“高鐵(tie)”是我們(men)日常(chang)中(zhong)最(zui)常(chang)用的(de)出(chu)行方式(shi)之一(yi)，超過(guo)200km/h的(de)速度及密(mi)布(bu)全國的(de)鐵(tie)路網使得人們(men)可以用很(hen)短的(de)時(shi)間就到達目的(de)地。而為了確保(bao)高鐵(tie)的(de)行駛(shi)安全，決定了列車的(de)行駛(shi)速度、緊急制動(dong)能力的(de)“剎車片”的(de)制定一(yi)直都是列車設計方案中(zhong)的(de)重中(zhong)之重。

　　按國際鐵路聯盟(UIC)規定(ding)：機械(xie)摩(mo)擦(ca)制(zhi)動(dong)必(bi)(bi)須(xu)保(bao)證高(gao)(gao)速(su)(su)列(lie)(lie)車(che)(che)在(zai)規定(ding)的(de)(de)制(zhi)動(dong)距離內(nei)停車(che)(che)，以(yi)確保(bao)列(lie)(lie)車(che)(che)運行(xing)的(de)(de)安全。由于列(lie)(lie)車(che)(che)的(de)(de)車(che)(che)速(su)(su)與制(zhi)動(dong)功率(lv)呈3次(ci)方關(guan)系。即列(lie)(lie)車(che)(che)速(su)(su)度(du)提高(gao)(gao)一(yi)倍，它的(de)(de)制(zhi)動(dong)功率(lv)就(jiu)需(xu)要增(zeng)加八(ba)倍。因此在(zai)列(lie)(lie)車(che)(che)速(su)(su)度(du)提高(gao)(gao)的(de)(de)同時，列(lie)(lie)車(che)(che)的(de)(de)制(zhi)動(dong)裝(zhuang)置也必(bi)(bi)須(xu)具(ju)有(you)更大的(de)(de)制(zhi)動(dong)能力，所以(yi)剎車(che)(che)片性能的(de)(de)好壞成為了關(guan)鍵。

　　01好的剎車片是什么樣的?

　　具體來(lai)說，可以(yi)分(fen)為(wei)以(yi)下(xia)幾點：

　　①高(gao)(gao)的(de)摩擦系(xi)數(shu)穩定性：在高(gao)(gao)的(de)溫(wen)度、壓(ya)力和速度情況(kuang)下，需要閘片的(de)摩擦系(xi)數(shu)足(zu)夠高(gao)(gao)，并且有(you)足(zu)夠的(de)穩定性。

　　②高的抗粘(zhan)結性：不與摩擦副工作(zuo)表(biao)面發生粘(zhan)結，不產生摩擦表(biao)面的剝落、擦傷、焊結及其他毀壞性的破壞。

　　③高的耐熱性：要(yao)能(neng)保持(chi)瞬(shun)時摩(mo)(mo)擦升溫到900～1000℃和(he)長時間摩(mo)(mo)擦升溫到300～400℃時，其機械(xie)性能(neng)和(he)摩(mo)(mo)擦性能(neng)基本(ben)保持(chi)不(bu)變。

　　④高(gao)的(de)熱物理(li)穩定性(xing)(xing)：摩擦材料應當能承受頻繁的(de)熱變化，即(ji)能抗熱疲勞，同時還應具有(you)相當高(gao)的(de)導熱系數、比(bi)熱值和盡可能小的(de)線性(xing)(xing)膨脹系數。

　　⑤足夠的(de)(de)機(ji)械強度：材料(liao)不應產生破裂、分層、深(shen)裂紋(wen)、剝落和與鋼(gang)背剝離的(de)(de)情況;保證可行的(de)(de)磨損速(su)率。

　　⑥高(gao)的(de)耐(nai)磨(mo)性：耐(nai)磨(mo)性主要(yao)取決于閘(zha)(zha)片(pian)的(de)工況條件。對(dui)于粉末冶金材料閘(zha)(zha)片(pian)，UIC允許(xu)的(de)磨(mo)耗量是0.35cm2/MJ，以保(bao)證動車組閘(zha)(zha)片(pian)有足(zu)夠長的(de)壽命。

　　⑦高的環(huan)(huan)境(jing)友好性：制動時(shi)應平穩、噪音低(di);材料中不能(neng)加入(ru)不利(li)于環(huan)(huan)保的石棉、鉛;應能(neng)長期在潮濕環(huan)(huan)境(jing)下(xia)和溫度范圍在～60～+50℃下(xia)具(ju)有(you)較強的抗腐蝕性。

