制动用碳陶复合材料摩擦学行为的研究

发布时间：2020-04-09 16:52

【摘要】：碳陶复合摩擦材料是用于制造轨道交通车辆制动材料的一种新型材料,主要是由碳纤维、碳化硅和硅构成,通过调节各种组分的含量,利用其性能之间的差异互补,使材料的摩擦系数和耐磨性能达到所需要求。本论文以碳纤维针刺毡为预制体,采用化学气相渗透法和熔融渗硅法相结合制得碳陶复合摩擦材料。通过定速摩擦试验、惯性摩擦试验、不同干湿条件下的摩擦试验,得到了不同条件下的摩擦系数和磨损量,并观察了摩擦表面形貌的变化及第三体的演变。结果表明:1.基于不同速度不同压力下进行摩擦试验,分析实验结果得出,在干态环境下摩擦时,含硅碳碳坯密度为1.49g/m3的试样摩擦性能最好,摩擦过程中摩擦系数受摩擦速度和摩擦压力的影响较小,但是湿态环境下摩擦系数衰减严重。在湿态环境下摩擦时,去硅碳碳坯密度为1.49 g/m3的试样表现出更好的摩擦性能。2.基于摩擦试验,对比分析了去硅试样和未去硅试样摩擦磨损性能受碳碳坯密度的影响。结果发现,随着碳碳坯密度从1.37g/m3增加到1.59g/m3时,去硅试样摩擦系数逐渐增大,未去硅试样摩擦系数先减小后逐渐增大,去硅和未去硅试样磨损量都先增大后减小;当碳碳坯密度为1.49 g/m3时,去硅试样和未去硅试样的磨损量最大。3.在干态条件下进行制动时,去硅碳碳坯密度为1.49g/m3的试样,摩擦系数随着制动初速度的增加波动幅度逐渐增加,在制动过程后期,摩擦系数大幅增加,出现典型的“翘尾”现象;未去硅碳碳坯密度为1.49g/m3的试样,摩擦系数随着制动初速度的增加波动幅度较去硅试样明显变大,最大波动幅度达到0.5。在湿态条件下进行制动时,去硅碳碳坯密度为1.49g/m3的试样,随着制动初速度的增加摩擦系数剧烈波动,出现衰减现象;未去硅碳碳坯密度为1.49g/m3的试样,摩擦系数衰减严重,几乎为零。4.通过观察分析摩擦试验前后摩擦表面的形貌变化,结果表明:硅作为载体有利于形成连续的第三体,且不易脱落,摩擦表面平整光滑未见犁沟,增加了材料的耐磨性;碳纤维作为载体形成的第三体容易沿着碳纤维骨架的方向块状脱落,形成大量的脱落坑,随着摩擦时间的增加碳纤维脱落被碾碎压实在硅表面形成一层润滑层,有利于稳定摩擦系数。5.碳陶复合摩擦材料主要的磨损形式为磨粒磨损,随着时间的逐渐增加,摩擦材料的磨损形式由单一的磨粒磨损转变为由磨粒磨损和疲劳磨损混合的磨损机制。
【图文】：

逡逑图１．１闸瓦制动的原理逡逑Ｆｉｇｌ．邋１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｂｒａｋｅ邋ｓｈｏｅ邋ｂｒａｋｅ逡逑（２）盘型制动逡逑盘型制动主要的分为两种方式：轴装式和轮装式。轮装式（见图１．２）的制动盘只逡逑试用于动车组上，因为其价格昂贵且对使用环境较苛刻，只有在特殊情况下才会使用。逡逑当轮对间空间较大时可以采用轴装式，根据实际情况的需要可以在车轴上安装若干套制逡逑动盘Ｍ］。轮装式制动盘主要适用于高速列车，轴装式制动盘主要适用于拖车。盘型制动逡逑是通过制动闸片紧压在制动盘面上进行摩擦，再高速摩擦时使列车的动能逐渐转化为能，逡逑而盘型制动单元作为主要的生热及传热区域，每次制动时都经受复杂的温度变化，而制逡逑动闸片受热膨胀的程度不同会导致其产生内应力，随着制动次数的累积，，制动材料表面逡逑温度发生冷热交替变化，制动材料的疲劳磨损和失效就是由此引起的［｜１］。逡逑图１．２轮装式制动盘逡逑Ｆｉｇｌ．２邋Ｄｉｓｃ邋ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｗｈｅｅｌ邋ｏｒ邋ｓｈａｆｔ逡逑２逡逑

Ｆｉｇｌ．邋１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｂｒａｋｅ邋ｓｈｏｅ邋ｂｒａｋｅ逡逑（２）盘型制动逡逑盘型制动主要的分为两种方式：轴装式和轮装式。轮装式（见图１．２）的制动盘只逡逑试用于动车组上，因为其价格昂贵且对使用环境较苛刻，只有在特殊情况下才会使用。逡逑当轮对间空间较大时可以采用轴装式，根据实际情况的需要可以在车轴上安装若干套制逡逑动盘Ｍ］。轮装式制动盘主要适用于高速列车，轴装式制动盘主要适用于拖车。盘型制动逡逑是通过制动闸片紧压在制动盘面上进行摩擦，再高速摩擦时使列车的动能逐渐转化为能，逡逑而盘型制动单元作为主要的生热及传热区域，每次制动时都经受复杂的温度变化，而制逡逑动闸片受热膨胀的程度不同会导致其产生内应力，随着制动次数的累积，制动材料表面逡逑温度发生冷热交替变化，制动材料的疲劳磨损和失效
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TB332

【参考文献】

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本文编号：2621015