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国内自主研发铜粉末冶金刹车片替代德国进口用于煤矿开采
2022年03月31日    阅读量:10493    新闻来源:好力百信息网  |  投稿

自世界上出现动力机械和机动车辆后,在其传动和制动机构中就使用摩擦片。理想的刹车片材料应具有较好的稳定性、摩擦系数变化小、磨损小,提高制动可靠性,延长刹车片使用寿命的优点。随着石棉摩擦片禁令的发布,新型无石棉刹车片材料的研制,改善摩擦材料性能的研究势在必行中国机械网okmao.com。煤炭产业是国民经济发展的主要产业,在煤炭生产过程中对产煤机器的使用性能和稳定性能有很高的要求,而矿山机械用刹车片作为矿山机械的一个重要部件,在煤炭生产和环境安全方面发挥着重要的作用。


本文通过对比国内外矿山用先进刹车片材料的制造方法和材料组织及性能等,在总结国外先进矿山用刹车片材料生产方法的基础上,提出了我国先进矿山用刹车片材料的发展方向,并用国内自主研发出铜粉末冶金材料替代德国进口刹车片用于煤矿开采。


1.国内外矿山用刹车片材料生产现状


矿山用刹车片一般由钢板、黏结隔热层和摩擦块构成。钢板经过涂装来防锈,涂装过程用炉温跟踪仪来检测涂装过程温度分布来保证质量。黏结隔热层要求有很高的黏结力,保证在使用过程中不脱落。摩擦块在使用过程有较高的摩擦因数(一般要求0.33),同时要求不打火。摩擦块材料是刹车片的核心技术,以单轨调运刹车片为例,我国的制备材料以铜合金为主,制备方法为冶炼加焊接成型方法,有部分企业采用粉末冶金的方法进行生产,在使用性能上各有优缺点。


我国某企业粉末冶金刹车片与德国生产的刹车片进行对比可以看出,在黏结隔热层和摩擦块方面还存在一定差距。在黏结隔热层方面国内采用焊接方法,增加了生产流程并增高了生产成本,而国外则通过对摩擦材料和黏结隔热层的系统改进免去了焊接生产流程,同时也降低了成本。在使用性能方面,德国生产的刹车片由于摩擦块材料的先进配比和烧结工艺的成熟,同样优于国内某企业。


但从总体来说,我国的刹车片已经从原来污染环境的石棉材料发展为耐火颗粒和金属颗粒烧结而成的环境保护材料。近年来我国的刹车片生产技术也取得了重大的发展,特别是粉末冶金技术的出现对材料的发展起到了革命性的改进,但粉末冶金技术在刹车片生产中的应用还有待提高。


2.技术分析

刹车片分类及发展方向。根据刹车片生产材料,可以分为:半金属、少金属、石棉和陶瓷材料四类。在使用性能方面产品要求集摩擦性能稳定、柔韧性好,耐磨、使用寿命长等特点。


在国外先进刹车片生产国家中,德国的产品处于国际先进水平,其产品集性能稳定、柔韧性好、耐磨、使用寿命长等为一体,引领刹车片制造业的发展。因此,国内产品以德国先进刹车片为发展方向,多生产无石棉橡胶铜丝制动,除了具有石棉制动带的优点外,还具有对人体无害,对环境无污染的特点,已经在环保、性能等方面取得了很大的进步。


对标是技术改进和革新的高效方法,通过对比德国先进刹车片可在一定程度上提高我的制造技术。不过正如日本质量管理专家大野奈一参观完美国气势宏伟的大工业化生产工厂后所得出的感想一样,“我要用一半的资源来达到与美国同样的气魄和生产力”。回国后他创办了丰田生产式方式,并在短短的几十年内赶上并超越美国。我国的刹车片的生产技术要想达到或赶超国际先进水平,也同样需要丰田式生产精神,需要用“少金属”来战胜“半金属”,用加入陶瓷材料的粉末冶金技术来战胜传统的冶炼加铸锻焊成型工艺方式(见图1)。


现在的工业竞争需要的是用低成本和高质量来战胜高成本,用丰田式生产方式来达到与竞争对手同性能甚至优于竞争对手性能的产品,从而大大提高产品的竞争力。


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图1a和1b为我国自主研发的矿山用刹车片,图1c和1d为德国进口的矿山用刹车片


3.德国刹车片技术分析

正如日本技术在起初模仿美国后用高质量再超越美国一样,德国技术也在严格执行标准的基础上,用创新的生产方式使德国制造在世界生产中立于领先地位。


下面以德国制造的刹车片为例来分析德国产品的竞争力,图2为德国刹车片取点后的扫描电镜照片及成分分析。从图中可以看出德国刹车片把铜与过渡金属元素Co和W很好地结合起来生产一种新的刹车片材料,经实践证明不仅提高了摩擦块的摩擦因数,而且减少了焊接程序,受到了国内外广大顾客的青睐。德国刹车片的制造技术正是创新采用粉末冶金技术,在降低成本的同时制造出来高性能的产品。这种制造的理念对我国刹车片制造技术的发展有很大的借鉴意义。“低成本、高性能”的基础来源于创新和严格的技术标准。


第一次工业革命时期,德国用“低成本、高性能”的理念给北洋水师制造的镇远舰、定远舰就超过了同期其他国家制造的战舰质量。当今,德国的刹车片制造技术也同样优于同期其他国家的制造技术。中国制造正以德国制造为发展标杆进行赶超,需要在刹车片、轴承等机械制造行业方面,进行创新,发展新技术。

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图2为德国进口的矿山用刹车片的扫描电镜照片(SEM)和成分分析(EDS)


4.粉末冶金技术分析

粉末冶金是一种以金属粉末为原料,经压制和烧结制成各种制品的加工方法。粉末冶金工艺包含三个主要步骤:首先,主要组成材料被分解成许许多多的细小颗粒组成的粉末。然后将粉末装入模具型腔施加一定的压力,形成具有所需零件形状和尺寸的压坯。最后,对压坯进行烧结。粉末冶金零件生产工艺的本质优势是,具有零件最终成形能力和材料利用率很高。


随着世界人口的飞速增长和不可再生能源的不断消耗,可持续发展成为当今人类发展的首要问题,人类需要从生态系统的发展角度来进行可持续发展,尤其是废物的综合利用和环境的可承受能力遭到了新的挑战。而粉末冶金技术正是改变人类生存发展环境和促进生态系统平衡发展的新技术,在材料利用率方面彻底地进行了改进,把很多以前的废物材料变废为宝,提高了人类的生产能力,降低了对环境的污染。


对此,国内各高校和研发部门纷纷积极响应,不同程度地提高了环境发展和可持续发展的地位。但是我国环保部门在环境监督和改进治理方面还有很多欠缺,同时也有很多困难。在发展经济巨大压力的前提下兼顾环境保护,这本身就是一个矛盾的问题。从辨证唯物主义的角度来看,科学技术的发展是解决环境问题更好的方法。正如材料降低晶粒粒度是惟一同时能提高强度和塑性途径一样,环境的治理和可持续发展需要科学技术的进步。


粉末冶金技术的发展给我国的先进材料发展带来了新的方向和动力,在我国制造业方面已取得了很多可喜的成绩。在金属材料、无机材料等粉末冶金技术推动下,烧结板材、陶瓷刀、陶瓷零件等正不断的出现。但要想彻底替代德国刹车片、FAG轴承的制造技术,我们还需要在掌握德国制造技术的基础上,创新出属于自己的中国制造技术(见图3)。

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图3a和3b为我国自主研发的矿山用刹车片用于国内某采矿企业


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