Analysis of a Cashew Shell and Fly Ash Rich Brake Liner Composite Material

Hybrid materials collected from organic and inorganic sources,which are traditionally used as brake lining materials,generally include fly ash,cashew shell powder,phenolic resins,aluminium wool,barites,lime powder,carbon powder and copper powder.The present research focuses on the specific effects produced by fly ash and aims to provide useful indications for the replacement of asbestos due to the health hazards caused by the related fibers.Furthermore,the financial implications related to the use of large-volume use of fly ash,lime stone and cashew shell powder,readily available in most countries in the world,are also discussed.It is shown that many manufacturing and automotive industries,which are currently experiencing difficulties in meeting the increasing demand for brake lining material,may take advantage from the proposed solution.

列车刹车闸片冶金材料成分配比优化研究

为了促进我国列车刹车闸片粉末冶金材料的发展,研究分析了不同增强组元对粉末冶金材料制备的摩擦材料性能影响。研究分析的2种增强组元分别是羰基铁粉和磷铁粉,粉末冶金材料的基体为超细铜粉,润滑组元为镀铜石墨,摩擦组元为铬铁粉。结果显示,时速低于275 km/h时,磷铁粉材料的摩擦系数更高,时速高于275 km/h时,羰基铁粉的摩擦系数更高,时速为350 km/h时,羰基铁粉材料磨损量为0.625 mg/kJ,磷铁粉材料磨损量为1.634 mg/kJ,研究还探讨了磷铁粉及羰基铁粉对列车刹车材料摩擦性能的影响,对我国粉末冶金材料、制备列车刹车闸片的发展具有指导意义。

搅拌铸造结合搅拌摩擦加工制备不同体积分数SiC_(p)/Al复合材料的摩擦磨损行为

采用搅拌铸造结合搅拌摩擦加工方法制备了SiC颗粒体积分数分别为20%,25%,30%的SiC_(p)/Al复合材料,研究了复合材料的显微组织和力学性能,并基于市域列车的实际运行工况(制动压力0.57,0.67,0.72MPa)设计摩擦磨损试验,研究了不同复合材料的摩擦磨损行为。结果表明:所得SiC_(p)/Al复合材料均组织致密,无裂纹和气孔缺陷,SiC颗粒均匀分布在铝合金基体中,无团聚现象;复合材料的抗拉强度、断后伸长率和硬度均满足制动盘行业标准要求,随SiC颗粒体积分数的增加,抗拉强度变化幅度较小,断后伸长率呈降低趋势,硬度呈升高趋势;当SiC颗粒体积分数为25%和30%时,复合材料的平均摩擦因数稳定在0.3~0.5,满足市域列车高速制动要求,磨损表面未发现明显的犁沟和分层,表面形成了完整的摩擦膜,但是SiC颗粒体积分数为30%的复合材料对偶闸片的磨损量较高,且在0.57MPa制动压力下的摩擦稳定系数较低,摩擦副的匹配性差;当SiC颗粒体积分数为20%时,最大平均摩擦因数大于0.55,磨损表面犁沟和分层现象明显,磨粒磨损严重,最大犁沟深度达到45μm,无法满足市域列车高速制动要求。

改性α-磷酸锆/超高分子量聚乙烯复合材料的制备及摩擦磨损性能

超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)是一种力学性能优良的自润滑高分子材料,但其耐磨粒磨损较差,磨损率大。采用改性二维α-磷酸锆(α-ZrP)填充以期改善PE-UHMW复合材料的摩擦磨损性能。首先采用三羟甲基氨基甲烷对α-ZrP进行插层剥离,然后用乙烯基三乙氧基硅烷对α-ZrP进行表面接枝修饰改性,以提高α-ZrP与PE-UHMW基体间的界面相互作用。对改性前后的α-ZrP进行了结构表征,结果表明α-ZrP表面接枝修饰成功并制备出改性α-ZrP(G-ZrP)。测试了不同G-ZrP含量的G-ZrP/PE-UHMW复合材料试样的摩擦磨损性能。结果表明,G-ZrP与PE-UHMW基体之间形成锚定黏结结构。当G-ZrP质量分数为2%时,G-ZrP/PE-UHMW复合材料试样的摩擦系数和磨损率分别为0.1720和3.594×10^(-6) mm^(3)/(N·m),分别比纯PE-UHMW试样降低约9.0%和47.1%;磨痕深度为2μm左右,磨痕最浅,相比纯PE-UHMW样品(磨痕深度8μm左右)减少了约75%。在复合材料的摩擦过程中,G-ZrP在摩擦表面积聚产生了良好的自润滑介层作用,不仅有助于降低摩擦副间的直接接触,还能通过层间滑动降低摩擦系数。同时,表面乙烯基三乙氧基硅烷分子链之间的氢键作用以及与PE-UHMW分子链之间的锚定黏结结构,有助于滑动摩擦过程中的载荷转换,又能降低复合材料摩擦表面的变形和撕裂,减少了复合材料的磨损量,有效地改善PE-UHMW的摩擦磨损性能。

