铁铜基粉末冶金材料制动工况下的摩擦磨损性能

采用MM3000型摩擦磨损试验机,在7种连续制动工况下分别测试铁铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦性能和耐热性能,利用扫描电镜和能谱仪分析研究两种转速(等效半径线速度)下摩擦材料的磨损机理。结果表明:在线速度为19.40 m·s^(-1)时,随着面压增加,摩擦材料的动摩擦系数略有降低。在0.44 MPa面压下,动摩擦系数为0.267~0.312;在0.80 MPa面压下,动摩擦系数为0.258~0.308。在线速度19.40 m·s^(-1)、面压0.44 MPa、单位面积制动能量268 J·cm^(-2)的连续制动工况条件下,动摩擦系数波动较大,在其他工况条件下,动摩擦系数波动较小。随着制动能量的增加,7种连续制动工况下平均动摩擦系数在0.300~0.334之间,动摩擦系数均在0.250以上,无明显衰退现象,表明铁铜基粉末冶金摩擦材料具有较好的耐热性能。在线速度为19.40 m·s^(-1)工况下,铁铜基摩擦材料的摩擦磨损机理主要为磨料磨损及氧化磨损;在线速度为30.00 m·s^(-1)工况下,铁铜基摩擦材料的摩擦磨损机理主要为疲劳磨损及氧化磨损。

C/C复合材料飞机刹车盘的结构与性能

采用企业、行业及国家相关标准的试验方法,对超码复合材料公司,英国Dunlop公司,法国CarbonIn-dusty公司,美国B.F.Goodrich、ALS公司等生产的9种C/C复合材料飞机刹车盘的物理、力学、热学、摩擦磨损的性能特征,以及中南大学生产的C/C复合材料刹车盘的有关性能,进行了对比分析。结果表明,选择适宜的炭纤维预制体结构,控制热解炭基体微观结构为光学粗糙层结构,合理的热处理温度是获得高性能炭刹车盘材料的关键。我国拥有自主知识产权研发的大型民机炭刹车盘在高摩擦特性方面获得了重大突破,已用于波音757-200型飞机,实现了国内C/C复合材料具有里程碑意义的第四个重大突破。

碳纤维增强纸基摩擦材料磨损机理研究

以碳纤维为主要增强纤维,采用湿法工艺制备出1种纸基摩擦材料.研究了不同制动次数条件下样品的摩擦磨损行为,通过分析不同制动次数后样品磨损表面的粗糙度特征、三维轮廓形貌、微观形貌和热失重过程,探讨了碳纤维增强纸基摩擦材料的磨损机理.结果表明:随着制动次数的增加,磨损表面粗糙度大幅度降低,材料磨损过程经历了从"跑合磨损"到"稳定磨损"的转变;材料在磨损过程中微凸体逐渐被磨平,孔隙逐渐被填充,表现出疲劳磨损的特征;磨损后样品表层的热重曲线在320～450℃之间出现了新的剧烈失重峰,表明产生了热磨损;但是磨粒磨损的特征并不明显.

制动摩擦材料的研究与发展现状

摩擦材料的性能是影响机械设备工作可靠性的重要因素,研究摩擦材料对改善制动系统的制动效能具有重要意义。从制动摩擦材料的分类与制备、摩擦磨损性能与机理以及性能预测三个方面,对制动摩擦材料的研究与发展现状进行了调研。首先,介绍了制动摩擦材料包括金属基、半金属基、非金属基三种类型,阐述了各种摩擦材料常用的制备方法及应用领域;其次,分析了制动压力、制动速度等工况对摩擦磨损性能的影响规律及其作用原理,简述了常见的磨损形式,并结合无石棉闸瓦的SEM微观形貌,重点探讨了粘着磨损、磨粒磨损、切削磨损、疲劳磨损与热磨损各自的产生机理及其主要影响因素。此外,归纳了摩擦材料性能的预测与分析方法,并以BP神经网络为例介绍了人工智能技术在摩擦学性能预测中的应用。最后,指出了陶瓷摩擦材料与功能性摩擦材料是未来摩擦材料的发展方向。

