硅灰含量对碳毡/水泥复合材料摩擦学性能的影响
发布时间：2021-04-02 22:49
以水泥为黏结剂,碳（纤维）毡为增强材料,硅灰为摩擦性能调节剂,采用浸渍法制备了不同硅灰含量碳毡/水泥复合材料,研究了硅灰含量对复合材料摩擦学性能的影响,分析了摩擦磨损机理。结果表明:随着硅灰含量的增加,复合材料的密度先增大后减小,摩擦因数和磨损率则先减小后增大;在摩擦过程中,摩擦表面温度随时间的延长均呈先升高后平稳的变化趋势,稳定后的温度随硅灰含量的增加先减小后增大;当硅灰质量分数为20%时,复合材料摩擦学性能最好,密度最大(1.53g·cm-3),摩擦因数和磨损率最小,分别为0.55和5.32×10-6 g·N-1·m-1,对应磨损表面上的磨痕短且浅,且存在由磨屑形成的均匀连续润滑薄膜。
【文章来源】：机械工程材料. 2017,41(05)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１摩擦试验试样布置示意Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｆｏｒｓａｍｐｌｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｔｅｓｔ
大，其含量的增加会使浆料的黏度提高。当硅灰含量较低时，浆料黏度较低，在浸渍时会直接流出碳毡；硅灰含量较高时，浆料黏度增大，浆料浸入碳毡后在碳毡内的含量明显增加，因此复合材料的密实性增强、密度变大；但当硅灰含量超过２０％时，浆料的黏度过大和泌水性降低使自身流动性变差，加之碳毡内部三维碳纤维丝的截流阻碍作用的增强，这些都进一步降低了浆料在碳毡中的填充能力，造成碳毡内的空隙增大，密度反而下降。此外，由于硅灰的密度比水泥的小，硅灰取代水泥后同样会使碳毡／水泥复合材料的密度变校图２碳毡／水泥复合材料的密度随硅灰含量的变化曲线Ｆｉｇ．２Ｃｕｒｖｅｆｏｒｄｅｎｓｉｔｙｏｆｆｅｌｔ／ｃｅｍｅｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔ２．２硅灰含量对摩擦时表面温度的影响由图３可以看出：在两种转速下摩擦１０ｍｉｎ内，试样的表面温度均快速升高，这是因为随着摩擦的进行，对偶件表面凸起经过不断磨损使得咬合量和摩擦接触面增大，产生的大量热在短时间内来不急散失导致表面温度快速升高；在较高转速下试样表面的温度升高比较低转速下的快，这是由于转速大时对偶件的动能大，摩擦产生的热量也高。在两种转速下摩擦２０ｍｉｎ后，试样的表面温度均趋于稳定。试样实际接触摩擦产生的热量主要由摩擦表面向试样内部进行传导［２１］和在对偶件边缘与空气进行热对流散热，当摩擦产热量与散热量达到动态平衡时，摩擦表面温度保持恒定。由图３还可以看出，随着硅灰含量的增加，试样摩擦达到稳定时的温度值先减小后增大，当硅灰含量为２０％时的最低，在４８０ｒ·ｍｉｎ－１和８００ｒ·ｍｉ
姜爱雄，等：硅灰含量对碳毡／水泥复合材料摩擦学性能的影响图６不同硅灰含量复合材料试样的磨损形貌Ｆｉｇ．６Ｗｅａｒｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔ内，摩擦因数变化均较平稳，说明碳毡／水泥复合材料摩擦时没有出现热衰退现象。图４不同转速下复合材料试样的摩擦因数与硅灰含量和时间的关系曲线Ｆｉｇ．４Ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ－ｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔ（ａ）ａｎｄ－ｔｉｍｅ（ｂ）ｃｕｒｖｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｍｐｌｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄｓ：（ｂ）ｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆ２０ｗｔ％２．