粉末冶金摩擦材質在列車上的運用

粉末冶金材料成分選擇一般的粉末冶金摩擦材料是由金屬基體，摩擦組元和潤滑組元等組成的多元復合材料。其中金屬基體的主要作用是以機械結合方式將陶瓷成分和潤滑劑保持在其中，形成有一定強度的整體。基體具有金屬性，其組織結構、物理化學性能在很大程度上決定國內公司研制的粉末冶金閘片了金屬陶瓷的摩擦磨損性能及熱穩定性，力學性能及導熱性能。
  基體成分在鐵基基體中一般添加一定量的合金元素Cu、W、Ni、P、Cr、Mo和Si等來提高基體的性能。添加的合金元素會同基體中的Fe形成合金珠光體，并形成碳化物相或金屬間化合物相，從而提高了基體的高溫強度和抗氧化能力，并可大大降低材料的磨損量。銅基粉末冶金剎車材料基體中加入合金元素有Zn、Ni、Al、Ti、Mo和Sn等。摩擦組元摩擦材料中常用的摩擦組元有SiO2、Al2O3、SiC、B4C等，加入摩擦組元的主要目的就是要提高基體材料的摩擦系數，增強基體的強度。一般認為，在Cu基摩擦材料中加入SiO2作摩擦劑較為合適。SiO2對提高摩擦系數，降低磨損有一定作用，但也有研究表明，SiO2由于被還原和溶解于鐵而引起碳化鐵含量減少從而降低摩擦性能。
  SiC硬度很高，熔點高，高溫下不與基體發生化學反應。研究表明，隨著SiC含量的增加，摩擦系數增加，適當的含量可以降低磨損量，過量的SiC會破壞基體的強度，易發生剝落，從而加劇材料的磨損。Al2O3可穩定摩擦系數，燒結時無晶形轉變，能提高材料的熱穩定性。
  潤滑組元為了提高材料的抗擦傷性和耐磨性，需要在材料成分中加入潤滑組元，通常加入的潤滑組分有：低熔點金屬（Pb、Sb、Bi），非金屬固體潤滑劑（石墨、MoS2），六方BN和BaSO4等等。石墨是粉末冶金材料中起固體潤滑作用的主要組元之一，對材料的耐磨性及剎車平穩性起著很重要的作用。石墨在材料中以化合態和游離態兩種形式存在，部分和Fe形成碳化物或金屬間化合物，部分和其它合金元素形成化合物；片狀游離石墨具有層狀六方晶體結構，層間原子間結合鍵能低，易滑移，而層內原子間結合力強，滑移時平面層不會剝落，由于石墨能在金屬表面形成牢固的轉移膜，因此具有優良的潤滑性。石墨與Cu、Fe、Sn間不互溶，它基本均勻分布于金屬基體之間。燒結過程中石墨對金屬原子間的擴散起阻礙作用，阻礙燒結頸的形成，增大材料的孔隙度。孔隙常出現在石墨與金屬的界面處，且呈狹長的扁孔，易引起應力集中。
  結語針對我國的鐵路現狀和發展高速列車的迫切性，以及我國的國情，現階段除了引進國外整車車輛之外，應對以粉末冶金摩擦材料為主的閘片制動材料進行系統的研究，研制出可媲美或取代進口閘片的產品，并盡快實現產業化。同時，可進行C/C復合材料和陶瓷摩擦材料的深入研究，為我國鐵路的進一步提速和向高速化發展，做好充足的技術準備。

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