一种制备电梯安全钳楔块复合材料的方法与流程

本发明属于成形技术，具体涉及一种制备电梯安全钳楔块复合材料的方法。

背景技术：

1、当电梯因故障意外下坠时，其速度超过限定值，导致限速器动作，在安全钳制动作用下电梯刹车，从而保障乘客人身安全。因此，安全钳对于保障电梯日常安全运行极为重要。随人口增长，发达地区高层建筑群日益增多，整个社会对安全可靠的高效率(运行速度高、承载重)电梯的需求亦愈发强烈。在高速、高载荷服役条件下，电梯安全钳制动块与导轨间的摩擦过程，往往伴随着温度、压力的显著变化，这对安全钳制动块的综合力学性能、热学性能与摩擦磨损性能与各性能参数在服役过程中的稳定性提出了严苛的要求。若安全钳制动块的性能或服役稳定性不能满足设计服役要求，电梯则易出现制动失灵、骤停制动等安全事故隐患。传统的摩擦制动材料(灰铸铁)在摩擦热作用下往往出现过度磨损，摩擦系数下降，故而无法满足当代高性能电梯的安全性要求。

2、作为一种关乎生命财产安全的“机电类特种设备”，电梯在现代生活中的应用日益普遍，同时也表现出种类和功能上的多样性。按电梯运行速度，电梯可划分为：(1)低速电梯：其额定运行速度往往低于2m/s；(2)高速电梯：其额定运行速度为4～8m/s，甚至达到12.5m/s；(3)中速电梯：其额定运行速度介于低速电梯与高速电梯之间；(4)超高速电梯：额定运行速度高于12.5m/s。伴随高层建筑的日益增多与高性能电梯研发的不断进步，电梯运行速度越来越快，目前世界上电梯最高运行速度为17m/s。然而，随着近期多起电梯事故的发生，电梯的安全可靠性受到的极大的关注。因此，在高性能电梯的设计制造中，设备安全性成为重要的性能指标之一。作为保障电梯安全的重要构件，安全钳在服役过程中，制动块与导轨间高速摩擦带来的高速升温可能会导致安全钳性能的退化。安全钳制动块作为电梯制动元件，其摩擦性能与稳定性，是确保电梯安全的重要指标。电梯在刹车过程中，往往会在较短时间内表现出强烈摩擦动作。而随着高速电梯(运行速度4～8m/s)日益普及，单位时间内，电梯安全钳所经受的摩擦力和温度变化程度增大。因此，日益增高的电梯运行性能与愈发严苛的服役条件，要求安全钳材料具备更高的高温机械性能与抗磨能力。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备电梯安全钳楔块复合材料的方法。该方法通过以合金钢材料、碳化硅陶瓷粉末和碳化硼陶瓷粉末为主要原料，经将主要原料进行预处理后混合，随后经烘烤以及铺粉和激光选区熔化层堆成形，得到电梯安全钳楔块复合材料，该复合材料具有良好的冲击韧性、耐疲劳和耐磨损性能，符合安全钳楔块的性能需求。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，包括：

3、步骤一、对合金钢材料、碳化硅陶瓷粉末和碳化硼陶瓷粉末分别进行预处理；

4、步骤二、按照电梯安全钳楔块复合材料每层预设原料含量，将预处理后合金钢材料、预处理后碳化硅陶瓷粉末和预处理后碳化硼陶瓷粉末于球磨机中混匀，得到预成形物料；其中，每层预设原料含量按重量百分比计，预处理后超高强度钢粉末92～98％，预处理后碳化硅陶瓷粉末1～4％，预处理后碳化硼陶瓷粉末1～4％；

5、步骤三、以氩气为保护气体，将预成形物料层堆成形于基板上，得到电梯安全钳楔块复合材料，具体包括：

6、设置预热温度为1600～1800℃，预热时间为1～2h，对基板进行预热，将第一层预成形物料熔化成形于预热后基板上，完成复合材料第一层的制备；

7、设置预热温度为1700～1800℃，预热时间为1.5～2h，对基板进行预热，将第二层预成形熔化成形于复合材料第一层上，完成复合材料第二层的制备；

8、设置预热温度为1700～1800℃，预热时间为1.5～2h，将第三层预成形物料熔化成形于复合材料第二层上，得到电梯安全钳楔块复合材料。

9、上述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，步骤一中，所述预处理具体包括：将所述合金钢材料、碳化硅陶瓷粉末和碳化硼陶瓷粉末分别置于120℃高温炉中烘干2h。

