SiO2/ZrO2复合陶瓷组元对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

在粉末冶金铜基摩擦材料中添加6%(质量分数)的SiO2/ZrO2复合陶瓷组元,研究SiO₂和ZrO₂的质量分数对摩擦材料摩擦磨损性能的影响,并分析其机理。结果表明:随w(SiO₂)/w(ZrO₂)比值减小,铜基摩擦材料的密度和硬度增大。高速制动时,摩擦材料的摩擦因数和摩擦稳定因数较小。SiO₂可有效提高摩擦因数,ZrO₂可降低摩擦副的磨损率。当w(SiO₂)/w(ZrO₂)为2/4时,摩擦材料具有较好的摩擦磨损性能,高速制动下平均摩擦因数为0.326,摩擦稳定因素处于较高水平,为0.71,对偶数材料损伤在可接受范围内。SiO₂较易脱落而形成磨粒,ZrO₂与基体界面结合状态较好,所以随SiO₂含量减少,主要磨损机制从磨粒磨损转变为黏着磨损和磨粒磨损,最后转变为剥层磨损。     

添加ZrO2对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备了高速列车用铜基摩擦材料,研究了添加ZrO2的量对材料的摩擦因数、磨损量的影响规律。结果表明:在添加ZrO2的材料中,含5%(质量分数,下同)ZrO2的材料摩擦因数较高,磨损量也较大;添加8%ZrO2的材料在高速下的摩擦因数较高,磨损率较小且变化平稳。材料的磨损在较低的速度下以粘着磨损为主;随着速度的上升,磨损也逐渐变成以剥层脱落和氧化磨损的混合机制为主。     

炭化工艺对C/C-SiC制动材料摩擦磨损性能的影响

以短炭纤维、Si粉、炭粉和树脂为原料,通过均匀混合、温压成形,在1 500℃原位反应最终制得C/C-SiC复合材料.测试试样的开孔隙率、热扩散率及摩擦磨损性能,研究制备工艺过程中后续炭化对摩擦磨损性能的影响,并对摩擦表面及磨屑进行扫描电镜观察和X射线衍射分析.结果表明:采用树脂浸渍炭化工艺制备的C/C-SiC制动材料具有适中的摩擦因数和较低的磨损率;经后续炭化,树脂转变为树脂炭,以磨粒的形式增大摩擦力,同时有效地降低了磨损率.     

低温模压法制备的C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能

为深入了解低成本法制备的C/C-SiC复合材料的摩擦磨损规律,以短炭纤维、Si粉、炭粉和粘结剂为原料,通过均匀混合、模压成形、1 600℃反应烧结制备了C/C-SiC复合材料,研究了孔隙度、SiC含量及环境湿度对该复合材料摩擦磨损性能的影响,并用光学显微镜及X射线衍射仪对磨屑进行观测分析,对不同状况下的摩擦磨损机理进行研究。结果表明:C/C-SiC复合材料的致密度决定其磨损方式;SiC在摩擦过程中作为硬质支撑点,其含量对摩擦系数及其稳定性具有关键性影响;湿态时的摩擦系数与线磨损均略有下降,但仍能保持其良好的摩擦磨损性能。     

Cr2AlC含量对铜基复合材料摩擦磨损性能的影响

采用冷压-烧结方法制备了含质量分数0%、5%、10%、15%Cr₂AlC的铜基复合材料, 利用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪观察并分析复合材料微观组织和微区成分, 使用HVS-1000型显微硬度计和M-2000型摩擦磨损试验机测试复合材料的硬度和摩擦磨损性能, 分析Cr₂AlC质量分数对复合材料硬度、摩擦性能和磨损机理的影响。结果表明:含Cr₂AlC铜基复合材料的相对密度为0.8, Cr₂AlC均匀分布在铜基体上, 有效提高了复合材料的硬度; 随Cr₂AlC质量分数增加, 复合材料摩擦系数先升高后降低, 磨损量先降低后回升, 当Cr₂AlC质量分数为10%时, 复合材料的摩擦系数最大, 磨损量最低, 耐磨性能最佳; 未添加Cr₂AlC的纯铜材料磨损机理以黏滑为主, 含Cr₂AlC铜基复合材料的磨损机理是犁削磨损、剥层磨损和氧化磨损三者的结合。     

C/C坯体密度对熔融渗硅法制备的C/C-SiC复合材料摩擦行为的影响

以密度分别为0.92,1.10和1.46 g/cm3的多孔C/C材料为坯体,采用熔融渗硅法获得密度分别为1.94,1.86和1.79 g/cm3的C/C-SiC复合材料A、B和C。将C/C-SiC复合材料与40Cr钢配副进行滑动摩擦实验,研究其摩擦磨损行为。结果表明:随载荷增加,坯体密度为1.83 g/cm3的材料B的摩擦因数较稳定,基本围绕0.60波动,波动幅度0.2。材料A的摩擦因数波动幅度为0.3,而材料C的摩擦因数呈直线下降,降幅最大达0.5。但随时间延长,在试验载荷下,材料A的摩擦因数稳定性最好,波动幅度为0.07。SEM形貌表明,低载荷下,C/C-SiC复合材料的陶瓷相磨屑易聚集在摩擦膜边缘,而高载荷下磨屑分布较均匀,但摩擦表面都较粗糙,未形成完整、致密的摩擦膜。     

