金属纤维增强型摩擦材料与灰铸铁滑动摩擦性能

采用X射线衍射（XRD）和X射线能谱分析（EDAX）对分别使用低炭钢纤维、黄铜纤维和紫铜纤维增强的3种半金属摩擦材料与灰铸铁在不同温度下滑动摩擦形成的磨屑进行分析,并结合扫描电子显微镜（SEM）观察摩擦材料表面形貌,分析材料的磨损特性,并对黄铜纤维和紫铜纤维增强的摩擦材料磨屑成分进行对比分析。XRD结果表明,钢纤维增强体系的摩擦材料磨屑中的主要相是α-Fe,BaSO4,FeCr2O4（或Fe3O4,Fe2O3）;黄铜和紫铜纤维增强体系的磨屑中主要相除钢纤维体系中含有的相外,还含有Cu。EDAX分析的结果与X射线物相分析的基本一致,钢纤维增强材料磨屑中的Fe原子数分数达50%-60%,Cu,Ba,Ca和Al等元素的原子数分数为6%-10%。Fe原子含量均较高,在紫铜纤维增强的材料中其他元素的原子含量都比黄铜纤维增强的材料中的浓度低,说明紫铜纤维增强的摩擦材料的磨损比黄铜纤维增强的摩擦材料的小,填料不容易脱落,但紫铜纤维增强的摩擦材料对对偶造成的损伤较大。     

SiCp/Al复合材料制动盘用树脂基摩擦材料研究

为了选择适合于SiCp／Al复合材料制动盘的树脂基摩擦材料增强纤维，采用MG-2000摩擦磨损试验机研究了钢／钢纤维、Kevlar纤维／钛酸钾晶须以及碳纤维3种增强体系摩擦材料的摩擦磨损性能．结果表明，钢／铜纤维增强摩擦材料具有最高的摩擦因数和适当的磨损率，因此钢／铜纤维适合作为SiCp／Al复合材料制动盘用摩擦材料的增强纤维．摩擦表面的SEM形貌显示，钢／铜纤维摩擦材料的摩擦表面主要由铜纤维涂抹形成的大块不连续的摩擦膜组成；Kevlar纤维／钛酸钾晶须摩擦材料的摩擦膜细密而又连续；碳纤维摩擦材料表面没有形成致密的摩擦膜．     

不生锈轻质泡沫纤维含量对树脂基摩擦材料性能影响

以腰果壳油改性酚醛树脂作为黏结剂,不生锈轻质泡沫纤维作为增强纤维,通过热压成型法制备了树脂基摩擦材料。研究不生锈轻质泡沫纤维质量分数(5%～25%)对树脂基摩擦材料的密度、孔隙率、力学性能和摩擦磨损性能的影响。并采用SEM对试样冲击断面、摩擦表面和磨屑形貌进行显微分析,采用EDS对磨屑进行元素分析。研究结果表明:随着不生锈轻质泡沫纤维含量的增加,摩擦材料的密度、洛氏硬度、压缩强度呈下降趋势。而冲击强度先升高,在不生锈轻质泡沫纤维质量分数为10%时达到3.9 kJ/m~2,然后逐渐降低,但总体变化幅度较小。当不生锈轻质泡沫纤维质量分数为10%时,摩擦材料的摩擦因数稳定度较高,其摩擦表面形成了均匀的摩擦膜,摩擦磨损性能较好。     

摩擦层形成的元胞自动机模拟

建立了汽车摩擦材料在摩擦过程中摩擦层形成的变时间步长的二维和三维元胞自动机模型,模拟了磨屑运动的变化状态与摩擦材料的表面形貌。用二维元胞自动机模型模拟了无磨损条件下摩擦材料表面的摩擦层的形成过程,可以得到磨屑沿摩擦力方向运动并聚集的图像。用三维元胞自动机模型模拟了有磨损时摩擦材料表面的摩擦层的形成过程,可以得到摩擦材料在不同厚度的磨屑运动和聚集的动态图像。通过元胞自动机模拟可以确定摩擦层形成的机制与磨屑的运动和受阻于钢纤维、陶瓷纤维或磨粒并聚集有关,也证明了在摩擦层的研究中元胞自动机法是一个理想的模拟方法。     

