本发明属于高速列车器件技术领域，具体涉及摩擦材料组合物以及用其制备的高速列车制动闸片和应用。
背景技术：
铁路是国家的重要基础设施。为了保证高速动车组安全运行，必须具备稳定且良好的制动系统。制动时闸片要将列车运行时产生的巨大动能通过摩擦转化为热能，所以要求闸片具有较高的机械强度、良好的耐热性和导热性、抗粘性、可靠性、稳定的摩擦性能、较低的磨损等特点。随着我国高速铁路建设的蓬勃发展，列车的运营速度将继续提升，服役条件也将更加苛刻，这对列车制动闸片的综合性能提出了更高的要求。铜基粉末冶金摩擦材料相较于传统的铁基粉末冶金摩擦材料具有良好导热性，且制动时不易与铁材质的制动盘发生粘结。但铜基粉末冶金摩擦材料强度和硬度较低，在高速下制动时不宜形成较好的润滑膜，导致磨耗较高、寿命较低。
在现有技术中，常采用添加合金元素的方法来提高铜基粉末冶金摩擦材料成膜能力，例如中国专利cn201510427053.6中添加锡元素；中国专利cn201510541995.7中添加银、锡等元素。但上述专利中所添加的低熔点金属在烧结时会气化损耗，剩余的少量元素也会在制动时的高温作用下软化甚至熔化从而发生粘着磨损现象。
此外，现有技术中也常采用增加陶瓷颗粒的方法来提高制动闸片的高温耐磨性，实现降低磨耗的目的。例如中国专利cn201410765239.8中添加了莫来石；中国专利cn201510427053.6中添加了锆英石等。但由于陶瓷属于硬脆相，受力时易发生破碎产生磨粒磨损，大的陶瓷颗粒还会划伤制动盘面，导致制动盘严重磨损。
因此提供摩擦材料组合物以及用其制备的高速列车制动闸片及其制备方法具有十分重要的意义。本发明的发明人经过大量创造性劳动提出本发明。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，本发明提供摩擦材料组合物以及用其制备的高速列车制动闸片和应用，以有效克服现有技术中存在的不足。本发明制备的制动闸片在运行过程中具有良好的摩擦磨损性能。该制动闸片耐高温，热衰退小，摩擦系数高且稳定，磨损率低，同时对偶件表面的热损伤和磨损小，该方法可明显提高制动系统的使用寿命、可靠性和经济性。
本发明的技术方案如下：
本发明的一个方面，提供一种摩擦材料组合物，所述摩擦材料组合物是铜基粉末冶金摩擦材料组合物，由以下原料制成：基体组元，润滑组元，抗摩组元，摩擦稳定组元；所述各组元重量百分比之和为100％。
优选的，本发明的摩擦材料组合物，由以下原料制成，其中各组分相比于所述摩擦材料组合物总重量：基体组元：超细铜粉30～50重量％，超细铁粉10～20重量％；润滑组元：人造石墨粉10～20重量％，纳米二硫化钼粉1～3重量％，纳米氟化钙粉2～5重量％；抗摩组元：铬粉3～10重量％，微米级碳化硅粉1～3重量％，纳米级碳化硅粉1～3重量％；摩擦稳定组元：天然鳞片石墨粉1～3重量％；所述各组元重量百分比之和为100％。
优选的，各组分相比于所述粉末冶金摩擦材料组合物重量，所述摩擦材料组合物由以下原料制成：基体组元：超细铜粉40～50重量％，超细铁粉15～20重量％，其中所述超细铜粉为600～1000目电解铜粉，所述超细铁粉为600～1000目还原铁粉；润滑组元：人造石墨粉15～20重量％，纳米二硫化钼粉2～3重量％，纳米氟化钙粉3～5重量％；抗摩组元：铬粉5～8重量％，微米级碳化硅粉2～3重量％，纳米级碳化硅粉2～3重量％；摩擦稳定组元：天然鳞片石墨粉2～3重量％；所述各组元重量百分比之和为100％。
优选的，各组分相比于所述摩擦材料组合物重量，所述摩擦材料组合物由以下原料制成：基体组元：超细铜粉48重量％，超细铁粉18重量％；润滑组元：人造石墨粉16重量％，纳米二硫化钼粉2重量％，纳米氟化钙粉4重量％；抗摩组元：铬粉6重量％，微米级碳化硅粉2重量％，纳米级碳化硅粉2重量％；摩擦稳定组元：天然鳞片石墨粉2重量％。
本发明的另一方面，提供了高速列车制动闸片的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：称取如本发明上述的粉末冶金摩擦材组合物料作为原料，备用；