10、上述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，步骤一中，所述合金钢材料为球形超高强度钢粉末，平均粒径<50μm，所述超高强度钢粉末由以下重量百分比的原料混合制成：c 0.21～0.25％，mn 0.01％，si0.1％，p 0.008％，s 0.005％，cr 2.9～3.3％，ni 11～12％，co 13～14％，mo1.1～1.3％，ti 0.015，al 0.015，fe余量；所述碳化硅陶瓷粉末sic含量﹥99％重量，平均粒径<10μm；所述碳化硼陶瓷粉末bc含量﹥99％重量，平均粒径<15μm。

11、上述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，步骤二中，每层预设原料含量按重量百分比计，第一层预设原料含量包括：预处理后超高强度钢粉末96～98％，预处理后碳化硅陶瓷粉末1～2％，预处理后碳化硼陶瓷粉末1～2％；第二层预设原料含量包括：预处理后超高强度钢粉末94～96％，预处理后碳化硅陶瓷粉末2～3％，预处理后碳化硼陶瓷粉末2～3％；第三层预设原料含量包括：预处理后超高强度钢粉末92～94％，预处理后碳化硅陶瓷粉末3～4％，预处理后碳化硼陶瓷粉末3～4％；所述电梯安全钳楔块复合材料层数为三层。

12、上述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，步骤三在进行层堆成形之前，还包括对步骤二预成形物料进行烘干，得到待铺粉物料。

13、上述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，所述烘干具体包括：将步骤二预成形物料分别置于120℃烘箱中烘2h，得到待铺粉物料。

14、上述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，第一层预成形物料熔化成形中，激光功率为300～400w，扫描间距为0.1mm，扫描速率为900～1000mm/s，层厚为20μm，激光扫描策略为棋盘格式扫描，相邻层间旋转角度为67°。

15、上述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，第二层预成形物料熔化成形中，激光功率为400～500w，扫描间距为0.1mm，扫描速率为1000～1100mm/s，层厚为25μm，激光扫描策略为棋盘格式扫描，相邻层间旋转角度为67°。

16、上述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，第三层预成形物料熔化成形中，激光功率为500～600w，扫描间距为0.1mm，扫描速率为1100～1200mm/s，层厚为30μm，激光扫描策略为棋盘格式扫描，相邻层间旋转角度为67°。

17、本发明与现有技术相比具有以下优点：

18、1、本发明提供一种制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，该方法通过以合金钢材料、碳化硅陶瓷粉末和碳化硼陶瓷粉末为主要原料，经将主要原料进行预处理后混合，随后经烘烤以及激光选区熔化成形设备熔化层堆成形，得到电梯安全钳楔块复合材料，该复合材料具有良好的冲击韧性、耐疲劳和耐磨损性能，符合安全钳楔块的性能需求。

19、2、作为优选，该方法包括将预处理后原料按照每层预设原料含量进行混合，随后利用激光选区熔化成形设备经限定条件下的熔化层堆成形，可充分结合超高强度钢aermet100基体所具有的卓越的延展性、高断裂韧性、优异的抗疲劳和应力腐蚀开裂性能、高疲劳强度、优良的加工性能、良好的焊接性、良好的抛光性能以及良好的强度与韧性匹配，以及碳化硅陶瓷和碳化硼陶瓷增强相的耐磨损特性，提高产品电梯安全钳楔块复合材料的综合性能。

20、3、本发明创造性地引入激光选区熔化成形设备，经熔化层堆成形获得电梯安全钳楔块复合材料，从电梯导轨相互摩擦的安全钳楔块工作面到安全钳楔块与基座固定的固定面，硬度逐层降低，冲击韧性和断裂韧性逐层增加，与电梯导轨相互摩擦的安全钳楔块工作部分具有优良的耐摩擦磨损性能和抗疲劳性能，与基座固定的安全钳楔块基座部位具有优良的抗冲击性能和断裂韧性，符合安全钳楔块的性能需求。