孔隙度对湿式铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用不同的压制压力制备湿式铜基粉末冶金摩擦材料,借助扫描电镜及摩擦磨损试验机研究材料的孔隙度对其组织和摩擦磨损性能的影响。结果表明:当孔隙度小于25%时,高孔隙度材料具有更高且更加稳定的摩擦因数,当孔隙度超过25%时,摩擦性能不稳定;磨损量随孔隙度减小先减小后增大。对此湿式铜基摩擦材料,20%为其最佳的孔隙度,此时材料具有最佳的摩擦磨损性能。     

Al_2O_3含量对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备铜基摩擦材料,研究Al_2O_3的添加量对材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明:Al_2O_3对材料摩擦磨损性能的影响与摩擦速度密切相关;随着Al_2O_3含量增加,材料的摩擦因数提高,密度降低,硬度增加,磨损量先减小后增大,Al_2O_3质量分数为9%时,复合材料的摩擦因数较高且稳定,磨损量最小。不含Al2O3的材料摩擦表面出现大量凹坑,磨损严重,随着Al_2O_3含量提高,凹坑数量减少,弥散分布的Al_2O_3粒子能强化基体表面强度,从而导致材料磨损量降低。     

Fe和SiO2对铜基摩擦材料摩擦学行为的对比研究

对比研究了两种摩擦组元Fe和SiO2对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果发现：Fe和SiO2作为摩擦组元，二者的增摩效果不同。SiO2能较大的提高摩擦因数，却增加了材料的磨损量；Fe对提高摩擦因数的作用较小，但能有效地提高材料的耐磨性；当摩擦表面形成工作膜层后，SiO2提高摩擦因数的能力大大减小，表面膜填补了摩擦表面间的凹坑，减弱了SiO2磨粒的作用；Fe能参与表面工作膜的形成，铁氧化物的存在，改变了材料的摩擦磨损性能。     

膨胀蛭石对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备膨胀蛭石含量(质量分数,下同)分别为0.1%,2%和4%的铜基摩擦材料,利用MM-1000摩擦试验机测定该材料的摩擦磨损性能,并研究膨胀蛭石对磨损机理的影响。结果表明:加入1%膨胀蛭石时,铜基摩擦材料的摩擦因数提高,但随蛭石含量继续增加而逐渐降低。低转速下,加入膨胀蛭石的材料磨损率显著降低,磨损率受蛭石含量的影响较小;在中高转速下,随蛭石含量从1%增加到4%,材料的磨损率逐渐增大。加入膨胀蛭石后材料表面的摩擦膜更光滑,没有出现易疲劳磨损的亚表面。在低转速条件下,含膨胀蛭石的铜基摩擦材料的磨损机制以粘着磨损为主,在中高速条件下,其磨损机制转变为粘着磨损、犁削磨损和疲劳磨损的复合磨损机制。     

SiC含量对C/C-SiC摩擦材料摩擦磨损性能的影响

以整体碳毡为预制体,经化学气相渗透法制得C/C多孔坯体,然后采用反应熔融浸渗法制得C/C-SiC摩擦材料,探究SiC含量对C/C-SiC摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:C/C-SiC试样的摩擦因数随着SiC含量的增加呈现先上升后下降的趋势,当SiC含量为29.88%时摩擦因数达到最大值0.62。当SiC含量低于33.56%时磨损率的变化规律与摩擦因数比较一致,当SiC含量高于33.56%时磨损率的变化规律与摩擦因数则呈相反的变化趋势。因此,SiC含量为33.56%时是该摩擦材料摩擦磨损性能的拐点。     

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。     

与GH4169合金配副的C/C复合材料与高强石墨的滑动摩擦磨损性能

在M-2000型摩擦磨损实验机上,以GH4169合金环为配副,对以粗糙层/光滑层/树脂炭(RL/SL/RC)为基体炭的C/C复合材料和拟用作航空发动机轴间密封环的高强石墨的滑动摩擦磨损性能进行对比研究。结果表明,随着时间延长,C/C复合材料的摩擦表面逐渐形成完整、致密的摩擦膜,因而摩擦因数逐渐降低,趋于平稳,在60～180 N载荷下,摩擦因数仅为0.11～0.18;而石墨材料摩擦因数在试验开始后迅速上升,达到动态平衡后保持小幅度的增长趋势,在60～180 N载荷下其摩擦因数为0.23～0.28。与高强石墨相比,C/C复合材料还具有更小的体积磨损,更适用于发动机轴间密封环材料。     

树脂炭含量对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

为探明树脂炭含量与C/C复合材料摩擦因数及磨损量的关系,研究树脂炭含量分别为0、8.6%、67%(质量分数)的3种C/C复合材料的精细结构和摩擦磨损性能,采用实验用飞机制动装置模拟不同速度下的刹车过程,利用扫描、透射电镜观测分析摩擦表面和磨屑的微观形貌与结构.结果表明:3种材料均具有稳定的摩擦因数,并在中低速条件下达到...     