(2)混料：将步骤(1)所称取的原料置于球磨机中，加入适量的粘合材料球磨混合，得混合料；
(3)压型：对步骤(2)所得混合料进行模具压型，得到压制坯体；
(4)加压烧结：将步骤(3)所得压制坯体置于真空烧结炉内加压烧结，所述加压为采用液压对压制坯体加压，得到高速列车专用粉末冶金制动闸片。
优选地，在步骤(4)中，将步骤(3)所得压制坯体置于真空烧结炉内，采用液压对压制坯体加压，烧结压力维持在2～5mpa，烧结时保持真空度0.1～1pa，烧结温度控制在900～1100℃，保温2～3小时；烧结冷却后产品出炉。
优选地，在步骤(2)中，在球磨机中混合3～7小时，得混合料；
优选地，在步骤(3)中，对步骤(2)所得混合料进行模具压型，压型的压力为250～350mpa，保证压块的密度达到4.5～5.0g/cm3。
本发明还提供本发明上述的制备方法得到的高速列车专用制动闸片，所述制动闸片与钢盘在对磨过程中摩擦系数为0.35，且不随闸片的磨损深度或使用时间而变化。
本发明还提供上述制动闸片的应用，所述制动闸片用作运行速度为250km/h～380km/h的高速列车的配件。
本发明取得了有益的技术效果，具体为本发明对高速列车的粉末冶金制动闸片进行配方优化，尤其是通过加入适量的纳米二硫化钼(1～3重量％)、纳米氟化钙粉(2～5重量％)、纳米级碳化硅粉(1～3重量％)后，制动闸片与钢盘在对磨过程中摩擦系数稳定(0.35)且不随闸片的磨损深度或使用时间而变化，闸片耐高温，热衰退小，可靠性高，综合性能好，闸片与对偶件钢盘的寿命得到明显提高。总之，本发明的方法制备的闸片在运行过程中具有良好的摩擦磨损性能。该制动闸片耐高温，热衰退小，摩擦系数高且稳定，磨损率低，同时对偶件表面的热损伤和磨损小，该方法可明显提高制动系统的使用寿命、可靠性和经济性。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的实施方式，本发明的一个实施方式为，铜基粉末冶金摩擦材料组合物，所述摩擦材料组合物由以下原料制成：基体组元，润滑组元，抗摩组元，摩擦稳定组元；所述各组元重量百分比之和为100％。
在该实施方式中，基体组元：超细铜粉30～50重量％，超细铁粉10～20重量％；润滑组元：人造石墨粉10～20重量％，纳米二硫化钼粉1～3重量％，纳米氟化钙粉2～5重量％；抗摩组元：铬粉3～10重量％，微米级碳化硅粉1～3重量％，纳米级碳化硅粉1～3重量％；摩擦稳定组元：天然鳞片石墨粉1～3重量％；所述各组元重量百分比之和为100％。
在该实施方式中对相应各组分可以进一步的优选，例如但不限于：
各组分相比于所述摩擦材料组合物重量，所述摩擦材料组合物由以下原料制成：基体组元：超细铜粉40～50重量％，超细铁粉15～20重量％，其中所述超细铜粉为600-1000目电解铜粉，所述超细铁粉为600-1000目还原铁粉；润滑组元：人造石墨粉15～20重量％，纳米二硫化钼粉2～3重量％，纳米氟化钙粉3～5重量％；抗摩组元：铬粉5～8重量％，微米级碳化硅粉2～3重量％，纳米级碳化硅粉2～3重量％；摩擦稳定组元：天然鳞片石墨粉2～3重量％；所述各组元重量百分比之和为100％。
优选的，所述人造石墨粉100-250微米；铬粉粒度为50-250微米；微米级碳化硅粉粒度为0.1-1微米；天然鳞片石墨粉粒度为160-250微米。
进一步的，在该实施方式中对相应各组分可以进一步的优选，例如但不限于：各组分相比于所述粉末冶金摩擦材料组合物重量，所述摩擦材料组合物由以下原料制成：基体组元：超细铜粉48重量％，超细铁粉18重量％；润滑组元：人造石墨粉16重量％，纳米二硫化钼粉2重量％，纳米氟化钙粉4重量％；抗摩组元：铬粉6重量％，微米级碳化硅粉2重量％，纳米级碳化硅粉2重量％；摩擦稳定组元：天然鳞片石墨粉2重量％。
本发明的另一实施方式为高速列车专用制动闸片的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：称取如本发明上述的粉末冶金摩擦材料作为原料，备用；