21、4、优选的，本发明的方法中，还包括对进行熔化层堆成形的物料进行烘干处理，可有效提高待铺粉物料的流动性，可直接成形获得具有高尺寸精度、较好表面光洁度、致密度更高且内部缺陷更少的非标产品电梯安全钳楔块复合材料。

22、下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

23、说明书附图

24、图1为实施例1电梯安全钳楔块复合材料的金相结构照片。

技术特征：

1.一种制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，步骤一中，所述预处理具体包括：将所述合金钢材料、碳化硅陶瓷粉末和碳化硼陶瓷粉末分别置于120℃高温炉中烘干2h。

3.根据权利要求1所述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，步骤一中，所述合金钢材料为球形超高强度钢粉末，平均粒径<50μm，所述超高强度钢粉末由以下重量百分比的原料混合制成：c0.21～0.25％，mn 0.01％，si 0.1％，p 0.008％，s0.005％，cr 2.9～3.3％，ni 11～12％，co 13～14％，mo 1.1～1.3％，ti 0.015，al0.015，fe余量；所述碳化硅陶瓷粉末sic含量﹥99％重量，平均粒径<10μm；所述碳化硼陶瓷粉末bc含量﹥99％重量，平均粒径<15μm。

4.根据权利要求1所述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，步骤二中，每层预设原料含量按重量百分比计，第一层预设原料含量包括：预处理后超高强度钢粉末96～98％，预处理后碳化硅陶瓷粉末1～2％，预处理后碳化硼陶瓷粉末1～2％；第二层预设原料含量包括：预处理后超高强度钢粉末94～96％，预处理后碳化硅陶瓷粉末2～3％，预处理后碳化硼陶瓷粉末2～3％；第三层预设原料含量包括：预处理后超高强度钢粉末92～94％，预处理后碳化硅陶瓷粉末3～4％，预处理后碳化硼陶瓷粉末3～4％；所述电梯安全钳楔块复合材料层数为三层。

5.根据权利要求1所述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，步骤三在进行层堆成形之前，还包括对步骤二预成形物料进行烘干，得到待铺粉物料。

6.根据权利要求5所述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，所述烘干具体包括：将步骤二预成形物料分别置于120℃烘箱中烘2h，得到待铺粉物料。

7.根据权利要求1所述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，第一层预成形物料熔化成形中，激光功率为300～400w，扫描间距为0.1mm，扫描速率为900～1000mm/s，层厚为20μm，激光扫描策略为棋盘格式扫描，相邻层间旋转角度为67°。

8.根据权利要求1所述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，第二层预成形物料熔化成形中，激光功率为400～500w，扫描间距为0.1mm，扫描速率为1000～1100mm/s，层厚为25μm，激光扫描策略为棋盘格式扫描，相邻层间旋转角度为67°。

9.根据权利要求1所述的制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，其特征在于，第三层预成形物料熔化成形中，激光功率为500～600w，扫描间距为0.1mm，扫描速率为1100～1200mm/s，层厚为30μm，激光扫描策略为棋盘格式扫描，相邻层间旋转角度为67°。

技术总结
本发明公开了一种制备电梯安全钳楔块复合材料的方法，包括：步骤一、对合金钢材料、碳化硅陶瓷粉末和碳化硼陶瓷粉末分别进行预处理；步骤二、按照电梯安全钳楔块复合材料每层预设原料含量，将预处理后合金钢材料、预处理后碳化硅陶瓷粉末和预处理后碳化硼陶瓷粉末于球磨机中混匀，得到预成形物料；步骤三、以氩气为保护气体，将预成形物料层堆成形于基板上，得到电梯安全钳楔块复合材料。采用本发明方法得到的电梯安全钳楔块复合材料，具有良好的冲击韧性、耐疲劳和耐磨损性能，符合安全钳楔块的性能需求。

技术研发人员：刘金娥,鲁元,杨旭,王晟,张雅荣,毕成,郑杰,张建龙,丁勇,陈梦诗,贠柯
受保护的技术使用者：西安特种设备检验检测院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23