铜基摩擦片制动抗磨性能的研究

发布时间：2020-03-28 19:35

【摘要】：摩擦片是确保汽车运行安全的关键制动部件。目前我国高速摩擦片基本依赖进口,从国外引进不但会加大成本,并且受制于人,当下摩擦片急需自主研发以替代国外产品。本文从增强组元、纤维组元和润滑组元方面进行分析,在不同的载荷和转速下,分别研究增强组元、纤维组元和润滑组元对铜基摩擦片制动抗磨性能的作用,对试样磨损表面微观形貌进行观察,分析其摩擦磨损机理。铜基体中添加Fe、Al可以起到明显的强化作用,并且很大程度的改善了试样的摩擦磨损性能,纯铜基体摩擦片的摩擦系数最不稳定,磨损率最大。添加了Fe、Al的铜基体试样都有较为稳定的摩擦系数,较低的磨损率。添加Al的铜基摩擦材料中,Al元素和基体中的Cu元素反应可以形成Cu-Al合金相,使得摩擦材料硬度增加。但Al元素过多会导致因为转为液态聚集而呈块状分布。Fe元素除了在基体中起到增强作用外,散布在基体中的Fe元素在摩擦过程中形成弥散分布的微凸体,使铜基体强度得到进一步强化,微凸体镶嵌在磨损表面形成不易磨损的支撑面,隔离了试样和对偶表面的直接接触,起到了抑制磨损的作用。因此,添加Fe+Al试样的摩擦系数曲线更加平稳,磨损率变化幅度较小,表现出良好的摩擦学性能。碳纤维和铜纤维的含量对于试样硬度的影响不大,铜纤维的集铁作用能在试样摩擦表面上形成富铁贫铜表面工作层,减小磨损。高载荷条件下,碳纤维的润滑效果最为显著。本实验中,6%碳纤维和4%铜纤维配合,能够稳定铜基摩擦片的摩擦系数,同时一定程度上能够改善铜基摩擦片的制动抗磨性能。含5%石墨与2%h-BN的试样磨损表面形成的润滑薄膜要相对紧密,这些润滑薄膜有降低摩擦系数、减小磨损的作用,有助于提高铜基摩擦片的制动抗磨性能。在常温下石墨具有优良的润滑性能,在高温下h-BN能够稳定试样的摩擦系数,提高试样的抗磨性。h-BN形成的小块润滑层能够填充大块状石墨润滑层的间隙,与石墨结合使用比两者单独使用具有更好的润滑作用,配合石墨润滑层发挥作用,可以有效的改善铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能。选用ABAQUS对摩擦片进行三维建模,模拟盘式制动器的单纯机械应力场(压应力和摩擦切应力)和热应力场分别作用下的应力分布,热应力远大于其他应力的作用,在盘式制动器失效时起着主导作用。
【图文】：

试样制备,工艺路线

14图 2-1 试样制备工艺路线Fig.2-1 Preparation process of samples献方案[57-58]及经过试验后，决定选用热压烧结技术为本课题的末冶金（P/M）技术，在 800±5℃下热压烧结，保持压力 3.5×钟，在烧结中保持真空度为 0.1Pa。种铜基摩擦片试样：A1、A2、A3、A4，其制备过程如下：1、 2-1 所示，将各种原料按表所示配方的比例混合，在烧结之前入 XQM 型球磨机在球磨罐（运行速度设定为 300rpm，正反转2、烧结：将混合均匀的粉末状材料装填到石墨模具中，采用 Z炉通过粉末冶金（P/M）技术，以 10℃/min 的幅度加热，将混下进行烧结，同时使压力维持在 30MPa，持续 30 分钟。3、制切割成 20mm×12mm×10mm 大小的试样，试验面尺寸为 20mm

扫描电镜,三次

图 2-2 扫描电镜（JSM-IT300）Fig.2-2 Scanning Electron Microscopy (JSM-IT300)试进行三次，以保证在相同实验情况下实验示扫描电镜（JSM-IT300）与 X-MaxN50 电貌。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.55

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