时速350 km高速列车用铜基闸片材料的摩擦性能

闸片是高速列车制动系统的核心部件,本文设计了350 km·h–1高速列车用铜基闸片材料,对闸片进行了1∶1台架实验考核,重点分析了摩擦膜的性质及闸片的摩擦磨损性能。结果表明,研制闸片不仅具有优异的摩擦系数稳定性和低的磨耗,还具有不伤盘的特点。瞬时摩擦系数和平均摩擦系数均满足TJCL/307—2019标准的要求,摩擦系数稳定性为0.0015,250～380 km?h–1制动速率范围内的摩擦系数热衰退仅0.027,在380 km?h–1下的平均摩擦系数仍维持在0.35,平均磨耗仅0.06 cm3?MJ–1。闸片优异的摩擦制动性能归因于形成了高强韧、低转移速率的摩擦膜。利用大粒径摩擦组元作为外部运动障碍钉扎摩擦膜。摩擦膜中的亚微米磨屑作为摩擦膜与对偶盘的啮合点,提供摩擦阻力,以保持高速制动时的摩擦系数。添加的易氧化组元为摩擦膜源源不断提供氧化物,研磨生成的纳米氧化物作为弥散相强化摩擦膜。通过多尺度颗粒的协同增强,实现了摩擦膜的动态稳定化,赋予了闸片优异的摩擦磨损性能。      

Cu-Fe基粉末冶金闸片制动特性的研究

以铸钢为制动盘、Cu-Fe基粉末冶金材料为闸片组成摩擦副,利用MM-1000Ⅱ型摩擦磨损性能试验机研究了制动速度(60~380 km/h)、制动压力(0.3~0.5 MPa)对摩擦系数、闸片温升、制动距离和制动扭矩的影响,并分析了闸片的磨损特点和物相变化。结果表明:摩擦材料的摩擦系数随制动速度的增加而减小,闸片表面温度随着制动压力增加而升高,刹车距离随着制动压力的增加而减小,不同制动速度下的闸片磨损机理主要是疲劳磨损、磨粒磨损和氧化磨损。     

铁基粉末冶金摩擦材料高能制动损伤机制

采用粉末冶金压烧技术制备铁基粉末冶金摩擦材料，研究摩擦材料在转速7500 r·min^-1、面压0.8 MPa、转动惯量0.045 kg·m²工况下的高能制动损伤机制。结果表明：铁基粉末冶金层损伤及失效主要表现为摩擦接触面内层石墨脱落和表面裂纹两方面。表面热裂纹的萌生主要分布在基体和石墨相的界面处以及边缘脱落锐角处。微裂纹的存在降低了主裂纹继续扩展的能量，阻碍主裂纹扩展，起到提高摩擦件性能稳定的作用。     

制动速度对高性能铜基制动闸片性能的影响

采用传统的粉末冶金方法制备了高性能铜基制动闸片,并与商用铜基制动闸片作对比,在MM-1000Ⅱ型摩擦磨损试验机上对不同制动速度下的制动性能进行了探究,分析了闸片与制动盘的表面形貌。结果表明,随着制动速度的升高,自制闸片的摩擦系数先下降后上升,而商用闸片的摩擦系数降低后保持不变。摩擦系数的下降与摩擦表面摩擦膜的生成有关。随着制动速度的进一步升高,摩擦膜的破裂使得摩擦系数上升,铜的软化使得摩擦系数下降,由此可知,摩擦系数的变化同时受制于二者的综合作用。在180～350 km/h的速度范围内,自制铜基制动闸片比商用铜基制动闸片具有更高的摩擦系数和耐磨性,并在连续紧急制动过程中,也具有更大的摩擦系数波动。     

制动速度对铜基粉末冶金闸片材料摩擦学性能的影响

以Sn+SiO_2+Al_2O_3+CaF_2作为摩擦组元,石墨+Pb作为润滑组元,制备铜基粉末冶金列车闸片材料,在MM-1000Ⅱ型摩擦试验机上进行摩擦试验,测定制动速度在120~200 km/h范围内材料的摩擦因数、磨损量与表面温度,并观察摩擦表面形貌,研究制动速度对该材料摩擦学性能的影响。结果表明:在制动速度180 km/h时,随制动速度增加,闸片材料的摩擦因数在0.41~0.46之间波动,但制动速度达到200 km/h时,摩擦因数显著减小至0.32,摩擦因数稳定性总体较好。材料的磨损量随制动速度增大而增加,但在制动速度达到180 km/h时磨损量趋于稳定,为119 mg。低速制动下材料的磨损机理主要为疲劳磨损,高速制动时主要为磨粒磨损和氧化磨损。     