不同能载水平下C/C复合材料的摩擦特性

对具有粗糙层热解炭结构的针刺毡C/C复合材料在MM 1000型摩擦试验机上模拟某飞机正常着陆、超载着陆和中止起飞3种不同的能载水平进行摩擦磨损性能试验,并对磨损表面和磨屑进行扫描电镜观察.结果表明:C/C复合材料在不同能载水平下均具有高达0.31～0.32的摩擦因数,刹车力矩曲线均较平稳,磨损随能载水平的增加而增大;样件的磨损表面在正常着陆条件下形成较光滑、完整、连续的磨屑层,随着能载水平的增加,形成粗糙的磨屑层,在极高的能载水平(中止起飞条件)下又形成光滑的磨屑层;而样件的磨屑尺寸随能载水平的增加而急剧减小.表明该C/C复合材料具有极好的摩擦制动性能,尤其是在大能载水平下,摩擦性能更加优良,适用作飞机刹车材料.     

温度对10CrMn2NiSiCuAl极地破冰船用钢板干摩擦行为的影响

采用Bruker UMT-3Tribolab摩擦磨损仪测试了与宝山钢铁股份有限公司共同开发的破冰船用低温钢板10CrMn2NiSiCuAl在不同环境温度下的摩擦磨损性能,利用轮廓扫描仪和扫描电子显微镜表征了磨痕及磨屑的表面形貌,采用电子能谱(EDS)以及X射线衍射谱(XRD)分析了磨屑表面的化学元素及成分,进而推断其磨损机制。结果表明:环境温度对摩擦磨损的性能有显著影响,当环境温度为20℃时,摩擦磨损形式以疲劳失效、氧化磨损和黏着磨损为主,磨痕表面的过渡层能够降低摩擦系数,减少磨损量,表面磨损产物主要为Fe_2O_3和Fe_3O_4;随着环境温度降低至-20℃,磨损机制转变为微切削作用下的磨粒磨损和塑性变形,磨痕表面出现犁沟形貌,磨损产物主要为Fe元素,磨屑的长宽比减小,出现球形磨屑,磨损量急剧增加。     

树脂粘结剂含量对汽车摩擦材料性能的影响

选定国产改性酚醛树脂作为汽车摩擦材料树脂粘结剂基体,研究了不同树脂含量对材料机械性能和摩擦磨损性能的影响,并通过ＳＥＭ 和ＥＤＡＸ表观分析来确定摩擦材料中树脂粘结剂的最佳含量．研究结果表明：在所选定的６ ％ ～１４％ 树脂含量（质量分数）范围内,材料的冲击强度都能满足使用要求．树脂含量在１４％ 及其以上时,材料高温热衰退严重,导致摩擦因数下降,高温磨损加剧,磨损量上升;在树脂含量过高或过低时,材料将因粘结剂量过少或树脂高温分解导致粘结力下降,使增强纤维存在拔出现象,导致摩擦因数不稳定,材料磨损加剧．综合各项性能,得出：摩擦材料中基体树脂用量不宜太多,其含量以８％ ～１２ ％ 为佳,其中以８％ 为最佳．该结论在桑塔纳轿车无石棉盘式刹车片的研制中得到验证     

磁场强度对45钢摩擦磨损性能的影响

采用销-环接触方式,在自制的摩擦磨损试验机上,研究了不同磁场强度对铁磁性材料45钢干滑动摩擦磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和三维形貌仪等仪器对磨损表面形貌及磨屑进行了表征。试验结果表明:施加磁场明显影响了45钢的摩擦磨损性能。随着磁场强度的增大,摩擦因数逐渐增大,磨损率逐渐减小,磨损表面粗糙度逐渐降低。磨屑参与摩擦过程的方式不仅影响其自身粒度的大小,而且影响摩擦表面接触状态,以至于对45钢的摩擦磨损性能产生了显著影响。磁场促进磨损表面及磨屑的氧化并吸附磨屑反复参与摩擦过程,在磨损表面形成磨屑层,从而改变45钢的摩擦磨损性能。     