４硅灰含量对磨损率的影响由图５可以看出，复合材料的磨损率随着硅灰含图５不同转速摩擦后试样的磨损率随硅灰含量的变化曲线Ｆｉｇ．５Ｗｅａｒｒａｔｅ－ｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｆｒｉｃｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄｓ量的增加均呈先减小后增大的变化趋势，在８００ｒ·ｍｉｎ－１下摩擦后试样的磨损率比在４８０ｒ·ｍｉｎ－１下的大。硅灰含量为２０％时，４８０，８００ｒ·ｍｉｎ－１转速下复合材料的磨损率均最小，分别为５．３２×１０－６，６．９３×１０－６ｇ·Ｎ－１·ｍ－１。这是因为添加质量分数小于２０％的硅灰可以使复合材料的空隙减少、密度增大，且提高碳毡和水泥之间的结合强度，最终提高复合材料的耐磨损性能，降低磨损率。但当硅灰含量大于２０％时，碳
【参考文献】：
期刊论文
[1]以不同形态硅灰配制的高强混凝土的力学性能[J]. 阎培渝,张波. 硅酸盐学报. 2016(02)
[2]高速列车制动盘材料的研究现状与展望[J]. 盛欢,王泽华,邵佳,钱坤才,周泽华,吴射章. 机械工程材料. 2016(01)
[3]真空吸浆法制备C/SiC复合材料及力学性能研究[J]. 徐立新,管厚兵,杨智伟,郝向忠. 材料工程. 2015(12)
[4]碳毡处理对碳毡水泥基复合材料力学性能影响[J]. 杨智伟,徐立新,管厚兵,贾纮,冯利邦. 非金属矿. 2015(06)
[5]胶凝材料对高强混凝土孔隙和抗压强度的影响[J]. 倪成林,谭红琳,周小军,杨应湘,向超. 硅酸盐通报. 2014(11)
[6]碳/碳复合材料的载流摩擦磨损性能及机理[J]. 宋联美,张永振,上官宝,赵彦文. 机械工程材料. 2014(09)
[7]刹车片表面结构对温度场影响分析[J]. 吴刚,何卓,黄灿超,吴海华. 三峡大学学报(自然科学版). 2014(03)
[8]三元复合胶凝体系中硅灰和粉煤灰反应程度的确定[J]. 姚武,吴梦雪,魏永起. 材料研究学报. 2014(03)
[9]碳纤维复合材料刹车片的发展及应用前景[J]. 李建利,张元,张新元. 材料开发与应用. 2012(02)
[10]制动摩擦材料中的新型增强材料[J]. 陈辉,吴其胜. 中国建材科技. 2010(06)
本文编号：3116106
【文章来源】：机械工程材料. 2017,41(05)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１摩擦试验试样布置示意Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｆｏｒｓａｍｐｌｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｔｅｓｔ
大，其含量的增加会使浆料的黏度提高。当硅灰含量较低时，浆料黏度较低，在浸渍时会直接流出碳毡；硅灰含量较高时，浆料黏度增大，浆料浸入碳毡后在碳毡内的含量明显增加，因此复合材料的密实性增强、密度变大；但当硅灰含量超过２０％时，浆料的黏度过大和泌水性降低使自身流动性变差，加之碳毡内部三维碳纤维丝的截流阻碍作用的增强，这些都进一步降低了浆料在碳毡中的填充能力，造成碳毡内的空隙增大，密度反而下降。此外，由于硅灰的密度比水泥的小，硅灰取代水泥后同样会使碳毡／水泥复合材料的密度变校图２碳毡／水泥复合材料的密度随硅灰含量的变化曲线Ｆｉｇ．２Ｃｕｒｖｅｆｏｒｄｅｎｓｉｔｙｏｆｆｅｌｔ／ｃｅｍｅｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔ２．２硅灰含量对摩擦时表面温度的影响由图３可以看出：在两种转速下摩擦１０ｍｉｎ内，试样的表面温度均快速升高，这是因为随着摩擦的进行，对偶件表面凸起经过不断磨损使得咬合量和摩擦接触面增大，产生的大量热在短时间内来不急散失导致表面温度快速升高；在较高转速下试样表面的温度升高比较低转速下的快，这是由于转速大时对偶件的动能大，摩擦产生的热量也高。在两种转速下摩擦２０ｍｉｎ后，试样的表面温度均趋于稳定。试样实际接触摩擦产生的热量主要由摩擦表面向试样内部进行传导［２１］和在对偶件边缘与空气进行热对流散热，当摩擦产热量与散热量达到动态平衡时，摩擦表面温度保持恒定。由图３还可以看出，随着硅灰含量的增加，试样摩擦达到稳定时的温度值先减小后增大，当硅灰含量为２０％时的最低，在４８０ｒ·ｍｉｎ－１和８００ｒ·ｍｉ