高速列车铸钢制动盘材料的研究

为满足我国高速列车快速发展、实现盘形制动装置国产化的需要,选用铸钢作为制动盘材料,对其化学成分和盘结构进行设计,并对制动盘材料进行性能研究,通过1:1制动动力试验台对制动盘进行验证试验.研究结果表明,所研制的高速列车铸钢制动盘材料在常温及高温下的力学性能良好,抗热变形能力和热稳定性能优异,韧性、耐磨性和铸造工艺性能好,是理想的制动盘材料:试制的铸钢制动盘紧急制动距离短,盘面光洁,完全满足我国高速动车组制动技术条件及<铁路主要技术政策>的规定;铸钢制动盘与粉末冶金闸片相匹配的摩擦副摩擦制动性能良好,而且安全可靠,能满足200 km/h和300 km/h高速动车组的运行要求.     

SiO2与ZrO2组元对铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副摩擦磨损性能的影响

在粉末冶金铜基摩擦材料中分别添加SiO₂和ZrO₂,研究SiO₂和ZrO₂对粉末冶金铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副时摩擦磨损性能的影响,并分析两者影响机制的内在关联。结果表明,含SiO₂或ZrO₂的铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副时,能在高制动速度下保持较高的平均摩擦因数,分别为0.375 8和0.342 4,摩擦材料的磨损量较低,为1.44μm/次和0.95μm/次,配副材料几乎无磨损。SiO₂在制动过程中易脱落,形成磨粒,对摩擦材料与配副材料表面造成磨粒磨损,而ZrO₂在基体中保持完整,以硬质微凸体的形式对C/C-SiC复合材料摩擦表面产生犁削作用。SiO₂在高制动速度下破碎脱落后易嵌入C/C-SiC复合材料表面摩擦膜,有利于以Cu及Cu的化合物为主的磨屑在其周围积累,促进摩擦转移膜在C/C-SiC复合材料摩擦表面的形成,从而改善材料的摩擦磨损性能。     

列车制动用Cu基粉末闸片材料摩擦磨损性能分析

列车的制动性能与闸片材料的摩擦磨损性能关系密切,在MM-1000Ⅱ型摩擦试验机上测试了自制的Cu基粉末列车闸片材料在不同制动速度下的摩擦磨损特性。结果表明:随着制动速度的增大,摩擦表面的微凸起遭到破坏,摩擦因数随之降低,磨损量增加;在材料接触表面产生大量的摩擦热,造成基体软化,减小了基体对材料中SiO_2等硬质颗粒的夹持能力。摩擦因数和稳定系数均随制动速度增加而降低;而摩擦温度和磨损量随制动速度增加而提高,尤其是在制动速度大于8 r/s时,摩擦表面温度上升,造成基体软化,硬质颗粒脱落,加速了材料的摩擦磨损。为列车制动用Cu基粉末闸片材料摩擦磨损性能的研究提供了理论基础。     

铜铝聚苯酯涂层的制备及高温耐磨性能研究

采用团聚复合工艺制备铜铝聚苯酯复合粉末,采用大气等离子喷涂工艺制备铜铝聚苯酯涂层,并对涂层开展了600℃下长达1000 h的等温氧化试验,表征了涂层的相结构、微观组织、孔隙率、高温硬度及摩擦磨损性能。结果表明,喷涂态涂层中聚苯酯及孔隙分布均匀;涂层的相组成主要是α相和β’相,涂层表现出优异的抗氧化性能;孔隙率越高,硬度越低。磨损2 min基本达到稳定磨损阶段,氧化5 h～100 h涂层的摩擦系数在0.8～1.1,体积磨损率在0.00116～0.00199 mm³·N^-1·m^-1;氧化500 h和1000 h涂层的摩擦系数分别为1.0和0.7,体积磨损率分别为8.42×10^-4 mm³·N^-1·m^-1和7.78×10^-4 mm³·N^-1·m^-1,长时间氧化形成的氧化膜起到了减磨润滑作用。氧化5～100 h涂层的磨损机制是磨粒磨损和疲劳磨损;氧化500...     

