高速列车制动盘材料的研究现状与发展趋势(2)
充分利用铸铁耐磨性能好和锻钢抗热龟裂性能好的特点,着重考虑组合制动盘。德国、法国和日本都曾在部分高速线路上使用过组合式制动盘,其中,德国为铸铁-铸钢组合式,日本和法国为铸铁-锻钢组合式。国内广-深准高速线路上的列车制动盘也为铸铁-锻钢组合式[5]。
3陶瓷颗粒增强铝基复合材料制动盘
311 铝基复合材料
陶瓷颗粒增强铝基复合材料是以SiC或A1203等陶瓷颗粒为增强体、铝合金为基体的新型材料。由于该材料既具有其陶瓷颗粒组份的高耐磨性、高硬度(强度)及低膨胀系数的特点,又具有其基体组份铝合金的良好热传导性和低密度的特点,因而在制动盘方面的应用得到了世界各国的广泛关注和研究,被认为是高速列车制动盘钢铁材料的理想替代材料[9~11]。
制备陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法较多[9],比较典型的有粉末冶金法、真空压力浸渗法、中间合金法、液态金属搅拌法、接触反应法、沉积法和复合铸造法等。
在这些方法中,比较接近产业化的方法是液态金属搅拌法和复合铸造法。采用改进的液体金属搅拌法,美国Duralcan公司已生产出性能优良的SiC A356铝合金复合材料,并已投放市场。但利用这种工艺方法制备铝基复合材料需要价格较为昂贵的真空设备。复合铸造法,在较低的基体合金熔炼温度下,使合
54石 家 庄 铁 道 学 院 学 报第14卷金的半固态浆液与陶瓷颗粒搅拌复合在一起,避免了基体合金的过量氧化和吸气,且基体合金与陶瓷颗粒的复合效果较佳,因而具有较强的吸引力和竞争力。近几年来,我们完成河北省、铁道部科研课题中,对半固态搅拌复合铸造法进行了研究[12],已初步选定了较为合理的各项参数,并制定了一套严格的操作程序。经特殊颗粒预处理法处理过的SiC颗粒表面流动性显著改善,可方便地将其投放到铝合金熔液中去,并能迅速地与基体熔液搅拌复合在一起,减少了基体铝合金熔液的氧化、吸气现象。通过选取适当的搅拌温度、搅拌时间、搅拌速度及搅拌器尺寸等工艺参数,制备的复合材料材质均匀,基本上无气孔、疏松等铸造缺陷,符合制动盘对材料强度和摩擦性能等方面的要求。其中,为了保证铝基复合材料足够的耐磨性和高温强度,SiC增强颗粒的体积百分数一般不低于20%。
312 应用情况及存在问题
美国Ford公司、日本Toyata公司均已将SiC,并进行了大量的检测试验。德国ICE21[11],效果良好。从1997年1月起,一列全部安装SiC,到年底已安全运行了km。按磨耗结果测算,15;(株)所制备的铝基复合材料制动盘也在100N[10]。
试用结果表明,,(约铸铁制动盘质量的40%),,。
:一是陶瓷颗粒增强铝基复合材料的塑性较低,含SiC20vo1%的铝基复合材料的延伸率仅为015%左右,制动盘在承受交变热负荷时,在铝基复合材料中一旦出现裂纹萌生,就很容易扩展,结果导致突发事故。为了避免这一缺点,制动盘可设计为组合式,即盘的摩擦面为陶瓷颗粒增强铝基复合材料,利用其良好的导热性和较高的耐磨性进行摩擦制动;而盘毂部分为塑性较好的铝合金。可以实现上述设计的工艺有:泡沫陶瓷预型的浸渗技术、双金属铸造、多重浇铸和等离子喷涂等,其中较为理想的方法是多重浇铸工艺和浸渗技术。一是与其对磨的有机摩擦材料磨耗较大,配副闸片的更换频繁,因而必须采用与之相配套的摩擦材料制作闸片。
313 发展趋势
在行驶速度超过200km h的高速铁路上,传统的铸铁制动盘,由于其热龟裂倾向大,已不能满足高速列车的制动要求,锻钢制动盘仍可作用,但由于其比重大,不利于车辆的轻量化。而铝基复合材料作为一种价格适中、性能优良、重量轻的制动材料可以发挥应有的作用。
4C C复合材料制动盘
411 C C复合材料
碳纤维增强碳基复合材料简称碳 碳(C 5)、优异的抗C)复合材料,它具有较低的密度(仅为铸铁的1
热冲击性和高温强度、在高速下具有较佳的高温摩阻性能等特点,因而在航空、航天领域中倍受青昧,多年来一直用作飞机制动盘的摩擦材料。采用C C复合材料作为高速列车制动盘的摩擦材料,不仅可以大大减轻盘型制动器的重量,而且因其热容量大,还可以对超高速列车施行紧急制动。
CC复合材料的制备大致可分为[13,14]:预制件成形,致密化和石墨化三个工艺过程。
预制件成形包括原材料和成形工艺的选取。增强组份按纤维的长度可分为,长纤维和短纤维;按纤维的来源不同,分为PAN系和沥青系。常见的毛坯成形工艺有:热模压法、超高温模压法、二维碳布增强法、针刺毡法、细编穿刺法和三维四向编织法等。为了降低C C复合材料的制作成本,使其在高速列车上得到应用,一般选用短切碳纤维作为增强组份,并采用模压法进行毛坯成形。
文章来源:《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1008/335.html