钨含量对铜基摩擦材料性能的影响

为了探究钨含量对制动用铜基摩擦材料性能的影响,采用热压烧结工艺制备了不同钨含量的铜基摩擦材料,对其物理性能、力学性能和摩擦磨损性能进行了测试。研究表明,铜基摩擦材料的密度随着钨含量的增加而增大,而剪切强度和硬度先增大后减小。钨提高了材料磨损表面微凸体接触的结点强度,从而提高了材料的摩擦因数。适量的钨可以有效地减少磨损表面剥离,有助于在磨损表面形成连续完整的摩擦膜,从而稳定摩擦因数,减小磨损质量。当钨含量过高时,在高温摩擦过程中会产生严重的犁沟或微裂纹,导致摩擦因数剧烈波动和磨损质量增大。钨的质量分数为3%时,铜基摩擦材料在不同温度和压力下具有较为稳定的摩擦因数和较小的磨损质量。     

摩擦配副和摩擦参数对TC29钛合金摩擦磨损性能的影响

钛合金是航空航天、军工、生物等领域重要使用材料之一,但其摩擦磨损性能较差,限制了其在摩擦工况下的应用。对比测试了TC29钛合金在不同摩擦配副和摩擦参数下的摩擦磨损性能。研究结果表明：与GCr15钢对磨时,TC29钛合金的摩擦磨损程度明显高于其与TC29钛合金对磨时的摩擦磨损程度;与GCr15钢对磨时,TC29钛合金的主要磨损机制为磨粒磨损和剥层磨损,与TC29钛合金对磨时,其主要磨损机制为黏着磨损;载荷和对磨转速的增加均会加剧TC29钛合金的摩擦磨损,但具体摩擦磨损的程度受摩擦配副情况及相应的磨损机制的影响。     

铸铁刹车盘/毂材料摩擦磨损特性研究

在自制的干摩擦磨损试验机上,研究了３种不同石墨形态铸铁与半金属摩擦材料配副的摩擦磨损性能。结果表明：蠕墨铸铁的摩擦系数高于球铁,在高速、高接触压力条件下,与灰铁相当;其磨损率接近球铁,约为灰铁磨损率的二分之一。     

氧化膜对半金属汽车刹车材料摩擦磨损性能的影响

以一种半金属汽车刹车材料为研究对象,分析了按不同比例配入铜纤维后材料摩擦表面氧化膜的生成及其对摩擦磨损性能的影响．结果表明,中温下半金属刹车材料的氧化对摩擦磨损性能起着较为重要的作用,中温下的氧化磨损为其主要的磨损机理．增加铜纤维的含量有利于减少低温下的粘着磨损和中温下的氧化磨损．     

悬浮石墨对灰铸铁罐笼衬套的影响

从煤矿竖井提升罐笼衬套的实际服役条件出发，采用普通灰铁、悬浮石墨灰铁、杂铜三种材质试样与钢丝绳具有同样材质对磨付之间互磨损来模拟实际钢丝绳与衬套之间的相对运动，分析衬套耐磨性。并对悬浮石墨铸造灰铁中的石墨形态、基体组织、力学性能及滑动摩擦特性进行分析，研究其磨损机理。研究表明，加0．3％石墨粉进行悬浮铸造，并经退火处理的灰铸铁是一种价格低廉、耐磨性好、与钢丝绳磨损最小的新材质，适合代替杂铜制造的罐笼衬套。     

对缸套-活塞环材料在往复滑动中摩擦系数的试验研究

为了研究机车柴油机缸套—活塞环材料的摩擦学性能,我们设计并制定了一台往复式摩擦磨损试验机．该试验机可在一定范围内实行载荷、速度、润滑量的单因素控制,并可同时定性和定量的显示运动中的摩擦力大小．利用该试验和对美国ＧＥ公司采用的软氮化铸铁缸套—表面镀铬铸铁活赛环材料进行了摩擦学性能的试验研究,得出了该配对副在往复滑动中摩擦系数随载荷和速度变化的关系曲线．     