Ti_3SiC_2替代石墨对铜基摩擦材料性能的影响

以Ti3SiC2替代石墨作为减摩剂研制了一种新型的粉末冶金铜基摩擦材料,探讨了Ti3SiC2替代石墨对铜基摩擦材料性能的影响。结果表明:和石墨相比,Ti3SiC2与Cu基体界面发生了扩散反应,增强了与基体的结合能力。试样在高速、高温摩擦磨损试验下获得了较稳定的摩擦系数;高温摩擦试样表面经XRD检测出含有TiO、SiO2薄膜,拥有很好的高温抗氧化能力。     

粉末冶金摩擦材料在高速列车制动中的应用

本文介绍了高速列车摩擦制动和粉末冶金闸瓦及闸片材料的成份、性能和国内外研究概况,并对我国高速列车制动材料的发展提出了建议.     

连续高温制动条件下颗粒增强铁基复合材料的摩擦磨损性能

采用粉末冶金烧结工艺制备了颗粒增强铁基复合材料,研究了颗粒增强铁基复合材料在连续高温制动条件下的摩擦磨损性能。通过扫描电子显微镜观察、能谱分析和热电偶测温等方法研究了摩擦系数、力矩、稳定系数和磨损率的变化规律,并分析相应磨损机理。结果表明：随接合次数增加,摩擦副温度显著提高,在表面形成多层结构的摩擦膜,可有效减少黏着倾向和犁沟效应,因此平均摩擦系数和平均力矩呈先上升后下降趋势,稳定系数下降。前期摩擦副接合以黏着磨损和磨粒磨损为主,磨损率较高;后期接合摩擦膜起到保护作用,以摩擦膜层间和边缘的疲劳磨损为主,磨损率较低。     

刹车速度对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

以粉末冶金法制备铜基粉末冶金摩擦材料, 采用洛氏硬度计和夏比冲击试验机对摩擦材料的力学性能进行表征, 利用MM-3000型摩擦磨损性能试验台研究了刹车速度对材料摩擦磨损性能的影响, 并借助电子扫描显微镜(scanning electron microscope, SEM)观察了摩擦材料的微观形貌。研究表明:铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能与刹车速度密切相关, 随着刹车速度的增大, 摩擦吸收功率近似线性增长, 而摩擦系数呈先增大后减小的趋势; 在高速刹车条件下, 铜基体自身发生软化会破坏摩擦材料表面形成的氧化膜, 降低了分子键的抗剪切强度, 从而增大了磨损量。     

铜基粉末冶金刹车块与不同制动盘配副的制动摩擦行为

稳定制动和减轻簧下质量是高速列车制动系统的发展方向。碳陶材料(C/C-SiC)由于质量轻、强韧性好、耐高温等性能特点,已用于跑车、飞机等先进制动体系,但其应用于高速列车制动系统的可行性尚待评估。本研究采用粉末冶金刹车块与碳陶制动盘配副,在初始制动速度为80,120,160,200,250,300,320,350,380km/h下进行了制动摩擦实验,并与钢制动盘的制动行为进行对比。结果表明:粉末冶金块与碳陶盘配副进行制动摩擦实验,不仅展现出了整体更高的摩擦因数,且摩擦因数随速度的衰退小、摩擦稳定性高,在低速到高速的初速度范围内摩擦因数稳定因子为0.908,高于钢盘的0.895。磨损测试显示,与碳陶盘配副的刹车块磨损率最高为0.147 cm3/MJ,而与钢盘配副的磨损达到0.338 cm3/MJ,为碳陶盘配副的2.3倍。观察刹车块摩擦表面,与碳陶盘配副时,高速制动后表面轻微破损,保持着较高的摩擦面积,因此摩擦因数衰减较小。同时,刹车块材料向碳陶盘转移少,因此磨耗低。根据实验结果,碳陶制动盘应用于高速制动系统具有显著优势。     

铁粉粒度对粉末冶金材料制动摩擦性能的影响

采用粉末冶金工艺制备含4种粒度(20μm、30μm、50μm、70μm)铁粉增强的铜基摩擦材料,研究铁粉粒度对材料力学性能和制动摩擦性能的影响。采用TM-1型惯性试验台测试材料的制动摩擦性能,试验初速度为50~380 km/h。结果表明:铁粉粒度从20μm增加到70μm时,材料硬度从55.67 HRB降低到31.83HRB,剪切强度从12.56 MPa下降到10.27 MPa。这种硬度和强度的下降使大粒度样品表现出反常的摩擦特性:随着制动速度的提高,铁粉粒度为70μm的F70样品的摩擦因数不降低反而升高,当制动速度从120 km/h上升到380 km/h时,摩擦因数从0.338持续升高到0.356,并且从350 km/h后摩擦因数稳定不变。这种高而稳定的摩擦因数是保证列车在高速下紧急制动、平稳停驶所必需的。     

