Cf/SiC制动材料摩擦磨损性能的研究

以碳纤维为增强体,以树脂为粘结剂,运用模压成型-无压烧结法制备了Cf/SiC陶瓷基制动材料.研究了碳纤维分布、碳纤维长度和纤维体积分数对Cf/SiC复合材料摩擦磨损性能的影响.结果表明:当碳纤维以纤维单丝状态分布时,纤维与基体结合界面增多,纤维能充分发挥增强增韧作用,使材料的摩擦磨损性得到提高;随着碳纤维长度的增加,磨损量先减小后增加;随着碳纤维含量的增加,磨损量先减小后增大.     

等离子喷涂法制备铁基硬质涂层的力学性能

为了在碳钢表面制备耐磨涂层,使涂层与基体的膨胀系数相近,减少涂层应力,将80％ Fe,13％P,7％C(质量分数,％)机械混合粉末进行等离子喷涂,制备铁基耐磨涂层.采用粘结剂对偶试样拉伸试验法测定涂层结合强度,采用表面显微硬度法分析涂层硬度,采用MMW-2型(高温)摩擦磨损试验机以40Cr硬质合金为对磨材料对涂层进行耐磨性试验.结果表明,涂层的结合强度平均值为29.16 MPa,显微硬度的平均值为7.889 MPa,高于陶瓷涂层硬度值,涂层的耐磨性能较好,磨损200 min后,涂层的磨损量在36 mg左右,磨损量约为对磨件的1/13,涂层磨损主要为磨粒磨损机制.     

微合金元素Nb对亚共晶灰铸铁摩擦磨损性能的影响

研究了微合金元素Nb对亚共晶灰铸铁摩擦磨损性能的影响。制备4种不同Nb含量摩擦盘试样(0%、0.12%、0.21%、0.33%,质量分数),选用不含石棉的树脂基摩擦材料作为对偶,利用定速式摩擦试验机进行摩擦试验。测试前,采用SEM、TEM和OM对摩擦盘的微观组织结构进行观察。测试结束,利用SEM对摩擦副磨损表面进行分析。结果表明,系统摩擦系数随Nb含量的增加先增大后减小。这与Nb对珠光体基体的细化效果有关。其次,Nb对系统高温工况下摩擦效率有消极影响,这是因为添加Nb后导致石墨组织细化,影响摩擦界面散热效率。再者,摩擦盘耐磨性在Nb含量为0%～0.21%范围内,随Nb含量的增加而提高,当Nb含量为0.33%时,受磨损机制转变影响,出现明显下降。     

颗粒级配对SiCp／Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用销-盘摩擦磨损试验机,考察了高体积分数SiCp/Al复合材料中颗粒尺寸及颗粒级配等组织因素对材料干摩擦磨损性能的影响.通过磨损表面的SEM形貌分析,研究了复合材料的磨损机理.结果表明,与灰铸铁配副时,材料的摩擦系数与磨损率明显依赖于碳化硅颗粒尺寸,二者均随颗粒尺寸的增大而先降低后增大.采用颗粒级配方法能明显改善复合材料的干摩擦磨损性能.粗细颗粒问的级配具有相互强化的作用,有利于降低摩擦系数和磨损率,并使其趋于稳定.复合材料的磨损以对偶件材料的转移和犁沟为特征.     

滑动摩擦结合面磨合磨损表征方法与影响因素

定量分析研究磨合磨损的表征方法与影响因素对于获得低磨损率的稳定持续工作状态、保证摩擦副工作性能和使用寿命都具有重要意义。基于质量磨损量,构建了滑动摩擦磨合磨损的表征方法,得到一种新的磨合磨损相关参数计算模型。采用球-盘摩擦副,得到磨削抛光表面、周向纹理表面与径向纹理表面3种表面形貌的样件在不同工况下的质量磨损量,分析了法向载荷、滑动速度和初始表面状态3种因素对摩擦副结合面磨合磨损的影响,推出磨合磨损阶段的质量磨损率和磨损系数随时间的变化规律。结果表明:载荷和转速均与初始质量磨损率正相关;在磨合磨损初期,周向纹理表面的质量磨损量和质量磨损率较高;在整个磨合磨损过程中,磨削抛光表面的磨损系数较为稳定,径向纹理表面的磨损率最低,而钢球对磨件的磨损量却最大,在低速或低载时体现的尤为明显。     