姜爱雄，等：硅灰含量对碳毡／水泥复合材料摩擦学性能的影响图６不同硅灰含量复合材料试样的磨损形貌Ｆｉｇ．６Ｗｅａｒｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔ内，摩擦因数变化均较平稳，说明碳毡／水泥复合材料摩擦时没有出现热衰退现象。图４不同转速下复合材料试样的摩擦因数与硅灰含量和时间的关系曲线Ｆｉｇ．４Ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ－ｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔ（ａ）ａｎｄ－ｔｉｍｅ（ｂ）ｃｕｒｖｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｍｐｌｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄｓ：（ｂ）ｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆ２０ｗｔ％２．４硅灰含量对磨损率的影响由图５可以看出，复合材料的磨损率随着硅灰含图５不同转速摩擦后试样的磨损率随硅灰含量的变化曲线Ｆｉｇ．５Ｗｅａｒｒａｔｅ－ｓｉｌｉｃａｆｕｍｅｃｏｎｔｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｆｒｉｃｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄｓ量的增加均呈先减小后增大的变化趋势，在８００ｒ·ｍｉｎ－１下摩擦后试样的磨损率比在４８０ｒ·ｍｉｎ－１下的大。硅灰含量为２０％时，４８０，８００ｒ·ｍｉｎ－１转速下复合材料的磨损率均最小，分别为５．３２×１０－６，６．９３×１０－６ｇ·Ｎ－１·ｍ－１。这是因为添加质量分数小于２０％的硅灰可以使复合材料的空隙减少、密度增大，且提高碳毡和水泥之间的结合强度，最终提高复合材料的耐磨损性能，降低磨损率。但当硅灰含量大于２０％时，碳
【参考文献】：
期刊论文
[1]以不同形态硅灰配制的高强混凝土的力学性能[J]. 阎培渝,张波. 硅酸盐学报. 2016(02)
[2]高速列车制动盘材料的研究现状与展望[J]. 盛欢,王泽华,邵佳,钱坤才,周泽华,吴射章. 机械工程材料. 2016(01)
[3]真空吸浆法制备C/SiC复合材料及力学性能研究[J]. 徐立新,管厚兵,杨智伟,郝向忠. 材料工程. 2015(12)
[4]碳毡处理对碳毡水泥基复合材料力学性能影响[J]. 杨智伟,徐立新,管厚兵,贾纮,冯利邦. 非金属矿. 2015(06)
[5]胶凝材料对高强混凝土孔隙和抗压强度的影响[J]. 倪成林,谭红琳,周小军,杨应湘,向超. 硅酸盐通报. 2014(11)
[6]碳/碳复合材料的载流摩擦磨损性能及机理[J]. 宋联美,张永振,上官宝,赵彦文. 机械工程材料. 2014(09)
[7]刹车片表面结构对温度场影响分析[J]. 吴刚,何卓,黄灿超,吴海华. 三峡大学学报(自然科学版). 2014(03)
[8]三元复合胶凝体系中硅灰和粉煤灰反应程度的确定[J]. 姚武,吴梦雪,魏永起. 材料研究学报. 2014(03)
[9]碳纤维复合材料刹车片的发展及应用前景[J]. 李建利,张元,张新元. 材料开发与应用. 2012(02)
[10]制动摩擦材料中的新型增强材料[J]. 陈辉,吴其胜. 中国建材科技. 2010(06)
本文编号：3116106
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