高摩擦系数合成闸瓦的研制

在充分剖析目前国內外高摩擦系数合成闸瓦性能的基础上,以酚醛树脂、丁腈橡胶粉、石墨、钾长石粉、铝矾土、硫酸钡等为主要原材料,采用干法工艺,围绕降低成本、简化工艺、提高并稳定产品性能等方面开展研究。结果表明,所研制的高摩擦系数合成闸瓦的物理力学性能和摩擦性能达到部颁标准要求,产品综合性能优异。

我国高摩擦系数合成闸瓦的性能研究

在现场调研和抽样基础上,利用热重分析仪、万能材料试验机、1∶3制动动力试验台等检测仪器及设备,对国内高摩擦系数合成闸瓦的热稳定性、常规物理力学性能、摩擦磨损性能等进行了综合测试。研究结果表明,我国各个厂家生产的合成闸瓦的热稳定性、物理力学性能、摩擦磨损性能差别比较大。高摩擦系数合成闸瓦的冲击强度在2.27～14.23 kJ/m2,压缩弹性模量在0.3～1.5 GPa,摩擦系数范围在传统高摩擦系数合成闸瓦和新型高摩擦系数合成闸瓦之间,磨耗量在0.30～4.22 g。我国合成闸瓦的冲击强度、降低压缩模量和使用寿命有待提高。

新型高摩擦系数合成闸瓦配方及工艺的研究

研究了配方及工艺对新型高摩擦系数合成闸瓦性能的影响。研究结果表明,当配方中的粘合剂含量为10%～16%,树脂与橡胶比例为1∶1～2∶1、纤维含量为20%～30%、填料中石墨和钾长石比例为45∶55～55∶45、压制压力为(3±2)MPa、压制温度为(160±10)℃时,可以制备出性能优异的新型高摩擦系数合成闸瓦。装车运用结果表明,新型高摩擦系数合成闸瓦可满足制动使用要求,解决了制动中出现的车轮掉渣、掉块和金属镶嵌等问题。在大秦铁路上已广泛运用。

飞机刹车用长寿命高摩擦特性炭/炭复合材料制备技术(英文)

以针刺炭纤维准三向结构整体毡为预制体,经丙烯气体狭缝定向流的"外热内冷"、"内热外冷"径向热梯度CVI工艺致密技术,优化组合的热解炭/树脂炭双元炭基体技术,通过调控高温处理技术等三大关键技术制备了A320系列飞机炭刹车盘材料。与现用的A320系列飞机进口炭刹车盘进行了地面台架对比试验和装机应用。结果表明:自主开发的炭刹车盘其设计着陆能量和超载着陆能量的摩擦特性与国外相当,但在高能载(RTO)刹车时,其摩擦系数提高了21%～48%,静摩擦系数提高了28%;装机应用寿命平均达到2700次以上,比国外产品寿命提高了23%,凸现出长使用寿命和高摩擦特性的特色。

高摩擦系数合成闸瓦金属镶嵌物的宏、微观特征研究

影响高摩擦系数合成闸瓦推广使用的一个最主要的因素就是金属镶嵌问题 ,尤其是随着列车运行速度的不断提高 ,这一问题更加显得突出。利用从现场获得的大量材料 ,本文对高摩擦系数合成闸瓦中广泛存在的金属镶嵌物进行了较深入的宏、微观研究。在此基础上提出了金属镶嵌物的形成模型———“三步聚集”模型 ,第一步为钢磨屑聚集成为金属镶嵌点状物 ,第二步为金属镶嵌点状物聚集成为金属镶嵌条状物 ,第三步为金属镶嵌条状物聚集成为金属镶嵌块状物 ;并将金属镶嵌物分为三类。据此 。