混杂纤维增强低树脂基摩擦材料磨损机理及性能研究

目的改善刹车片摩擦材料的耐磨性和降低制动噪声。方法通过正交试验设计摩擦材料配方,利用极差分析法探究混杂纤维对低树脂基摩擦材料性能的影响,并采用扫描电子显微镜观察摩擦材料磨损表面和磨屑的微观形貌,使用能谱仪分析磨屑的元素组成,以研究其磨损机理。结果混杂纤维增强低树脂基摩擦材料具有良好的耐磨性,其洛氏硬度维持在50~80HRM之间,剪切强度均处于11~16 MPa的适宜范围。随着树脂的质量分数从8%逐渐增加到10%,混杂纤维增强树脂基摩擦材料磨屑中O元素的质量分数降低了33.7%,Cu元素的质量分数降低了20.1%。结论丁腈胶粉对摩擦材料磨损率的影响最大,铜纤维对摩擦系数的影响最大,且铜纤维在摩擦过程中会在摩擦表面形成一层"转移膜",可以导出摩擦产生的高热量,从而缓解热衰退。酚醛树脂含量的变化影响摩擦材料的磨损机制,随着树脂含量的增加,摩擦材料由疲劳磨损转变为磨粒磨损。     

A356/SiC_P与列车实用中的有机闸片的滑动摩擦磨损特性

以铝基复合材料作为列车制动盘材料的实用化为目的,选用A356/SiC 20%(体积分数,下同)复合材料和AISI D2工具钢为摩擦材料,以中速列车实用中的有机闸片为对偶材料,进行对比干摩擦磨损试验,并分析比较了磨损特性.结果表明:铝基复合材料在小于200 N(3.98 MPa)的低载荷下,只存在轻微的氧化磨损,耐磨性比实用中的铁合金材料更好;而超过该载荷时,开始发生磨削磨损,磨损量逐步超过铁合金材料,当载荷达到400 N(7.96 MPa)时,由于严重的磨削磨损,磨损量剧增.而铁合金材料则随载荷和滑动速度增加,磨损率缓慢增加;磨损过程中的复合材料的摩擦系数平均值与载荷、滑动速度无关,始终保持0.3～0.4,同时随磨损距离的波动也非常小,而工具钢的摩擦系数平均值则对试验参数的敏感度相对大些,且摩擦系数平均值也比复合材料略小,即摩擦系数方面复合材料具有更好的特性.     

石墨增强聚酰亚胺在海水中的摩擦学性能

目的为石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水环境下的摩擦学应用提供实验依据。方法利用SST-ST销/盘摩擦试验机,研究了质量分数为15%石墨增强聚酰亚胺复合材料与17-4PH不锈钢组成的摩擦副在海水介质中的摩擦学性能,并与干摩擦和纯水润滑条件下的摩擦学性能进行比较。结果聚酰亚胺复合材料在干摩擦下的摩擦系数和磨损体积最大,分别为0.134、1.930 mm~3。干摩擦条件下,聚酰亚胺复合材料的磨损表面存在较深的犁沟,在犁沟周围出现了材料塑性流动及粘着剥落现象,对偶件表面有聚酰亚胺复合材料转移。磨损机理主要表现为磨粒磨损、材料塑性变形以及粘着和剥落。在纯水润滑下,聚酰亚胺复合材料表面存在较多材料粘着撕裂现象,同时存在宽浅不一的犁沟,磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。在海水润滑下,复合材料的摩擦系数和磨损体积最小,分别为0.086、1.235 mm~3,材料磨损表面十分光滑,只有沿运动方向存在少量轻微犁沟,磨损机理主要表现为磨粒磨损。结论石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水中的摩擦学性能优于干摩擦和纯水环境下的摩擦学性能。     

摩擦条件对铜基粉末冶金材料摩擦磨损性能影响的研究

利用摩擦磨损试验机(UMT-2)对铜基粉末冶金材料进行研究,得到不同对偶摩擦副、摩擦速度、压力对摩擦系数和磨损量(深度)的影响;利用白光干涉仪和扫描电镜观察磨痕,分析其磨损机理。结果表明,当材料硬度低于粉末冶金材料中基体组元硬度时不适合用作对偶摩擦副;摩擦副材料对磨损机理有显著影响,钢与铜基粉末冶金材料间磨损机理以磨粒磨损和疲劳磨损为主,陶瓷与铜基粉末冶金材料间摩擦会先在陶瓷表面形成氧化黏着层再进行摩擦;压力一定时,随速度增加,钢/陶瓷-铜基粉末冶金材料的摩擦系数呈下降趋势,磨损量(深度)呈上升趋势;速度一定时,随压力增加,钢-铜基粉末冶金材料摩擦副的摩擦系数降低,磨损量(深度)增大。     

石墨在热喷涂耐磨材料中的自润滑机理

通过对铜基热喷涂耐磨材料铜镍铝-石墨（CuNiAl-C）进行摩擦磨损试验研究以及表面形貌观察，发现在热喷涂料中加入石墨可以有效减小铜镍铝材料的摩擦系统，增加材料的耐磨性以及减小对偶件的磨损。本试验中石墨含量为6%时，该材料的综合摩擦性能最好。     