无石棉摩阻材料的研究

经较详尽的试验对比,钢纤维增强的摩阻材料的摩擦学性能和机械性能,都优于硅酸铝纤维和无碱玻璃纤维增强的材料。提供了利用正交设计法筛选配方的方法,得到优化的半金属摩阻材料的配方。利用近代表面分析工具对半金属摩阻材料的表面和磨屑进行观察分析,并探讨了磨屑的形成机理。     

压缩机动涡旋表面磷化膜层的磨损性能

采用AMSLER摩擦磨损试验机,模拟压缩机上支撑与动涡旋摩擦副,对灰铸铁表面磷化膜层摩擦副在不同条件下的摩擦磨损性能进行了研究,采用扫描电子显微镜(SEM)观测摩擦磨损表面形貌.试验结果表明:磷化工艺可以有效降低灰铸铁与磷化膜层之间的摩擦系数;在摩擦磨损过程中,磷化膜避免了金属表面的直接接触,降低了摩擦副之间的黏着.磷化试样在高速和低速条件下的抗咬合性能均优于未磷化试样.     

聚合物基复合材料蜗轮传动的研究

对用聚合物基复合材料ZW-1制作的蜗轮传动性能进行了试验研究,分析了ZW-1材料蜗轮传劝润滑机理,运用MQ-800四球摩擦试验机和KYKY-1000型扫描电镜研究ZW-1材料的摩擦、磨损。结果表明:ZW-1材料蜗轮具有好的减摩、耐磨性,可替代锡青铜蜗轮。这一成果具有重要的理论意义和实践意义。     

成型工艺对树脂基摩擦材料及其摩擦学性能的影响

以碳纤维2.5D浅交弯联结构为预制体,分别采用树脂传递成型工艺(RTM)和热压成型工艺(HPM)制备了碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料.通过MS-T3001摩擦磨损试验机考核了材料的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜、激光三维形貌扫描仪观测了材料的磨损形貌,对比分析了两种成型工艺对材料摩擦学性能的影响.结果表明:随着滑动速度和工作载荷的增大,材料的摩擦系数均减小.热压成型工艺成型摩擦材料的主要磨损形式为磨粒磨损,摩擦系数0.085~0.130,磨损率1.5×10-8 g·N-1·m-1.树脂传递成型工艺成型摩擦材料的主要磨损形式为黏着磨损和疲劳磨损,摩擦系数0.075~0.120,磨损率7.5×10-8 g·N-1·m-1.     

蒸馏水润滑下Si3N4—白口铸铁摩擦面上表面膜的分析

在环－块磨损试验机上考察了蒸馏水润滑下Ｓｉ３Ｎ４分别与白口铸铁和碳钢（作对比用）配副的摩擦磨损特性．在ＳＥＭ下观察了白口铸铁磨面表面膜的形成过程，用ＸＰＳ、ＦＴＩＲ和ＸＲＤ分析了表面膜的成分、组成与结构，并对其形成机理进行了探讨．结果表明，Ｓｉ３Ｎ４在水润滑下摩擦时磨面上发生了氧化和水解反应：当Ｓｉ３Ｎ４与白口铸铁配副时，由于铸铁中碳化物的剥落而形成剥落坑，Ｓｉ３Ｎ４磨屑嵌入剥落坑并氧化和水解，其反应产物富集于剥落坑中，脱水聚合后形成硅胶，从而在磨面形成具有一定厚度和面积的含硅胶的表面膜，表面膜的形成保护了陶瓷和铸铁磨面，使其变得很光滑，从而使摩擦系数降至０．０２，并使系统磨损率几乎接近于零；当Ｓｉ３Ｎ４与碳纲配副时，由于碳钢没有能力富集Ｓｉ３Ｎ４的氧化和水解产物，故磨面不能形成有效的表面膜，所以其摩擦系数仍然较高，且系统磨损率亦较大