高温处理对炭/炭复合材料摩擦性能的影响

利用热梯度化学气相沉积工艺制备了炭/炭复合材料,研究了热处理温度对炭/炭复合材料石墨化度、硬度和摩擦性能的影响.结果表明:随着热处理温度的升高,炭/炭复合材料的石墨化度增加,石墨片层的间距d002逐渐减小,石墨微晶的厚度LC逐渐增大,炭/炭复合材料的硬度降低.随石墨化度的增加,有更多的石墨微晶碎片参与摩擦而形成摩擦表面膜,这些石墨碎片会填充摩擦表面的犁沟,使凹凸不平的摩擦面变得平整光滑,从而使摩擦系数减小、刹车力矩降低,刹车时间延长.

制动速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模拟刹车制动方法研究“温压-原位反应法”制备的C/C-S iC复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能,分别用光学显微镜和扫描电子显微镜对摩擦表面及其磨屑形貌进行观察,用X射线衍射仪分析磨屑成分.结果表明:摩擦系数随制动速度提高先升高而后降低,在制动速度为10 m/s时达到最大值0.46,且当制动速度超过20 m/s时产生高频振动;随着制动速度提高,磨屑愈被碾磨变细,且磨损量随之增大,在制动速度为28 m/s时线性磨损量急剧升至8.75μm;C/C-S iC复合材料在中等能载(1.5 kJ/cm2)条件下具有优良的摩擦磨损性能.

粘合剂体系对高摩合成闸瓦摩擦磨损性能的影响

设计了橡胶改性酚醛树脂和酚醛树脂改性橡胶闸瓦,利用闸瓦1∶3制动试验台研究了树脂基和橡胶基作为高摩合成闸瓦的摩擦磨损性能,分析了2种粘结剂的增强效果。结果表明,橡胶基闸瓦摩擦温升小、摩擦因数高、性能稳定,磨耗量也仅为树脂基闸瓦的1/2,综合性能优于树脂基闸瓦。

树脂基复合材料摩擦片摩擦学性能研究

摩擦片的摩擦磨损性能严重影响盘式制动器的使用寿命和客车行驶的安全性.以灰铸铁HT250圆盘为对偶件,利用销盘式摩擦磨损试验机,在不同温度下对树脂基复合材料摩擦片的摩擦系数和磨损率进行研究,同时应用JSM-651010LA型扫描电子显微镜、HGP-7500型光电直读光谱仪和HXD-1000TMSC型显微硬度测试仪对摩擦磨损表面进行观察和测量,表征其摩擦表面的微观形貌和测定微观硬度,进而推断其磨损机理.结果表明:在不同温度下,平均摩擦系数和磨损率均随着温度的升高先增加后降低;随着温度升高,摩擦层的面积和其微观硬度的变化和平均摩擦系数、磨损率的变化规律基本相同;在高温摩擦磨损过程中,黏着磨损占主导作用,同时伴随着切削磨损.

Al2O3弥散增强Cu基高导电率复合材料的制备及性能研究

采用高能球磨结合放电等离子烧结的方法制备0.5%、1.0%和2.0%的Al_2O_3弥散增强Cu基复合材料。研究Al_2O_3在Cu基体中的分布状态,以及对复合材料强度、硬度、导电性能和摩擦系数的影响。结果表明:弥散分布于晶界处的Al_2O_3颗粒导致复合材料的硬度和抗拉强度都提高,而伸长率、电导率降低和摩擦系数降低。1.0%Al_2O_3/Cu复合材料的相对密度达到98.22%、电导率为48.38 MS/m,硬度102.7 HV,抗拉强度264.97 MPa,摩擦系数0.28。

颗粒增强铝基复合材料在汽车制动盘上的应用

通过制动台架试验，研究了颗粒增强铝基复合材料制动盘在各种工况下的摩擦性能，发现此类制动盘摩擦系数稳定、制动噪音小、制动温升低、质轻，说明颗粒增强铝基复合材料是一种比较理想的制动材料。

纤维增强合成闸片摩擦磨损特性的试验研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机进行了纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片与H300制动盘材料配副的制动摩擦试验,记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况,采用三维激光共焦扫描显微镜(CLSM)分析了磨损表面形貌.结果表明:制动初速度对纤维增强合成闸片的平均摩擦系数影响小于HZ408合成闸片,在高速制动工况下,纤维增强合成闸片的平均摩擦系数大于HZ408,耐磨性略低于HZ408合成闸片;在低速制动工况下,纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片所引起的制动盘温升大致相同;在高速制动工况下前者引起的制动盘温升略高.