不同成分对C/C-SiC材料摩擦磨损行为的影响与机理

采用温压原位反应法制备C/C-SiC复合材料,研究了SiC、石墨和树脂炭成分对C/C-SiC材料摩擦磨损行为的影响及其机理。结果表明:SiC在摩擦表面摩擦膜的形成过程中起骨架作用,提高SiC的含量有利于提高摩擦系数,降低磨损率;树脂炭在材料中具有粘结各成分和提高摩擦系数的作用,但其成膜性较差,易增大磨损率;石墨粉在制动过程中起润滑作用,适量石墨粉有助于形成稳定的摩擦膜降低磨损率;摩擦表面摩擦膜的形成有利于减少C/C-SiC材料的磨损率。

新型低树脂基摩擦材料的优化设计及性能研究

为获得制动性能良好、低噪声的摩擦材料配方,采用低树脂设计摩擦材料,并通过正交试验法,对摩擦材料配方进行优化设计。利用定速试验机和压缩试验机等测量摩擦材料的摩擦磨损性能和机械性能,研究配方中各组分对摩擦磨损性能的影响,并利用扫描电镜观察摩擦材料磨损后的表面形貌,以研究其磨损机制。结果表明,鳞片石墨对摩擦因数影响最大,焦炭对磨损率影响最大;树脂含量的变化能改变摩擦材料的磨损机制,树脂含量增加使摩擦材料的磨损机制由疲劳磨损和磨粒磨损转变为单一的磨粒磨损,过量的树脂使得磨损形式转变为黏着磨损和磨粒磨损。树脂含量较高会在摩擦表面形成致密碳化层,摩擦界面形成气垫膜,导致热衰退,而低树脂摩擦材料气孔率较高,摩擦表面光洁,摩擦因数平稳。

铁基粉末冶金刹车材料烧结压力的研究

采用粉末冶金法,制备了铁基粉末冶金航空刹车材料,借助光学显微镜、硬度仪及摩擦磨损试验机等仪器研究了烧结压力对该材料组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响。结果表明:当烧结压力由1.6MPa增至2.2MPa时,材料在塑性变形过程中将产生晶格畸变能,使得作用在材料上的压力有所降低,同时,材料屈服极限的存在也将会消耗一部分应力,原子扩散速度缓慢提高;烧结压力提高到2.8MPa时,原子扩散过程加快,作用在材料上的应力大大地超过材料的屈服极限,进而发生塑性变形,有效地消除了材料内部的孔隙,显著提高了材料的致密化,同时,材料力学性能和摩擦磨损性能提高;继续提高烧结压力至3.2MPa,材料密度和硬度略有降低,摩擦磨损性能变化不显著,说明烧结压力为2.8MPa足以保证材料具有优良的综合性能。

石油钻机盘式刹车块材料的磨损机制研究

为提高深井石油钻机盘式刹车副的摩擦磨损性能和使用寿命,研制开发了一种性能优良的无石棉盘式刹车块摩擦材料,通过变温摩擦磨损性能实验,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDAX)对刹车块磨损表面的形貌及元素成分进行分析,揭示了刹车块材料的摩擦学行为和磨损机制。结果表明,在磨损初期,刹车盘摩擦表面硬质凸峰对刹车块表面进行犁削;随着摩擦温度的升高,摩擦表面开始软化和膨胀,同时出现了氧化磨损;在高温磨损阶段,刹车块摩擦表面受摩擦热的严重影响,产生明显的软化和塑性流动,抗剪切的能力变弱,粘着磨损增强,同时刹车块中粘结剂的热分解作用增强,使各组分因失去胶粘作用而脱落,有机纤维处于流动状态,并产生明显的拉拔、剪切以及有机物的碳化、氧化现象。此外,在摩擦过程中,有机物的热裂解、热氧化、碳化、环化等作用,使摩擦表面层留下洞穴或裂纹,从而产生疲劳磨损。

芳纶纤维在制动摩擦过程中的摩擦磨损特性研究

将芳纶纤维作为摩擦材料增强材料,通过摩擦磨损试验,借助于扫描电镜和X射线能谱仪,研究了芳纶纤维在制动摩擦表面的形貌特征和摩擦残留物,探讨了芳纶纤维在制动摩擦过程中所起的作用,分析了在高强度的制动条件下,芳纶纤维的摩擦磨损机制。结果表明:在高强度的制动摩擦条件下,处于表面层的芳纶纤维由于局部的过热,软化、熔化,芳纶纤维完全失去原有的机械强度,此时熔融的芳纶纤维在摩擦界面起到一定的润滑作用,这时摩擦材料的摩擦因数会显著降低。

