不同刹车压力下C/C复合材料的摩擦磨损性能

研究了粗糙层和光滑层2种不同热解炭与树脂炭混合基体炭/炭复合材料在不同制动压力下的摩擦磨损性能,且对摩擦表面与磨屑进行了SEM观察和分析,并采用X射线衍射与激光喇曼光谱测定了在不同刹车压力下摩擦表面的石墨化度.研究结果表明:C/C复合材料的摩擦因数由摩擦表面所形成的摩擦膜所决定,随着刹车压力的增大,摩擦膜更完整平滑,摩擦因数呈降低趋势,磨损则随刹车压力的增大而呈增大趋势;粗糙层结构C/C复合材料即使在高制动压力下,仍能具有较高的摩擦因数,显示出优良的高压摩擦性能;高压下摩擦表面会发生应力石墨化作用,这是高压下摩擦因数下降的原因之一.     

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.     

纤维体积分数对炭/炭复合材料摩擦磨损性能的影响

通过化学气相沉积法将纤维体积分数分别为23%,30%和40%的3种炭纤雏针刺毡预制件增密至1.50 g·cm-3,再浸渍树脂进一步增密至1.80 g·cm-3,进行热处理后制成炭/炭复合材料,观察3种试样的金相显微结构,测试3种试样在不同刹车压力下的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜对其磨损表面进行观察.研究结果表明:对于热解炭为非典型粗糙层结构的炭/炭复合材料,纤维体积分数增大,其摩擦曲线相对较平稳,磨损量较大;当纤维体积分数超过30%后,磨损量显著增加;在相同的刹车压力下,纤维体积分数对摩擦因数无显著影响.刹车压力低时试样的摩擦因数比刹车压力高时的摩擦因数大;作为摩擦炭/炭复合材料,纤维体积分数为30%左右较适宜.     

铜基粉末冶金摩擦材料的湿式摩擦性能

采用粉末冶金方法制备铜基湿式摩擦材料,利用金相技术分析材料表面的微观结构,并用MM-1000摩擦试验机研究制动条件对动摩擦因数影响的变化规律。研究结果表明：添加短切炭纤维增强的材料能有效提高材料的能量许用负荷和摩擦因数;摩擦副的制动速度为1500r／min和2500r／min时,摩擦因数随制动压力的增加而减小;摩擦副的制动速度为3500r／min时,摩擦因数随制动压力的增大呈现先降低而后增大的趋势;当制动压力为1．0MPa和1．5MPa时,摩擦因数随制动速度的提高而缓慢减小;当制动压力为2．0MPa和2．5MPa时,摩擦因数随制动速度的增加呈现先减小而后急剧增大的趋势。     

刹车速度对RMI-C/C-SiC复合材料摩擦磨损行为的影响

以针刺整体炭毡为坯体,采用化学气相浸渗法（CVI）增密制备C/C多孔体,然后采用熔硅浸渗C/C多孔体制备C/C-SiC复合材料。在MM-1000摩擦磨损试验机上测试该材料在不同刹车速度下的摩擦磨损行为,分别用金相显微镜和扫描电子显微镜观察摩擦表面及磨屑形貌。结果表明：复合材料摩擦因数随刹车速度的增加先升高后降低最后趋于稳定;在速度为2 500 r/min时,摩擦因数达到0.52;磨损量随刹车速度的提高而降低,在速度为1 000 r/min时,线性磨损量为最大值21.3μm/（面·次）;当刹车速度小于4 000 r/min时,摩擦磨损机理为很严重的磨粒磨损,当速度大于4 000 r/min时,摩擦磨损机理以粘着磨损和氧化磨损为主。     

C/C复合材料及高强石墨的滑动摩擦磨损行为

在M 2000环 块摩擦试验机上测试了C/C复合材料及当前拟用作航空发动机主轴密封环材料的高强石墨的摩擦磨损行为.对材料试样在荷载为60,80,100,120和150N时的摩擦磨损行为进行研究,得出:高强石墨材料试样摩擦因数为0.22～0.24,而C/C复合材料试样摩擦因数仅为0.08～0.12.在80N时,2号试样体积磨损量达10.09×10-4cm3/次,而3号试样体积磨损量仅为1.36×10-4cm3/次;C/C复合材料与高强石墨材料相比摩擦因数低且稳定,磨损量小.这表明C/C复合材料比高强石墨材料更适合用作航空发动机主轴密封环.     

