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。     

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。     

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。     

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。     

Cu基粉末冶金闸片高速制动性能

Cu基粉末冶金闸片在高速制动时受温度的影响易发生摩擦系数的衰退，直接影响列车制动的有效性。利用1:1制动试验台进行不同速度下Cu基粉末冶金闸片的高速制动试验，分析试验后的摩擦材料和磨屑组织。结果表明：制动速度为350 km·h^-1和380 km·h^-1产生的高温使摩擦材料表层的金属基体发生软化熔融，降低了摩擦副表面微凸点的剪切阻力，导致摩擦系数下降。摩擦表面形成的金属氧化膜具有减磨作用，造成摩擦系数的进一步衰退。在380 km·h^-1制动时，石墨在高温下被氧化，摩擦表面失去稳定的润滑膜，出现粘着磨损和材料转移，磨耗量大幅增加。     

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。      

成型工艺对树脂基摩擦材料及其摩擦学性能的影响

以碳纤维2.5D浅交弯联结构为预制体,分别采用树脂传递成型工艺(RTM)和热压成型工艺(HPM)制备了碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料.通过MS-T3001摩擦磨损试验机考核了材料的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜、激光三维形貌扫描仪观测了材料的磨损形貌,对比分析了两种成型工艺对材料摩擦学性能的影响.结果表明:随着滑动速度和工作载荷的增大,材料的摩擦系数均减小.热压成型工艺成型摩擦材料的主要磨损形式为磨粒磨损,摩擦系数0.085~0.130,磨损率1.5×10-8 g·N-1·m-1.树脂传递成型工艺成型摩擦材料的主要磨损形式为黏着磨损和疲劳磨损,摩擦系数0.075~0.120,磨损率7.5×10-8 g·N-1·m-1.      

FeB对铁铜基摩擦材料性能的影响

研究了0～10％的FeB对铁铜基摩擦材料性能的影响。研究发现,其摩擦因数随FeB的增加而增加;摩擦材料的磨损在制动压力为0.6 MPa时,随FeB的增加而有所下降;当压力增加到1.1MPa,制动速度为7500 r/min时,材料的磨损随FeB的增加有所下降。而制动速度为6 500 r/min时,磨损随FeB的增加而增加。研究还发现,摩擦材料中的FeB在烧结过程中与Fe反应形成了Fe_2B,这种Fe_2B既起摩擦组元作用又起强化基体作用。     

石墨含量对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金压烧技术制备了含不同质量分数石墨的铜基摩擦材料,研究了石墨含量对摩擦材料微观组织、磨损性能和磨损机理的影响。结果表明:铜基体的连续性随石墨含量增加而降低,动摩擦系数随石墨含量的增加先增加后降低,磨损量随着石墨含量的增加而减小;材料的磨损机理为犁沟式磨料磨损;石墨质量分数为16%时,试样动摩擦系数和静摩擦系数最高并且稳定,具有最好的摩擦磨损性能。     

不同类型莫来石对铜基材料摩擦磨损性能的影响

利用粉末冶金方法制备了含三种不同类型莫来石的铜基摩擦材料,测试了三种材料的摩擦磨损性能。结果表明:随着制动压力和转速的增大,采用莫来石作为摩擦组元的铜基摩擦材料的摩擦系数降低,磨损量增大。采用高纯电熔莫来石时对摩擦材料的磨损较大,对对偶件的磨损较小。采用莫来石相含量较低的烧结莫来石的摩擦材料摩擦稳定性较差。采用蓝晶石煅烧莫来石的摩擦材料具有较好的综合性能。随着莫来石粒度的减小,摩擦材料的耐磨性变差。