Fe_3Al-Cu基刹车材料的制备及其摩擦学特性

采用机械合金化结合热压烧结法制备了一种新型Fe3Al Cu基刹车材料, 并对其力学性能及摩擦学特性进行了研究。结果表明, 相比Fe基材料, Fe3Al Cu基刹车材料密度小, 强度高, 随着Cu含量的增加(6% ~30%,质量分数), 其硬度和强度降低, 摩擦系数和磨损率都升高。Cu含量为 12% ~18%时摩擦系数高而稳定, 耐磨性好, 此时摩擦系数为 0 5~0 55, 平均磨损率约 1 5×10-5 mm3·N-1·m-1。不同阶段材料的摩擦磨损机制不同,摩擦初期以磨粒磨损为主; 中期主要包括塑性变形、裂纹扩展和疲劳断裂; 后期主要是氧化磨损, 当Cu含量过高时(大于 24% )会发生粘着磨损。

Kevlar浆粕和冰晶石及硫酸钡在摩擦材料中的作用

分析了Kevlar浆粕、冰晶石及沉淀硫酸钡对制动摩擦材料摩擦磨损性能、洛氏硬度及冲击强度的影响。结果表明:填加Kevlar浆粕、冰晶石及硫酸钡能不同程度地提高并稳定摩擦因数、降低比磨损速率,其中Kevlar浆粕和冰晶石的混杂效应最为明显;增大硫酸钡含量则能较好地控制摩擦因数随温度的波动;摩擦材料的洛氏硬度值有所降低,而冲击强度则不同程度地提高。利用扫描电镜对摩擦材料磨损表面进行了观察和磨损机理分析。

制动摩擦副材质对其摩擦性能影响的研究

对有机石棉和半金属衬片材料与不同化学组分的灰铸铁制动盘(鼓)进行摩擦性能试验。分析了对偶材质对衬片磨损及摩擦系数的影响及衬片材质对制动盘(鼓)磨损的影响。提出了评定衬片材料的耐磨性必须标明对制动盘(鼓)的损伤及制动副材料的最佳选配问题。

石油钻机盘式刹车盘表面堆焊材料的磨损机理研究

为提高石油钻机盘式刹车盘的耐磨及抗热疲劳性能,研制开发了一种性能优良的石油钻机刹车盘表面堆焊材料,并在变温摩擦磨损性能试验的基础上,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDAX)和X射线衍射仪(XRD)等分析技术,对热平衡温度在150℃和300℃时刹车盘磨损表面的形貌、成分及相结构进行了分析,揭示了表面堆焊材料的摩擦学行为和磨损机理。XRD分析表明,堆焊材料中的α–Fe和Cr的铁基固溶体具有很好的止裂作用,并在摩擦热作用下发生了α–Fe向γ–Fe的转变,生成了摩擦奥氏体相γ–(Fe,Ni)+α–Fe+碳化物,增强了磨损表面材料塑性变形的能力,提高了刹车盘的抗热疲劳性能;碳化物Fe3C、Fe5C2、SiC及金属间化合物NbNi、NbNi5相弥散于α–Fe和Cr的固溶体中,硬度较高,增强了刹车盘的耐磨性能。SEM和EDAX分析表明,表面堆焊材料的磨损过程是表面膜的生成、长大、破裂(撕裂)、剥落和再生的动态过程,刹车盘的磨损机理是摩擦过程中磨粒磨损、氧化磨损和粘着磨损综合作用的结果。

摩擦时间对CaSO_4晶须增强树脂基复合材料摩擦学性能的影响

采用模压成型工艺制备CaSO_4晶须增强树脂基复合材料,并选用一种市售材料作对比,研究摩擦时间对两种材料摩擦学性能的影响,利用SEM及EDAX观测磨损表面形貌及成分变化,分析其磨损机理.结果表明:随着摩擦时间的变化,自制材料摩擦系数维持在0.45左右,制动平稳性较好,磨损机理以磨粒磨损为主;市售材料摩擦系数在0.32~0.36范围内波动,制动过程易产生颤动和噪声,磨损机理以粘着磨损和热疲劳磨损为主;两种材料摩擦表面平均温度及其磨损率均随着摩擦时间的延长而逐渐升高,且与对偶件存在明显的粘着效应.