恶劣工况下货车高摩合成闸瓦磨损分析

采用热_结构顺序耦合法对货车用高摩合成闸瓦在不同工况下的紧急制动和长大坡道调速制动进行仿真分析,并结合相关标准判定闸瓦是否满足制动要求;对相同工况下不同磨耗程度的闸瓦温度场进行曲线拟合,计算闸瓦在不同工况下的磨耗量.结果表明,仿真较真实地反映了整个制动过程中闸瓦的瞬态温度和应力变化情况、拟合曲线和原曲线具有较高的重合度、工况越恶劣闸瓦每万公里的磨耗量就越大,最大值达到21 mm/万km.

通用货车提速采用高摩擦系数合成闸瓦研究

目前全国通用货车数量约有 5 4万辆以上 ,这些车辆一直使用铸铁闸瓦 ,已远远不能适应货车提速、重载的发展。在通用货车上改造制动系统推广高摩擦系数合成闸瓦 ,必须以最少的改造费 ,才能使高摩擦系数合成闸瓦得以顺利推广。该课题组经过长期大量研究 ,采用变比阀技术 (即在制动缸管中加入一套变更空气压力的比例阀 ) ,成功地解决了这一难题 ,并将这一技术和KZW 4G空重车自动调整装置结合在一起。由于高摩擦系数合成闸瓦的特性 ,可以使货车运行速度提高到 90km·h-1～ 10 0km·h-1时 ,制动距离为 80 0m或 110 0m ;重车制动缸压力为 2 6 0kPa或 36 0kPa时 ,空车制动缸压力仍是相同的 115kPa ,从而降低车辆日常维护费用及劳动强度。如果在通用货车上全部使用高摩擦系数合成闸瓦 ,仅仅闸瓦消耗一项 ,可节约费用约 3亿元人民币 ,而利用这些费用则可实现通用货车制动系统的改造 。

连续低速刹车对航空C/C复合材料摩擦性能的影响

在HJDS-Ⅱ型动力模拟试验机上对某型号航空炭刹车副进行连续低速刹车试验,研究摩擦因数与连续刹车次数和刹车副体容温度三者之间的关系,并对摩擦性能进行分析。结果表明：在连续低速刹车条件下,炭刹车副的体容温度随刹车次数增加而缓慢均匀升高。根据航空C/C复合材料摩擦因数随体容温度的变化规律,可将摩擦过程分为4个区域：环境温度摩擦区（温度低于80℃,摩擦因数稳定并小于0.15）、突变摩擦区（温度为80~120℃,摩擦因数突增到0.3）、水解吸的粉尘摩擦区（温度为120~650℃,摩擦因数达到低温峰值0.33后小幅回落,然后缓慢上升）和氧解吸的粉尘摩擦区（温度高于650℃,摩擦因数超过低温峰值）。过多地使用连续低速刹车易导致炭刹车副温度过高和轮胎拖胎,严重威胁飞机安全。

海泡石纤维在新型高摩擦因数合成闸瓦中的应用

利用1∶3制动动力台、万能材料试验机等测试手段,以高摩擦因数合成闸瓦的传统配方为基础,研究了不同性能的海泡石纤维对合成闸瓦摩擦磨损性能与物理力学性能的影响。结果显示,不同性能的海泡石纤维对合成闸瓦的硬度、压缩模量没有显著影响,而在摩擦性能方面均能提高合成闸瓦的耐速性,使合成闸瓦的摩擦因数与速度曲线集中,从而提高车辆的制动平稳性。其中干容积大、沉淀值高的海泡石不仅能提高合成闸瓦的冲击性能和压缩强度,还能提高合成闸瓦的摩擦因数,但会导致合成闸瓦的磨耗量增大。