热解炭微观结构对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

研究了热解发光学特性分别为粗糙层结构和光滑层结构试样的摩擦磨损性能。粗糙层结构试样由于具有较高的导热系数,其传热和散热能力比光滑层结构试样的强。在300～800℃时,粗糙层结构试样的膨胀系数基本保持稳定,而光滑层结构试样的膨胀系数随温度升高递增,使刹车过程中前者摩擦因数稳定,后者摩擦性能差。利用场发射高分辨电子显微镜研究了粗糙层结构和光滑层结构试样的微观结构。结果表明;前者生长择优取向明显,生长表面光滑,在摩擦过程中形成片状的石墨结构磨屑,保持稳定的摩擦性能;后者则为低织构疏松层状结构,生长表面粗糙。在磨擦过程中形成颗粒状或大团状结构,导致摩擦性能不稳定。热解炭微观结构的差异是导致2种结构试样热性能、摩擦磨损性能差异的根本原因。     

微/纳米SiO2增强铜基复合材料摩擦学性能的研究

采用粉末冶金方法制备了分别添加1.0％(质量分数,下同)纳米SiO2+1.0％微米SiO2,1.0％纳米SiO2及1.0％微米SiO2的铜基复合材料.采用SEM观察了添加不同形态SiO2颗粒的复合粉末的混粉效果与材料磨损形貌;采用球盘式摩擦磨损试验机研究了复合材料的摩擦学性能;由TEM观察了复合材料各相间的界面结合状态.结果表明:添加1.O％纳米SiO2+ 1.0％微米SiO2的铜基复合材料能够获得＞97％的相对密度,动摩擦因数较高,且能够有效地降低磨损量.     

C/C-SiC与HT250灰铸铁摩擦副的制动效能

采用化学气相渗透和熔硅浸渗相结合的方法制备C/C-SiC制动材料,在惯性台架试验机上对C/C-SiC与HT250灰铸铁摩擦副进行性能检测.结合材料组织结构,对制动效能与制动初速度、摩擦因数、制动压力的相关性及摩擦副摩擦机理进行分析.结果表明:恒力矩制动实验中,在制动力矩相同的条件下,摩擦因数随制动初速度增大而减小.在制...     

表面改性纳米SiO2对铜基摩擦材料摩擦学性能的影响

为提高铜基粉末冶金摩擦材料的综合性能,采用粉末冶金法分别制备了Cu和Ni包覆的纳米SiO2(n-SiO2)颗粒增强的铜基摩擦材料.通过惯性试验,考核了摩擦材料的摩擦磨损和耐热性能;采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计研究了材料的显微组织、基体硬度和磨损机理.结果表明:表面改性n-SiO2可细化铜基摩擦材料的基体组织,显著提高铜基体的硬度;添加Cu/n-SiO2和Ni/n-SiO2的摩擦材料的耐磨性能比添加未表面改性n-SiO2的摩擦材料分别提高3.95倍和7.46倍;n-SiO2颗粒增强铜基摩擦材料的主要磨损机理为犁沟式磨料磨损.     

沙尘环境下含玻璃微珠铜基摩擦材料的摩擦磨损性能

利用MM-1000摩擦实验机,分别在沙尘环境与干摩擦情况下,研究不同玻璃微珠含量(质量分数)铜基摩擦材料的摩擦磨损性能。结果表明:在摩擦过程中,玻璃微珠含量通过影响摩擦膜的形成而影响材料的摩擦磨损性能;在沙尘环境下,沙尘破坏材料表面摩擦膜致使材料的摩擦因数高于干摩擦情况下的摩擦因数,且材料的制动稳定性较差,线性磨损量随着玻璃微珠含量增加而增加;综合不同环境下的摩擦实验结果表明,含6%玻璃微珠的材料具有良好的摩擦学性能;添加2%和4%玻璃微珠材料的磨损机制主要为磨粒磨损与剥层磨损,但添加6%和8%玻璃微珠的材料以粘着磨损和磨粒磨损为主要磨损机制。     

石墨类型对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备了分别以鳞片石墨、球形石墨、焦炭、人造石墨和隐晶石墨为润滑组元的铜基摩擦材料,使用MM3000摩擦磨损试验机测试了摩擦磨损和制动性能。结果表明：在3 000～7 000 r/min的转速下,含人造石墨铜基摩擦材料的平均摩擦因数最高,但磨损量大;含焦炭铜基摩擦材料的摩擦因数次之,但磨损量最小,优于含鳞片石墨铜基摩擦材料。在7 000 r/min转速制动条件下,含人造石墨铜基摩擦材料的瞬时摩擦因数最高,制动时间最短,但摩擦材料表面温升最大;含焦炭铜基摩擦材料的瞬时摩擦因数和制动时间次之,但摩擦材料表面温升最小,且整体性能优于常用的含鳞片石墨铜基摩擦材料。因此,相比而言,以焦炭作为润滑组元的铜基摩擦材料具有最佳的摩擦磨损和制动性能。