考虑摩擦升温的铁路列车制动摩擦块高温磨损机制演变∗

铁路列车制动摩擦块的高温磨损对列车制动安全影响显著,现有对于制动摩擦块高温磨损的研究一般通过环境温度控制来模拟制动界面高温条件,而在摩擦生热条件下对制动摩擦块高温磨损机理及演变规律的研究较少。在多模式制动性能试验台上进行摩擦拖曳制动试验,利用显微特征观测仪器、界面几何特征测量设备等,对制动摩擦块的高温磨损机理和演变进行分析探讨。结果表明,在摩擦生热条件下,当制动界面温度从室温上升至460℃时,摩擦块的主要磨损机制依次为磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损。当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦块表面的缺陷数量多但尺寸小,摩擦因数与常温下接近;当氧化磨损占主导时,形成的氧化膜会提高耐磨性,摩擦块表面损伤较轻。此时,界面接触状态较好,摩擦因数较高,制动性能有所提高;当高温导致摩擦块材料发生软化和塑性流动时,摩擦块接触平台尺寸较大且极为平整,软化的材料充当润滑剂使摩擦因数下降、制动性能降低。同时,塑性流动会造成材料延展性能耗尽和表面材料撕裂,摩擦块表面严重的局部损伤导致接触界面状态较差,磨损机制以黏着磨损为主。在更接近于真实制动工况的条件下进行研究,揭示了摩擦升温过程中铁路列车制动摩擦块高温磨损机制的演变...     

Tribological properties of C/C-SiC composites for brake discs

This study examines the friction and wear of ceramic matrix composites designed for use in automotive brake discs. The composites are produced by reinforcing a SiC matrix with carbon fibers using a liquid silicon infiltration method. C/C-SiC composites with two different compositions are fabricated to examine the compositional effect on the tribological properties. The tribological properties are evaluated using a scale dynamometer with a low-steel type friction material. The results show that the coefficient of friction is determined by the composition of the composite, which affects the propensity of friction film formation on the disc surface. A stable friction film on the disc surface also improves the wear resistance by diminishing the abrasive action of the disc. On the other hand, the friction film formation on the disc is affected by the applied pressure, and stable films are obtained at high pressures. This trend is prominent with discs with high Si content. However, both C/C/-SiC composites show superior performance in terms of the friction force oscillation, which is closely related to brake-induced vibration.     

沟槽表面特征对制动过程制动盘温度场和应力场影响的研究

针对制动盘表面温升严重、磨损剧烈等问题,建立沟槽表面制动盘制动过程模型并进行热机耦合有限元分析,研究沟槽的角度、宽度、密度对制动盘温度场和应力场的影响。结果表明:沟槽结构可以储存空气,加快制动盘与外界的换热,具有散热性,并且减小了表面直接接触摩擦的面积,从而导致了沟槽型表面制动盘比光滑表面制动盘温度低和等效应力小;沟槽角度、宽度对制动盘表面温度和等效应力影响明显,其中沟槽角度为45°、宽为4 mm的沟槽型表面制动盘温度和等效应力值最小;沟槽密度对制动盘表面温度和等效应力影响不明显。     

铝基复合材料的摩擦磨损性能

在制动试验条件下,研究铝基复合材料的摩擦磨损性能,研究结果表明：与铸铁材料相比,铝基复合材料能大大地降低摩擦表面温度,其摩擦系数可在较大载荷,较高转速下保持稳定,有利于制动性能的提高,复合材料在不同摩擦试验后的磨损量与ＳｉＣ含量和基体种类有关。在相同摩擦条件下,磨损量随颗粒含量增加而减少,与铸铁材料相比,它具有重量轻,导热快,摩擦系数稳定,不产生热裂,是较适宜的制动盘材料。     

闸片材料参数与制动盘温度关系

闸片材料参数不仅关系到摩擦副的摩擦磨损性能,也是影响制动盘温度分布的一个重要因素。采用ADINA软件,建立列车制动盘和闸片的三维热机耦合有限元模型,在制动速度100 km/h、压力0.538 MPa和惯量23 kg·m2条件下,研究闸片材料热膨胀系数、弹性模量、热传导系数对制动盘温度和接触压力的影响。结果表明:当闸片热膨胀系数从0.5×10-5 K-1增大到2.5×10-5 K-1时,制动盘峰值温度升高8.4%,最大接触压力增大47%,闸片热膨胀系数的增大加剧接触压力分布不均匀程度而使制动盘温度变化明显;弹性模量增大9倍,接触压力的分布对弹性模量不敏感,弹性模量对盘面温度影响不明显。闸片热传导系数增大7倍,制动盘峰值温度下降4.3%,热传导系数增大,加快热量的扩散速度使制动盘峰值温度降低,该研究结论可为高速列车闸片材料的开发提供参考。     