　　02剎車片對(dui)原(yuan)材料的要求

　　顯然(ran)，高速(su)列(lie)(lie)車(che)剎車(che)片(pian)的(de)制備是一項難度很高的(de)關鍵技術，發展(zhan)至今主要經歷(li)了鑄鐵材(cai)(cai)(cai)料(liao)、合成材(cai)(cai)(cai)料(liao)、碳(tan)/碳(tan)復合材(cai)(cai)(cai)料(liao)、粉末冶金材(cai)(cai)(cai)料(liao)等(deng)幾類(lei)。其中，粉末冶金摩(mo)擦材(cai)(cai)(cai)料(liao)具有足夠的(de)強度，合適而穩定(ding)的(de)摩(mo)擦因數，工作平穩可(ke)靠，耐磨(mo)及污染少等(deng)優點(dian)，被廣(guang)泛應用在各國的(de)高速(su)列(lie)(lie)車(che)上，是現代摩(mo)擦材(cai)(cai)(cai)料(liao)家(jia)族中應用面最廣(guang)、量最大的(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)。

　　粉(fen)末冶金摩擦(ca)材料得制作主要(yao)包括以下(xia)工序：對(dui)粉(fen)末原(yuan)材料進行配比設(she)計(ji)、粉(fen)料混合、模壓成形、加壓燒結和(he)后續機械加工等。由于在組(zu)(zu)(zu)分(fen)的設(she)計(ji)上(shang)極具靈活(huo)性(xing)，因此對(dui)于粉(fen)末冶金摩擦(ca)材料來說，起(qi)跑線“成分(fen)的選擇(ze)”是非(fei)常關鍵的，主要(yao)可分(fen)為以下(xia)三(san)大部分(fen)：基體(ti)組(zu)(zu)(zu)元、摩擦(ca)組(zu)(zu)(zu)元和(he)潤滑組(zu)(zu)(zu)元。

　　1.基體組元

　　粉末冶金(jin)摩(mo)(mo)擦(ca)材料的強(qiang)度(du)、耐磨性在很(hen)大程度(du)上取決于(yu)基(ji)體(ti)的組織結構、物(wu)理和化(hua)學性質，常(chang)用(yong)基(ji)體(ti)組元有Cu、Ni、Fe、Al、Zn、Sn、Mn、Ti等金(jin)屬(shu)或其(qi)合金(jin)，最常(chang)用(yong)的金(jin)屬(shu)基(ji)體(ti)為(wei)Fe粉和Cu粉，但單一金(jin)屬(shu)基(ji)體(ti)的力學強(qiang)度(du)不高，表面易氧化(hua)，摩(mo)(mo)擦(ca)性能(neng)不穩定，因(yin)此(ci)，在實際運用(yong)中通常(chang)使用(yong)合金(jin)基(ji)體(ti)，在基(ji)體(ti)組元中添加(jia)強(qiang)化(hua)元素，如Ni、Fe、Sn、Zn、Mo等形成(cheng)金(jin)屬(shu)固溶(rong)強(qiang)化(hua)，能(neng)夠增強(qiang)基(ji)體(ti)，穩定摩(mo)(mo)擦(ca)因(yin)數，改善(shan)熱傳導性能(neng)。

　　Cu基(ji)粉(fen)末冶金(jin)摩(mo)擦材(cai)料(liao)具(ju)有(you)高(gao)的(de)(de)導(dao)熱率、良好的(de)(de)塑(su)性、易燒結等優點(dian)，但是其(qi)力學性能較(jiao)低(di)，價格相對較(jiao)高(gao)，因此必須進(jin)行合金(jin)化。常用的(de)(de)有(you)Cu-Sn合金(jin)、Al-Cu合金(jin)、Cr-Cu合金(jin)等，同時還(huan)要添加其(qi)他微量(liang)元素如Zr、Ni、Zn、W等進(jin)行調(diao)節。

　　2.潤滑組元

　　潤(run)(run)滑(hua)組元的(de)(de)主(zhu)要作用是(shi)改善摩(mo)(mo)擦性能，減(jian)小粉(fen)末(mo)之間的(de)(de)摩(mo)(mo)擦阻力(li)，增強壓(ya)制過程中粉(fen)末(mo)的(de)(de)流動性，提高材料(liao)的(de)(de)耐磨性和抗咬合性，減(jian)小摩(mo)(mo)擦面之間的(de)(de)黏結和卡滯(zhi)作用。粉(fen)末(mo)冶金材料(liao)中常用的(de)(de)潤(run)(run)滑(hua)組元有Pb、Bi、Sb等(deng)低熔點金屬，石墨(mo)，MoS2等(deng)固體潤(run)(run)滑(hua)劑，某(mou)些氧化物、磷化物以及(ji)BN等(deng)。

