轻型车用Fe-Cu基摩擦材料的制备及性能研究

发布时间：2020-03-31 23:37

【摘要】：随着交通工具的日趋高速化与轻量化,人们对出行安全也更加重视。而制动用摩擦材料是交通工具制动安全的重要保障。常用的粉末冶金摩擦材料中,铁基摩擦材料与对偶黏着严重,制动不稳定,且容易损伤对偶;铜基摩擦材料与铁质对偶件摩擦时,虽然摩擦系数稳定,磨损率低,但价格较贵。将两者结合而成的铁铜基摩擦材料兼具铁基耐高温,基体强度大的优点,也具有铜基导热性能好,摩擦系数稳定的优点。在本文中,通过粉末冶金法制备含不同基体成分、摩擦组元、润滑组元、碳纤维的铁铜基摩擦材料,并探讨了利用注浆-熔渗法制备铁铜基摩擦材料的可行性,使用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、维氏硬度计、万能试验机、冲击试验机、摩擦磨损试验机对摩擦材料的组织形貌、相组成、力学性能、摩擦学性能进行分析,最后讨论了铁铜基摩擦材料中摩擦系数的影响因素和摩擦层的形成机理,结果表明:1.不同基体组元成分的铁铜基摩擦材料中,含Fe50Cu20的样品摩擦系数较小为0.61,但摩擦系数稳定;不同摩擦组元的样品中,含SiC的摩擦材料摩擦系数最大为0.73,但最不稳定,混合SiC、Al2O3和锆英砂的样品,摩擦系数最稳定为0.65;摩擦组元配比为SiC:Al2O3:锆英砂为4:3:2时具有最稳定的摩擦系数,摩擦系数为0.61。注浆-熔渗法制备的含2%的铁铜基摩擦材料摩擦系数稳定为0.58。2.添加碳纤维质量分数为2%,摩擦材料具最佳的力学性能和摩擦学性能。其致密度为92.6%,硬度为118.6HV,剪切强度为35.624MPa,冲击强度为5.7J/cm2。常温下,摩擦系数为0.6,磨损失重量也较小为0.0038g。400℃时,摩擦系数减小为0.56。且出现氧化增重大于磨损失重的现象。摩擦机制在常温下主要为磨粒磨损,伴随有少量黏着磨损,在高温时,主要为氧化磨损。3.讨论了影响铁铜基摩擦材料摩擦系数的因素及其影响机制,认为摩擦系数的主要影响因素是材料和温度,其中碳纤维对摩擦系数的影响较大,并分析了本文中碳纤维增强铁铜基摩擦材料的摩擦过程,认为其经历了三个阶段,分别为跑合阶段、过渡阶段、稳定阶段。
【图文】：

孔隙分布,摩擦材料,显微组织

于 Fe-Cu-Al-Al2O3的混合粉末烧结样品，有更好的摩擦学性能。这是因为基体具中的平衡，并且由于表面涂覆的 Al2O3与基体和氧气发生了复杂的化学反应，金和随后形成的碎片发生滑动，形成了良好的润滑膜。喷撒工艺，其制备粉末冶金摩擦材料是将粉末直接喷撒在芯板上，进行预烧结后烧结粉末进行压制成型，，最后进行终烧。其与传统压烧法相比具有生产周期短，高，原材料利用率可达 95%以上。海坤等[79]采用喷撒工艺制备含铜铁基粉末冶料,发现预烧结温度 1 050℃,保温时间 2 h,压制压力 500 MPa,终烧结温度 1 030℃间 2 h,所制备的摩擦材料具备较高的硬度和密度，与基板具有较高大的结合强度铁铜基摩擦材料的组织与性能成分确定后，摩擦材料的性能在很大程度上取决于其显微组织、相组成及其它各布。图 1 是铁铜基摩擦材料中的金相组织，图 1（a）中是经腐蚀后的 Fe-19%C料的金相组织，其中 1，2 为珠光体，3 是 Fe 基体及其合金，4 为 Cu 相，6 是基隙。图 1（b）中黑色块状相为 Cu 颗粒，其形状各异，分布均匀，颗粒周围灰色，排列方向紊乱，白色团状组织为 Fe 的固溶体组织，其上孔隙分布较少，在上一些不规则的颗粒状物质，是摩擦组元。(a) (b)

示意图,效应,示意图,摩擦力

5.0~6.8g/cm3≥4.5MPa ≥0.3J/cm2理触表面相互作用引起的滑动阻力和能量损耗。衡量摩擦材的摩擦学性能。铁铜基摩擦材料由于成分复杂，其与对偶复杂，因而是由多种摩擦机理结合而成的。从宏观上来说作用理论。[90]认为摩擦过程中，摩擦面的实际接触面积较小，因而力达到屈服极限而产生塑性变形，之后只能依靠扩大接触过程中由于接触点的金属处于塑性流动状态，因而在接触着，随后在摩擦力作用下，黏着点被受剪切滑动，即滑动发生的过程。在摩擦过程中，摩擦副表面较硬的锋点在载时，一方面硬峰推挤软材料，导致犁沟效应；另一方面，，导致黏着效应，因而黏着理论认为摩擦力是由黏着效应
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF125;U465

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