Friction and wear characteristics of polymer-matrix friction materials reinforced by brass fibers

This study is an investigation of friction materials reinforced by brass fibers, and the influence of the organic adhesion agent, cast-iron debris, brass fiber, and graphite powder on the friction-wear characteristics. Friction and wear testing was performed on a block-on-ring tribometer (MM200). The friction pair consisted of the friction materials and gray cast iron (HT200). The worn surface layers formed by sliding dry friction were examined using scanning electron microscopy (SEM), x-ray energy-dispersive analysis (EDX), and differential thermal analysis-thermogravimetric analysis (DTA-TAG). The experimental results showed that the friction coefficient and the wear loss of the friction materials increased with the increase of cast-iron debris, but decreased with the increase of graphite powder content. The friction coefficient and wear loss also increased slightly when the mass fraction of brass fibers was over 19%. When the mass fraction of organic adhesion agent was about 10–11%, the friction materials had excellent friction-wear performance. Surface heating from friction pyrolyzes the organic ingredient in the worn surface layer of the friction materials, with the pyrolysis depth being about 0.5 mm. The surface layers were rich in iron but poor in copper, and they were formed on the worn surface of the friction material. When the mass fraction of brass fibers was about 16–20%, the friction materials possessed better wear resistance and a copper transfer film formed on the friction surface of counterpart. Fatigue cracks were also found in the worn surface of the gray cast-iron counterpart, with fatigue wear being the prevailing wear mechanism.     

T6热处理对SiCp/Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备出不同SiC颗粒体积分数(30%、35%和40%)的SiCp/Al复合材料。采用MMU-5GA微机控制真空高温摩擦磨损试验机对比研究SiCp/Al复合材料在不同体积分数以及T6热处理前后情况下平均摩擦因数和磨损率的变化,通过扫描电镜分析了SiCp/Al复合材料表面磨损形貌,探讨了摩擦磨损机理。试验结果表明,SiC颗粒体积分数在30%~40%变化时,随其体积分数增加耐磨性下降。SiC颗粒体积分数在30%~35%范围内,SiC颗粒与基体结合较好,SiC颗粒作为硬质点起到抵抗磨损和限制基体合金塑性变形产生磨损的双重作用;但SiC含量过多时,颗粒与基体的结合不紧密,磨损时颗粒极易脱落,复合材料耐磨性降低;T6热处理后复合材料的平均摩擦因数和磨损率均降低,这是由于热处理后试样强度及硬度提高,从而提高了试样的耐磨性;常温下复合材料在磨损初期的磨损机理主要以磨粒磨损为主,而在磨损期则为磨粒磨损与剥落磨损共存。     

Friction Wear Property of Brake Materials by Copper-based Powder Metallurgy With Various Brake Speeds

The experiment is conducted on MM-1000 friction test machine, which tests friction wear property of copper-based brake materials by powder metallurgy at different brake speeds. It shows that the coefficient of friction and wear volume are greatly influenced by brake speed. When the brake speed is 4000 r/min, which is a bit higher, the material still has a higher coefficient of friction with 0.47. When the brake speed is over 4000r/min. the coefftcient of friction decreased rapidly. When the brake speed is 300Of/rain, the material‘s wear is in its minimum. That is to say no matter how higher or lower the brake speed is the wear volume is bigger relatively. With the brake speed of the lower one it mainly refers to fatigue wear; while of higher one it mainly refers to ahradant and oxidation wear.     

偏航制动摩擦片热力耦合计算及失效原因分析

目的结合摩擦片的失效原因,分析偏航制动摩擦片的接触面受力情况。方法利用有限元法建立制动盘和制动器摩擦片的热力耦合接触模型,设置摩擦片和制动盘的参数和材料性能,研究不同压力、滑动速度、摩擦系数和环境温度下的制动器摩擦片应力和温度的分布情况。结果得到了偏航压力、滑动速度、摩擦系数、环境温度对制动器摩擦片接触面的等效米塞斯应力和温度分布曲线,摩擦片两侧区域属于等效应力和温度分布的交变集中区,但靠近边缘,等效应力和温度值略微减小。适当减小压力,增大滑动速度,减小摩擦系数,有助于减小摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布,温度对摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布基本无影响。得到了摩擦片接触面等效米塞斯应力和温度场与接触面位置的高斯分布曲线方程。通过将制动器摩擦片磨损失效照片和文中计算数据进行对比,验证了有限元分析的正确性。结论通过合理选择偏航压力、滑动速度、摩擦系数,可以有效地缓解偏航制动器摩擦片的等效应力和温度分布的交变集中区,进而达到延长摩擦片使用寿命的目的。