Fe_xSi_y改性C/C-SiC制动材料的制备及其性能

以针刺整体炭毡为预制体,采用化学气相渗透法(CVI)增密制备C/C多孔体,采用反应熔体浸渗法(RMI),将Fe与Si同时熔渗进C/C坯体中制备FexSiy改性C/C-SiC复合材料。研究FexSiy改性C/C-SiC复合材料的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能。研究结果表明:硅铁化合物被SiC基体包围填充于C/C坯体孔隙中;FexSiy改性C/C-SiC复合材料的弯曲强度为189.65 MPa,垂直和平行摩擦面的压缩性能分别为296.93 MPa和201.32 MPa;分别采用30Cr钢和自身材料作对偶时,FexSiy改性C/C-SiC复合材料的平均摩擦因数均为0.24左右,线磨损均小于3.5μm.面-1.次-1,但与铬钢对摩静系数明显增大,而与自身对摩制动曲线出现明显翘尾现象,其摩擦磨损过程是由磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损相互作用的结果。     

一种高性能C/C-SiC复合材料摩擦偶件优化选择研究

采用超声波渗硅技术,经化学气相沉积、硅化处理、浸渍/炭化增密和石墨化处理制备C/C-SiC复合材料.用偏光显微镜、扫描电子显微镜观测其微观组织结构,用X射线衍射仪进行物相分析,用MM一1000性摩擦磨损试验机检测C/C-SiC复合材料分别与C/C复合材料、30 CrSiMoVA钢和铁基粉末冶金材料组成摩擦副的摩擦性能.结果表明:C/C-SiC复合材料中只有C相和13-SIC相,C相的组成为炭纤维、沉积炭和树脂炭同时存在;C/C-SiC复合材料与铁基粉末冶金材料组成的摩擦副的摩擦性能优异,其摩擦因数为0.42,摩擦稳定性为85%,磨损值为3.9 μm/(次·面).     

不同载荷下C/C复合材料往返式滑动摩擦行为

以GCr钢球为对偶,在UMT-3微摩擦试验机上测试2种具有不同基体炭结构的C/C复合材料长时间往返式滑动摩擦磨损行为。研究结果表明:在相同载荷下,具有粗糙层热解炭基体的材料A的平均摩擦因数高于具有光滑层/树脂炭基体的材料B平均摩擦因数;在60N时,材料A的平均摩擦因数出现最大值,为0.193;而材料B的平均摩擦因数出现最低值,为0.120;随着载荷的增加,2种材料的平均摩擦因数均出现较大的波动,其中:材料A的平均摩擦因数变化趋势为先升后降,材料B的平均摩擦因数先降后升,但二者的差值随载荷增加先增后减;随着时间的延长,所有试样的摩擦因数均逐渐趋于稳定;材料A的摩擦表面膜较完整、致密,但存在大块摩擦膜剥落或交替堆叠;材料B的摩擦表面较粗糙,形成纤维与基体炭分开堆积成膜形貌。     

制动条件对Cu基闸片材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制得Cu基摩擦材料。利用MM1000-Ⅱ型摩擦磨损试验机对材料进行性能测试,用扫描电镜观察磨痕并分析磨损机理。分析结果表明:一定制动压力条件下,随着制动速度的增加,摩擦因数和磨损率均呈现先增大后减小的趋势。制动速度为250~300 km/h时,材料的制动性能最好。在不同的制动速度条件下,材料摩擦因数的稳定因数均保持在较大值,材料表面状态较为稳定。一定制动速度条件下,随着制动压力的增加,摩擦因数先增大后减小,磨损率逐步增大并趋于稳定;0.4 MPa时摩擦因数达到最大值0.35,此时材料的制动性能最好。     

盘式制动器铜基摩擦片摩擦制动特性的实验研究

为了研究盘式制动器铜基摩擦片与制动盘的摩擦制动特性,分析了盘式制动器制动原理。通过对铜基摩擦片的摩擦特性进行实验,探讨了不同制动速度以及制动压力下摩擦系数和磨损率的变化规律。研究结果表明:制动压力为30 N时,摩擦系数随时间逐渐增大并趋于稳定,稳定后的平均值为0.46;磨损率随制动压力增加而增加,随制动速度的增加而减小;此外,制动压力为30 N、制动速度为80 mm/min时,达到实验中的最佳制动效果。     

湿式多片制动器摩擦片温度分布规律

由于湿式多片制动器摩擦片径向尺寸大,而且摩擦材料弹性模量也大,因此摩擦片更容易受热-弹性变形的影响,将湿式多片制动器摩擦表面温度的实验测量数据与有限元分析结果进行比较,得出湿式多片制动器表面温度分布的规律。     

