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核心技术

核心技术

制动摩擦的问题主要是要解决温度的问题,其次是摩擦副匹配的问题,经过十多年的研发和实践,公司现在形成了如下三项核心技术:

1 微孔技术

1.1为什么要发展微孔材料?

摩擦的过程就是动能转化为热能的过程,要解决摩擦的问题,关键就是要解决摩擦热的问题。随着列车速度和载重的不断提高,闸瓦/片的摩擦温度更高,热冲击强度更大,如果不能及时散热,闸瓦/片出现高温衰退、异常磨耗和金属镶嵌等现象。对对偶材料出现如龟裂、剥落和钩状磨损等,从而影响行车安全。但是如果只是一味的提高摩擦材料的耐热等级来避免材料的摩擦过程中因高温而产生热衰退,虽然摩擦材料能够勉强符合要求,但是对偶材料(如车轮)还要承受其它的载荷,就可能出现热龟裂、剥落等不良现象,提高合成材料的耐热性势必会提高材料的硬度,从而对对偶材料造成更大损伤。这是业界长期以来一直无法解决的技术矛盾。

1.2 微孔技术优点

为了在这个难题上有所突破,我公司另辟蹊径,提出了微孔理论,并将该理论付诸实践,形成了一系列新型产品。其核心技术是:

(1)材料具有微孔结构,且该微孔是通孔,不仅增加了对流这一散热形式,而且增加了摩擦界面的散热面积,有效降低摩擦温度,车轮踏面或制动盘无热斑、龟裂和剥落等损伤现象,有效保护对偶。

(2)为了防止微孔被磨粒堵住,我们对磨粒进行了粒径分析,由于大部分磨粒直径在2μm以上,微孔直径一般在0.5-2μm,可以保证孔径不被磨粒堵塞,不会影响以后的使用性能。

(3)利用复合材料力学原理,在增加材料强度的同时,大幅提高材料的耐磨性,使得微孔材料的耐磨性比普通材料提高一倍以上。有效降低摩擦粉尘的排放,对环境更加友好。

(4)微孔材料,散热性较好,热分解温度降低,可以解决制动异味的问题,改善因制动异味造成的列车清客这一故障。

(5)增加材料的气孔率,可以有效降低材料硬度,降低噪音。

(6)为了进一步降低噪音,材料中必须加入弹性分子链,改变原来的由刚性分子链与弹性分子链仅靠范德华力形成的互贯网络结构,使刚性分子链与弹性分子链之间形成化学键,变成真正意义上的高分子合金。

(7)气孔率增加后,势必会降低材料的力学性能,增加磨耗。必须对粘合剂(即酚醛树脂)的粘合性能进行筛选、调整,对配方进行优化,赋予材料一定的物理、机械和摩擦性能,满足使用工况。

(8)通过改变树脂固化机理,使得微孔材料的生产成为可能,赋予材料具有一定的强度,以满足使用要求。并保证获得的微孔为通孔,以满足散热要求。

(9)微孔材料的密度低,J132闸瓦的密度比较小,一般在1.5g/cm3左右,进口闸瓦的密度比较大,一般在2.0g/cm3左右。由于闸瓦密度小于进口材料,因此使用比较方便,可降低城轨车辆质量。

(10)应用表面张力的原理,对微孔表面进行处理,在雨雪天气等潮湿状态时,在摩擦表面不会产生毛细现象,提高材料的湿态制动性能。

1.3 微孔技术解决的问题

利用微孔技术,开发了一系列产品,如:闸瓦/片、环保型闸片及研磨子等。微孔材料通过微孔结构显著降低摩擦制动温度。制动无噪音,对对偶保护良好,无热斑、龟裂和金属镶嵌,磨耗显著低于国外同类产品。产品在使用过程中无噪音排放,更低磨耗意味着更低粉尘排放,更具有环保意义。

该技术我公司具有独立知识产权,且已有十多年的应用业绩,工艺稳定可靠,各项性能日趋完善。

2 摩擦化学技术

通常我们观察到的摩擦温度称之为表观温度,面是由点组成,而点与点摩擦产生的瞬间温度称之为闪电温度,日本科学家已成功验证了闪点温度要比表观温度高500-700℃。利用瞬间高温使得摩擦界面的相关物质发生化学反应,而生成的物质具有较高的莫氏硬度。同时,由于微孔技术的应用,使得摩擦点周边的空间大幅增加,散热更快,时间更短,因此高温仅仅作用于摩擦层,对于次摩擦层的影响很小。随着时间的积累,通过摩擦化学产生的新物质在车轮表面就形成了一层摩擦膜,该摩擦膜要比物理吸附产生的摩擦层稳定的多。更由于该摩擦膜物质具有较高的莫氏硬度,大大提高了轮轨的粘着系数。

这一技术已在复兴号高铁上应用了四年多,不仅成功解决了高铁车轮失圆的难题,实现了从300公里提速到350公里,而且车轮的磨耗仅仅为0.08mm/10万公里。研磨子的实际使用寿命从20-30万公里延长到70-80万公里,使用寿命是同类产品的3-4倍,而且修形效果非常好。

3 催化成膜技术

由于碳化硅增强铝合金制动盘的密度仅为铸铁制动盘的三分之一,使其成为了制动盘轻量化的唯一途径。铝合金制动盘中的增强材料碳化硅属于陶瓷材料,莫氏硬度高达9.5,而断裂伸长率很低,熔点高(2700℃);铝合金基材的熔点低(660℃),可延展,莫氏硬度仅为2-2.9,两者性能差别很大,导致铝合金制动盘摩擦机理比铁盘更复杂,所以为铝合金制动盘研发匹配闸片特别困难。

因此我公司通过微孔技术和催化成膜技术,在铝合金表面形成一层稳定而坚固的摩擦层,使得这对摩擦副既能产生稳定可靠的摩擦系数,又能保护本体材料无沟槽、剥落和热龟裂,且双方的磨耗都较低,从而实现商品化。

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