“高鐵”是我們日常中最常用的出行方式之一，超過200km/h的速度及密布全國的鐵路網使得人們可以用很短的時間就到達目的地。而為了確保高鐵的行駛安全，決定了列車的行駛速度、緊急制動能力的“剎車片”的制定一直都是列車設計方案中的重中之重。

　　按國際鐵路聯盟(UIC)規定：機械摩擦制動必須保證高速列車在規定的制動距離內停車，以確保列車運行的安全。由于列車的車速與制動功率呈3次方關系。即列車速度提高一倍，它的制動功率就需要增加八倍。因此在列車速度提高的同時，列車的制動裝置也必須具有更大的制動能力，所以剎車片性能的好壞成為了關鍵。

　　01好的剎車片是什么樣的?

　　具體來說，可以分為以下幾點：

　　①高的摩擦系數穩定性：在高的溫度、壓力和速度情況下，需要閘片的摩擦系數足夠高，并且有足夠的穩定性。

　　②高的抗粘結性：不與摩擦副工作表面發生粘結，不產生摩擦表面的剝落、擦傷、焊結及其他毀壞性的破壞。

　　③高的耐熱性：要能保持瞬時摩擦升溫到900～1000℃和長時間摩擦升溫到300～400℃時，其機械性能和摩擦性能基本保持不變。

　　④高的熱物理穩定性：摩擦材料應當能承受頻繁的熱變化，即能抗熱疲勞，同時還應具有相當高的導熱系數、比熱值和盡可能小的線性膨脹系數。

　　⑤足夠的機械強度：材料不應產生破裂、分層、深裂紋、剝落和與鋼背剝離的情況;保證可行的磨損速率。

　　⑥高的耐磨性：耐磨性主要取決于閘片的工況條件。對于粉末冶金材料閘片，UIC允許的磨耗量是0.35cm2/MJ，以保證動車組閘片有足夠長的壽命。

　　⑦高的環境友好性：制動時應平穩、噪音低;材料中不能加入不利于環保的石棉、鉛;應能長期在潮濕環境下和溫度范圍在～60～+50℃下具有較強的抗腐蝕性。

　　02剎車片對原材料的要求

　　顯然，高速列車剎車片的制備是一項難度很高的關鍵技術，發展至今主要經歷了鑄鐵材料、合成材料、碳/碳復合材料、粉末冶金材料等幾類。其中，粉末冶金摩擦材料具有足夠的強度，合適而穩定的摩擦因數，工作平穩可靠，耐磨及污染少等優點，被廣泛應用在各國的高速列車上，是現代摩擦材料家族中應用面最廣、量最大的材料。

　　粉末冶金摩擦材料得制作主要包括以下工序：對粉末原材料進行配比設計、粉料混合、模壓成形、加壓燒結和后續機械加工等。由于在組分的設計上極具靈活性，因此對于粉末冶金摩擦材料來說，起跑線“成分的選擇”是非常關鍵的，主要可分為以下三大部分：基體組元、摩擦組元和潤滑組元。

　　1.基體組元

　　粉末冶金摩擦材料的強度、耐磨性在很大程度上取決于基體的組織結構、物理和化學性質，常用基體組元有Cu、Ni、Fe、Al、Zn、Sn、Mn、Ti等金屬或其合金，最常用的金屬基體為Fe粉和Cu粉，但單一金屬基體的力學強度不高，表面易氧化，摩擦性能不穩定，因此，在實際運用中通常使用合金基體，在基體組元中添加強化元素，如Ni、Fe、Sn、Zn、Mo等形成金屬固溶強化，能夠增強基體，穩定摩擦因數，改善熱傳導性能。

　　Cu基粉末冶金摩擦材料具有高的導熱率、良好的塑性、易燒結等優點，但是其力學性能較低，價格相對較高，因此必須進行合金化。常用的有Cu-Sn合金、Al-Cu合金、Cr-Cu合金等，同時還要添加其他微量元素如Zr、Ni、Zn、W等進行調節。

　　2.潤滑組元

　　潤滑組元的主要作用是改善摩擦性能，減小粉末之間的摩擦阻力，增強壓制過程中粉末的流動性，提高材料的耐磨性和抗咬合性，減小摩擦面之間的黏結和卡滯作用。粉末冶金材料中常用的潤滑組元有Pb、Bi、Sb等低熔點金屬，石墨，MoS2等固體潤滑劑，某些氧化物、磷化物以及BN等。

　　其中，鱗片狀石墨與MoS2最常被用作潤滑組元。石墨熔點高達4000℃，因此其耐高溫性能極為優良，分為天然鱗片石墨和人造顆粒石墨。粉末冶金摩擦材料一般使用中粗石墨。Cu基材料中加入石墨，能提高材料的耐磨性能，有利于摩擦平穩，改進摩擦性能。在低摩擦因數要求的材料中一般只加入鱗片石墨即可，而在對摩擦因數要求較高的高鐵制動材料中，要減少鱗片石墨的用量，增加顆粒石墨的加入。MoS2通常與石墨進行混合使用，MoS2在低速摩擦時起潤滑作用，石墨在高速摩擦時起潤滑作用，從而保證粉末冶金摩擦材料的摩擦因數穩定，磨損率低。

　　3.摩擦組元

　　摩擦組元主要是改善摩擦材料的摩擦性能，增加摩擦因數，也稱增摩劑。摩擦組元可以由多種熔點較高的金屬、金屬化合物或陶瓷顆粒組成，它們能夠與基體結合，均勻分布在其中，起到增摩、耐磨、耐熱、減少摩擦面黏結等作用，特別是在高溫下與基體合金化，可阻止基體流動，增強耐磨性。

　　為了保證摩擦副表面達到最好的嚙合程度，必須采用良好的摩擦組元，摩擦組元對材料的摩擦因數和磨損率均有很大的影響作用，其含量和粒度是摩擦組元的基本特性，粒度偏大或者含量偏高均會造成磨粒磨損而使得磨損加劇，擦傷對偶件，造成磨損量較高。常用的摩擦組元有TiC、SiC、TiN、高熔點金屬(Ni、Fe、Mo)粉末、金屬氧化物(Al2O3、SiO2、Fe2O3)以及莫來石、硼化物等，通常使用的摩擦組元是以組合的形式添加到材料中，比添加單獨的摩擦組元綜合性能更好。

　　資料來源：

　　粉末冶金摩擦材料的應用現狀及對原材料的要求，王秀飛，尹彩流。

　　高鐵制動用粉末冶金摩擦材料的制備及性能研究，王曄。

　　高速列車粉末冶金制動閘片的制備與摩擦磨損性能研究，趙翔。

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