Fe在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用

研究了Fe在铜基粉末冶金航空摩擦材料中的摩擦磨损作用及机理。研究表明:Fe在铜基摩擦材料中起到了摩擦组分的作用,对材料的机械性能和摩擦磨损性能起到了重要的作用。Fe能提高铜基摩擦材料的强度、硬度;当Fe含量超过4%后,随Fe含量的增加,材料的摩擦系数及稳定性增加;高速摩擦条件下,Fe能促进摩擦面氧化膜的形成,减小材料的摩擦系数和磨损量。     

Mo–Cu芯材表面状态对多层Cu/MoCu/Cu复合材料界面结合的影响

采用粉末冶金熔渗法制备Mo–30Cu合金板坯，Mo–30Cu板坯和无氧铜板经轧制后在30 MPa、970℃的条件下进行热压复合，制得5层铜/钼铜/铜(Cu/MoCu/Cu,CPC)复合材料。通过金相组织观察、超声波扫描分析、高温热考核、漏气率测试等方法，研究了不同Mo–30Cu芯材表面处理方式对多层CPC复合材料层间结合强度的影响。结果表明，采用拉丝处理的Mo–30Cu芯材制备的多层CPC复合材料经830℃高温烘烤10min热考核后，材料内部无空洞缺陷，漏气率小于5×10^-3 Pa·cm³·s^-1。采用研磨处理的Mo–30Cu芯材所制备的多层CPC复合材料经热考核后，材料出现鼓包现象，内部存在明显空洞缺陷，漏气率大于5×10^-3 Pa·cm³·s^-1。     

干湿态下制动载荷对粉末冶金闸片材料摩擦学性能的影响北大核心

采用粉末冶金技术制备了一种高速列车用铜基闸片材料,研究了干湿环境下制动载荷对铜基闸片材料摩擦学性能的影响,探究了闸片材料及其配对材料(铸钢材料)的磨损规律。结果表明:随着制动载荷的增加,干湿态下摩擦稳定系数均先减小后增加,平均摩擦因数不断降低,闸片材料的磨损率先快速增加后小幅减小,铸钢材料的磨损率先快速增加后缓慢增加。湿态环境可减轻低制动载荷下闸片材料的剥落程度及高制动载荷下材料的犁削,降低了摩擦因数及材料的磨损率。     

SiC粒度对铁基粉末冶金摩擦材料性能的影响

本文采用冷压、加压烧结的方法制备了含Si C颗粒的铁基粉末冶金摩擦材料。研究了不同粒度规格(485μm~、250~830μm、180~380μm、150~180μm、75~150μm、~120μm)的Si C对某铁基粉末冶金摩擦材料密度、硬度、摩擦磨损性能等的影响。结果表明:Si C粒度的变化对铁基粉末冶金摩擦材料压坯密度、烧结后硬度及结合性影响较小;随着Si C粒径的减小,铁基粉末冶金摩擦材料的硬度、最大摩擦系数、最小摩擦系数和平均摩擦系数均逐渐减小,磨损量逐渐增大,力矩曲线波动逐渐变大;Si C粒度在180~830μm(-20+80目)时,铁基粉末冶金摩擦材料表现出较优异的摩擦磨损性能。     

铁基粉末冶金材料表面渗硫工艺技术研究

铁基粉末冶金材料因其具有良好的自润滑性能,被广泛的应用于有较高减摩耐磨性能要求的摩擦副零件中,然而随着工业技术的更新换代,要求机械零部件运行环境向高温、高速、大载荷方向发展,在越来越复杂的运行工况下,铁基粉末冶金材料的自润滑性能出现劣化现象,暴露出严重磨损、咬合和撕裂等问题,因此,如何增强铁基粉末冶金材料在高速、高温和大载荷运行工况下的摩擦性能,成为粉末冶金领域面临的重要课题。基于此,本文通过对铁基粉末冶金材料的表面渗硫工艺技术进行了相关研究,对渗硫液配方和工艺参数进行了优化设计,并通过试验验证,证明所得表面渗硫层的摩擦性能得到了显著改善,在一定程度上能够满足高温、高速和大载荷工况的要求。