铁基粉末冶金刹车材料加压烧结冷却水流量研究

对于铁基粉末冶金刹车材料而言,加压烧结冷却过程中冷却水流量是保证材料获得优良综合性能的关键参数之一。通过粉末冶金方法制备了铁基刹车材料,研究了空冷和不同水流量(12 L/s、27 L/s、40 L/s)条件下,材料组织、力学性能及摩擦磨损性能的变化规律。通过光学显微镜和扫描电镜分析了材料性能变化规律的形成原因。结果表明:冷却水流量与冷却时间及冷却速度并不是简单的正比例关系,当冷却水流量为27 L/s时,冷却所用时间最短,材料冷却速度最大,材料组织以片状珠光体和粒状珠光体为主,其它条件下材料的组织主要为片状珠光体,但材料力学性能随冷却水流量变化不显著,同时,当冷却速度为27 L/s和40 L/s时,材料具有最大的密度;摩擦因数比较稳定,材料表面形成了完整的氧化膜,磨损量最小。

改性酚醛树脂陶瓷摩擦材料的摩擦磨损性能

以普通酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂为黏结剂,以陶瓷纤维为增强纤维,制备了3种酚醛树脂陶瓷摩擦材料。对其冲击韧性和硬度进行实验测试,采用摩擦磨损试验机考察其摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪分析其磨损表面形貌及其成分,并探讨其磨损机制。结果表明:硼改性酚醛树脂黏结剂能够提高摩擦材料的硬度,三聚氰胺改性酚醛树脂黏结剂能够提高摩擦材料的冲击韧性,降低摩擦材料硬度;在摩擦过程中三聚氰胺改性酚醛树脂在高温下炭化,在摩擦材料表面形成一层致密的摩擦层,摩擦层的存在使摩擦材料的摩擦因数相对比较稳定,降低了摩擦材料的磨损率。

铜包铁基刹车片中Al含量对摩擦学性能的影响

为了确定铜包铁基刹车材料中Al含量对其摩擦学性能的影响,利用感应加热方法制备了Fe-20%CuAl刹车材料;分别通过XL-30型扫描电子显微镜(SEM)、WJ-10型万能力学试验机和MRH-3摩擦磨损试验机分析了Al含量及不同转速下刹车材料表面形貌、力学性能和摩擦学性能的影响,确定了最佳工艺参数;探讨了刹车材料的磨损机制。结果表明:当Al为3%,SiC为5%,Mn与Cr为5%和Fe-20%Cu为87%时,刹车材料具有优良的摩擦学性能,摩损机制以磨粒磨损和氧化磨损为主。

SiC_(P)增强铝基复合材料组织及高温摩擦磨损性能的研究

采用差压铸造法制备了SiC_(P)/A356复合材料高速列车制动盘。在制动盘适当位置取样并详细研究了其组织结构。采用销盘式摩擦磨损试验方法,在200℃环境温度下系统研究了其滑动摩擦磨损性能和磨损机制。结果表明,复合材料制动盘中SiC颗粒分布较为均匀,且可作为共晶Si形核基底,共晶Si可直接在SiC表面形核和长大。在20 N以下载荷范围内,材料磨损率总体上随载荷的增加而增大,但在低载荷区(5~10 N)和高载荷区(15~20 N)增加快些,而在10~15 N载荷区增加较缓慢,平均摩擦系数则随着载荷增加而呈缓慢下降趋势,但均在0.55~0.7范围内变化,滑动摩擦磨损过程中存在氧化。磨损面截面存在由于塑性流动形成的机械混合物层,混合物层中存在裂纹,且在交变载荷下逐步扩展形成剥落磨屑。因此,全载荷范围内存在氧化磨损、疲劳磨损,且载荷增加时,疲劳磨损成为主要磨损机制。

水润滑条件下制动材料摩擦学性能研究进展

汽车刹车片摩擦因数在雨天或湿润的环境里衰退到非常低的水平是一个很严重的问题,直接威胁到交通安全。但目前国内外关于摩擦材料的试验规范并没有涉及到水润滑条件,相关的研究应越来越受到人们的重视。介绍摩擦材料在水润滑条件下的摩擦性能及相关研究的现状,对比干、湿2种条件下的摩擦机制,表明水作为一种冷却介质和润滑介质,对摩擦材料性能产生了复杂的影响。提出水润滑条件下摩擦材料的研究方向。