　　其中(zhong)，鱗(lin)(lin)片(pian)狀石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)與MoS2最常被(bei)用(yong)作潤(run)滑(hua)組元。石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)熔(rong)點高(gao)達4000℃，因此其耐高(gao)溫性(xing)能(neng)(neng)極為優良，分為天(tian)然鱗(lin)(lin)片(pian)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)和人造顆粒石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)。粉末(mo)冶(ye)金摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)材料(liao)一般使(shi)用(yong)中(zhong)粗石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)。Cu基材料(liao)中(zhong)加入(ru)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)，能(neng)(neng)提(ti)高(gao)材料(liao)的(de)耐磨(mo)性(xing)能(neng)(neng)，有利(li)于摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)平穩(wen)(wen)，改進摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)性(xing)能(neng)(neng)。在(zai)(zai)(zai)低(di)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)因數要(yao)求的(de)材料(liao)中(zhong)一般只加入(ru)鱗(lin)(lin)片(pian)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)即(ji)可(ke)，而(er)在(zai)(zai)(zai)對摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)因數要(yao)求較高(gao)的(de)高(gao)鐵制(zhi)動材料(liao)中(zhong)，要(yao)減少鱗(lin)(lin)片(pian)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)的(de)用(yong)量，增加顆粒石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)的(de)加入(ru)。MoS2通常與石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)進行混合使(shi)用(yong)，MoS2在(zai)(zai)(zai)低(di)速摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)時起潤(run)滑(hua)作用(yong)，石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)在(zai)(zai)(zai)高(gao)速摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)時起潤(run)滑(hua)作用(yong)，從而(er)保(bao)證粉末(mo)冶(ye)金摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)材料(liao)的(de)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)因數穩(wen)(wen)定(ding)，磨(mo)損率低(di)。

　　3.摩擦組元

　　摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)(ca)(ca)組元主要是改善(shan)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)(ca)(ca)材料的(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)(ca)(ca)性(xing)能(neng)，增(zeng)加摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)(ca)(ca)因數(shu)，也稱增(zeng)摩(mo)(mo)劑。摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)(ca)(ca)組元可以(yi)由多種熔點較(jiao)高的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)、金(jin)(jin)屬(shu)化合(he)(he)物或(huo)陶瓷(ci)顆粒組成，它們(men)能(neng)夠與基(ji)體(ti)結合(he)(he)，均(jun)勻(yun)分(fen)布在其中(zhong)，起到增(zeng)摩(mo)(mo)、耐(nai)磨、耐(nai)熱、減(jian)少摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)(ca)(ca)面黏(nian)結等作(zuo)用，特別是在高溫下與基(ji)體(ti)合(he)(he)金(jin)(jin)化，可阻止基(ji)體(ti)流動，增(zeng)強耐(nai)磨性(xing)。

　　為了保證摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)副(fu)表面達到最好的(de)(de)嚙(nie)合程度(du)，必須采用(yong)(yong)良好的(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)組(zu)元(yuan)，摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)組(zu)元(yuan)對材料的(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)因數和磨損(sun)率均(jun)(jun)有(you)很(hen)大的(de)(de)影響作用(yong)(yong)，其含量和粒(li)度(du)是(shi)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)組(zu)元(yuan)的(de)(de)基本特性，粒(li)度(du)偏大或者含量偏高均(jun)(jun)會造成(cheng)磨粒(li)磨損(sun)而使(shi)得磨損(sun)加(jia)劇(ju)，擦(ca)(ca)傷(shang)對偶件(jian)，造成(cheng)磨損(sun)量較高。常用(yong)(yong)的(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)組(zu)元(yuan)有(you)TiC、SiC、TiN、高熔點金屬(Ni、Fe、Mo)粉末、金屬氧化物(wu)(Al2O3、SiO2、Fe2O3)以(yi)及莫來石、硼化物(wu)等，通常使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)組(zu)元(yuan)是(shi)以(yi)組(zu)合的(de)(de)形式添加(jia)到材料中，比添加(jia)單獨的(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)(ca)組(zu)元(yuan)綜合性能(neng)更好。

　　資料來源：

　　粉末(mo)冶(ye)金(jin)摩擦材料的(de)應(ying)用(yong)現狀及對原(yuan)材料的(de)要求，王秀飛，尹彩流。

　　高鐵(tie)制動(dong)用粉末(mo)冶金摩擦材料(liao)的(de)制備及性能研究，王曄。

　　高速列車(che)粉末冶金(jin)制動閘片的制備與摩擦磨(mo)損(sun)性能研究(jiu)，趙翔。

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