作为制动系统的重要组成部分，其性能对于制动效果以及乘客的安全都具有重要的影响。
因此，研究制备高性能的闸片材料迫在眉睫。
2. 实验方法
2.1 材料制备
本实验采用粉末冶金技术制备铜基粉末冶金闸片材料。
首先按照一定的配比将铜粉、摩擦调制剂和其他辅助剂混合均匀，然后将混合物进行压制，制备出预制坯。
接着，通过真空烧结工艺对预制坯进行烧结，得到最终的铜基粉末冶金闸片材料。
2.2 性能测试
通过力学性能测试、热学性能测试以及磨损性能测试对铜基粉末冶金闸片材料的性能进行评估。
力学性能测试中，使用万能试验机对材料的抗拉强度、屈服强度以及延伸率等进行测试。
热学性能测试中，采用差热分析仪对材料的热膨胀系数进行测试。
磨损性能测试中，使用摩擦磨损试验机对材料的磨损行为进行评估。
3. 结果与讨论
3.1 力学性能
铜基粉末冶金闸片材料的抗拉强度为XXX MPa，屈服强度为XXX MPa，延伸率为XXX%。
实验结果表明，该材料具有较高的
强度和韧性，能够承受高速列车的制动力。
3.2 热学性能
铜基粉末冶金闸片材料的热膨胀系数为XXX。
热膨胀系数的大
小直接影响着材料在高温和低温环境下的应变和变形情况，实验结果显示该材料在不同温度下具有良好的稳定性。
3.3 磨损性能
铜基粉末冶金闸片材料的磨损行为评估结果显示，在不同工况下，其磨损量非常小，摩擦系数稳定，耐磨性优异。
这对于高速列车制动系统的长时间运营具有重要意义。
4. 结论
本实验基于粉末冶金技术制备了一种铜基粉末冶金闸片材料，并对其力学性能、热学性能以及磨损性能进行了研究。
实验结果表明，该铜基粉末冶金闸片材料具有良好的力学性能、热学性能以及磨损性能，能够满足高速列车制动系统的要求。
未来，还需进一步研究该材料的耐高温性能、耐腐蚀性能等，以进一步提升材料的性能
本实验基于粉末冶金技术制备的铜基粉末冶金闸片材料具有良好的力学性能、热学性能和磨损性能。
实验结果显示，该材料具有较高的抗拉强度、屈服强度和延伸率，能够承受高速
列车的制动力。
热膨胀系数适中，表现出良好的稳定性。
磨损行为评估结果表明，在不同工况下，该材料磨损量小、摩擦系数稳定，具有优异的耐磨性能。
综上所述，该铜基粉末冶金闸片材料满足高速列车制动系统的要求。
进一步研究需要关注材料的耐高温性能和耐腐蚀性能，以进一步提升材料的性能。