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。     

含炭纤维湿式铜基摩擦材料的性能

采用粉末冶金方法制备含短炭纤维的湿式铜基摩擦材料,研究炭纤维含量对湿式摩擦材料的摩擦磨损性能和力学性能的影响,以及制动条件对动摩擦因数的影响。结果表明:随着炭纤维含量及材料的孔隙率增加、硬度及密度均降低,摩擦因数呈先增加后减小的变化趋势,磨损量呈先减小后增大的趋势。炭纤维含量为(质量分数)1%时材料的摩擦磨损性能最好,摩擦因数最大且最稳定,磨损量最小。材料摩擦因数随着载荷增大而增大,随炭纤维含量增加磨损率呈先减小后增大的趋势。炭纤维的加入提高了材料的能量许用值。     

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。     

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。     

烧结压力对湿式铜基烧结摩擦材料性能的影响

研究了烧结压力对湿式铜基烧结摩擦材料性能的影响,探讨了这些影响的作用机理。研究结果表明:在一定范围内,随烧结压力增大,材料的硬度增大,能量负荷许用值增大,磨损大幅度下降,平均动摩擦因数(μ_d)则略有降低。     

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。     

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。     

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。     

钛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,研究钛的添加量对材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着钛质量分数由3%增加到12%,铜基摩擦材料的相对密度提高,硬度增加。钛的添加导致晶格畸变,材料硬度提高。随着摩擦速度增加,材料的摩擦因数减小。钛添加到铜基摩擦材料中,降低了铜基摩擦材料的摩擦因数和磨损量,原因在于钛提高了材料的硬度,增加了表面微凸体强度,减少了犁削程度,从而降低了摩擦面的损伤程度,提高了材料的耐磨性。     

铜铁预合金粉末对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

利用粉末冶金方法制备了含不同质量分数铜铁预合金粉末的铜基摩擦材料,并在不同温度下对材料摩擦性能进行测试。结果表明:铜铁预合金粉末的引入使得铁元素在烧结后铜基体中及铜基体与其他组元界面处析出,阻碍了烧结,导致材料密度下降。存在于界面处的铁以及反应生成的珠光体成为硬质强化相,使得材料的磨损机理从纯铜基体时的黏着磨损向添加铜铁预合金粉末之后的磨粒磨损转变,导致摩擦系数先下降后上升。200～250 ℃为摩擦系数保持稳定的临界温度。当超过临界温度时,摩擦表面铜软化,其自润滑作用使得摩擦系数下降。含30%铜铁预合金粉末的铜基摩擦材料（质量分数）的摩擦磨损性能最佳,这是由于此时摩擦材料兼具铜良好的塑性以及生成的适量硬质相能够强化摩擦表面。     

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。     

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。     

制动压力对Cu基粉末冶金闸瓦片材料摩擦特性的影响

在MM-2000Ⅱ型摩擦试验机上测试了Cu基粉末冶金列车闸瓦片材料在不同制动条件下的摩擦磨损性能。结果表明:试样在900℃退火2 h,晶粒有明显的层错条纹,可形成屏障阻碍位错的运动,使位错湮灭困难;亚晶界或晶界增加,导致晶粒细化,材料硬度提高;随着制动压力的增大,摩擦因数呈现先增大后减小的趋势,总体稳定性较好;磨损量先增加后逐渐趋于稳定。     

石墨、SiO2在铜基摩擦材料基体中的摩擦学行为研究

研究了石墨、二氧化硅在铜基摩擦材料基体中的摩擦磨损行为.研究结果表明:在添加石墨及添加石墨与SiO2后的2种材料中,摩擦因数随着转速的加快而减小,前者的磨损量随转速的提高而增加,后者的磨损量则呈相反的变化趋势.基体中加入石墨,当转速不同时,材料的磨损机理也不同.低转速时主要发生粘着和犁削现象,当转速加快后材料的磨损以犁削和剥层脱落为主,高转速时则出现了氧化磨损.高转速时石墨在摩擦表面被碾成一薄层,与表面塑性变形金属和磨屑形成多层叠加结构,削弱了表层与基底的结合强度,容易发生层状剥落;基体中加入石墨与二氧化硅后,在较低转速时材料以磨粒磨损为主,高转速时则伴随有少量氧化磨损发生,石墨在摩擦表面不形成多层叠加结构,表面膜上的裂纹是导致表面膜脱落的主要原因.     

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。     

纳米SiO2含量对铜基摩擦材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金法制备了添加纳米SiO2的铜基粉末冶金摩擦材料,经湿式摩擦材料摩擦性能试验机测试,研究了纳米SiO2添加量对摩擦材料的摩擦系数、磨损率和耐热系数的影响.结果表明:随纳米SiO2质量分数从0增加到1.5%,材料的动摩擦系数先减小后增加,静摩擦系数无明显变化;耐热系数逐步提高;磨损率则先减小后增加;纳米SiO2质量分数为0.75%的材料性能最佳.研究认为:纳米SiO2对铜基湿式摩擦材料的摩擦学性能有显著影响,添加适量的纳米SiO2可使材料具有高而稳定的摩擦系数、优异的耐磨性和耐热性等综合性能.