(2)混料：将步骤(1)所称取的原料置于球磨机中，加入适量的粘合材料球磨混合，得混合料；
(3)压型：对步骤(2)所得混合料进行模具压型，得到压制坯体；
(4)加压烧结：将步骤(3)所得压制坯体置于真空烧结炉内加压烧结，所述加压为采用液压对压制坯体加压，得到高速列车专用制动闸片。
在该实施方式中，在步骤(4)中，将步骤(3)所得压制坯体置于真空烧结炉内，采用液压对压制坯体加压，烧结压力维持在2～5mpa，烧结时保持真空度0.1～1pa，烧结温度控制在900～1100℃，保温2～3小时；烧结冷却后产品出炉。
在该实施方式中，在步骤(2)中，在球磨机中混合3～7小时，得混合料；
在该实施方式中，在步骤(3)中，对步骤(2)所得混合料进行模具压型，压型的压力为250～350mpa，保证压块的密度达到4.5～5.0g/cm3。
本发明的另一实施方式为上述的制备方法得到的高速列车专用制动闸片，所述制动闸片与钢盘在对磨过程中摩擦系数为0.35，且不随闸片的磨损深度或使用时间而变化。
根据的应用方面的实施方式为，制动闸片用作运行速度为250km/h～380km/h的高速列车的配件。
通过上述各实施方式，取得了有益的技术效果，具体为对高速列车制动闸片配方优化，通过加入适量的纳米二硫化钼(1～3重量％)、纳米氟化钙粉(2～5重量％)、纳米级碳化硅粉(1～3重量％)后，制动闸片与钢盘在对磨过程中摩擦系数稳定(0.35)且不随闸片的磨损深度或使用时间而变化，闸片耐高温，热衰退小，可靠性高，综合性能好，闸片与对偶件钢盘的寿命得到明显提高。上述方法制备的闸片在运行过程中具有良好的摩擦磨损性能。该制动闸片耐高温，热衰退小，摩擦系数高且稳定，磨损率低，同时对偶件表面的热损伤和磨损小，该方法可明显提高制动系统的使用寿命、可靠性和经济性。
下面结合实施例对本发明作进一步的说明：
实施例：
含铜基粉末冶金摩擦材料组合物的高速列车制动闸片，由以下原料制成：
基体组元：1000目电解铜粉，47重量％；1000目还原铁粉，16重量％；
润滑组元：100目人造石墨粉，18重量％；300纳米二硫化钼粉，2重量％；500纳米氟化钙粉，5重量％。
摩擦组元：100目铬粉，7重量％；1微米碳化硅粉，2重量％；1纳米碳化硅粉，1重量％。
摩擦稳定组元：80目天然鳞片石墨粉，2重量％；
制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按预定重量百分配比称取各组分原料，备用；
(2)混料：将步骤(1)所称取的各组分原料置于球磨机中，加入各组分原料总重量3％的粘结材料煤油，球磨混合5小时，得混合料；
(3)压型：对步骤(2)所得混合料进行模具压型，压型的压力为300mpa，压块的密度达到4.7g/cm3；
(4)加压烧结：将步骤(3)所得坯体置于真空烧结炉内，采用液压站和工装对压制坯体加压，烧结压力为3mpa，真空度为1pa，烧结温度为900℃，保温3小时；冷却4小时后产品出炉。
将本实施例所得闸片制成摩擦试环，在摩擦磨损试验机上进行模拟制动试验。根据高速列车制动条件，设定模拟试验参数：在试验机上进行停车制动试验，试验转速6500～8000rpm，试验压力0.3mpa，摩擦系数0.32～0.40，磨耗量＜0.23cm3/mj，低于国际铁路联盟标准规范uic规定的0.35cm3/mj。
本发明的制动闸片兼有现有铁基、铜基闸瓦的优点，加入纳米二硫化钼粉、纳米氟化钙粉、、纳米级碳化硅粉之后，除了保证较好的导热性和强度之外，还能提高摩擦系数的稳定性和抗热衰减性能，从而提高摩擦制动闸片对高速制动条件的适用性及机械制动系统的稳定性和可靠性。总之，以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明做出一些改变，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。