水箱拉丝机拉丝过程的有限元模拟仿真分析

以初始钢丝生产线为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件对水箱拉丝机第一道次拉拔过程进行模拟仿真,研究在拉拔过程中拉拔模锥角、摩擦系数和压下量对拉拔力的影响,并对其轴向应力和径向位移分布特点进行分析。结果表明,随着模锥角的增大,拉拔力呈先减小后增大的趋势,当模锥角为8°时,拉拔力最小;随着摩擦系数、压下量的增大,拉拔力随之增大;在出口处钢丝的外层轴向应力达到最大,由外层向内层轴向应力逐渐减小,钢丝前端应力达到均匀,且钢丝的模拟径向直径小于理论直径。     

不同制动速度下针刺毡炭/炭复合材料的摩擦磨损行为

用模拟刹车制动的摩擦试验机,研究了1种针刺毡结构炭/炭复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能,并在光学显微镜下直接对摩擦表面进行了观察和分析．研究结果表明在制动速度为5m/s或静态条件下,针刺毡炭/炭复合材料的摩擦因数很低,但在制动速度为10m/s、能量较小时摩擦因数出现了峰值;在制动速度升高到20m/s后,摩擦因数较高且随刹车速度变化趋于稳定,显示出优良的高能高温制动性能;只要制动速度不是极高(如28m/s),这种材料均具有很好的抗磨损性能,其中磨损量在制动速度为15m/s时达到最大值,该制动速度对应于飞机进出场滑行制动速度;摩擦表面微观结构及氧化状况取决于制动条件的影响,炭磨屑和基体炭在制动过程中会优先氧化．     

混合润滑条件金属基旋转摩擦元件界面温度场研究

针对机械传动湿式摩擦副热负荷异常导致的元件变形失效问题,基于弹性流体混合润滑理论,增加考虑粗糙界面弹塑性变形带来的影响,建立湿式摩擦副混合润滑热力学模型,并通过摩擦磨损试验机验证其正确性.基于粗糙接触面积、局部压强分布和局部温度分布的仿真结果,分析一定工况下的湿式摩擦副界面状态变化规律,探究接触面压和滑动速率对温度场细观分布的影响.结果表明：随着面压的提升,粗糙接触面积和局部压强逐渐升高,最高温度与平均温度的差距拉大,说明了压力提升可以激化界面承压分配的两极分化;随着滑摩速度的提升,粗糙接触面积和局部压强逐渐下降,界面最高温度先迅速升高后又明显下降,极值出现在0.1 m/s～1.0 m/s区间内.     

定向脉冲气流TG-CVI法致密C/C复合材料工艺及性能

以液化气为碳源前驱体,氮气为稀释气体,采用定向脉冲气流TG-CVI法,对初始密度为0.14 g·cm^－3的普通碳毡进行致密化处理.研究在不同试验条件下C/C复合材料的致密化过程和密度分布,借助偏光显微镜观察其微观组织,扫描电子显微镜观察其断口形貌,采用三点弯曲法测定C/C复合材料的抗弯强度.结果表明:在热端温度为1 080 ℃、脉冲压力为－3~0 kPa的条件下,经70 h致密化,C/C复合材料的表观密度可达1.836 g·cm^－3,且密度分布均匀;组织为粗糙层(RL)和光滑层(SL)的混合型组织;试样断口形貌呈渐变的锯齿状分布,纤维以拔出为主,表现为假塑性断裂特征,抗弯强度为83.91 MPa.     

不同载荷和对偶下C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

以炭纤维针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透（CVI）、浸渍/炭化（I/C）的方法制备密度和基体炭不同的C/C多孔坯体,采用真空熔渗将铜合金液渗入C/C坯体中制备C/C-Cu复合材料,研究试验条件对复合材料摩擦磨损性能影响。研究结果表明：随着时间的延长,C/C-Cu复合材料摩擦因数趋于稳定;随着载荷的增加,摩擦因数和体积磨损先增后减,当载荷为80 N时达到最大值;试样摩擦因数和体积磨损与对偶件有关,当采用硬度较高的40Cr钢为对偶件时,试样摩擦因数随着时间的延长而增加并趋于稳定,且磨损量最大;当采用硬度低的黄铜和紫铜为对偶件时,试样摩擦因数随着时间变化不大,与紫铜对偶时的磨损量最小;C/C-Cu复合材料的磨损机制主要为磨料磨损、粘着磨损,采用40Cr钢作对偶时氧化磨损加大。     

摩擦时间对CaSO4晶须增强树脂基复合材料摩擦学性能的影响

采用模压成型工艺制备CaSO_4晶须增强树脂基复合材料,并选用一种市售材料作对比,研究摩擦时间对两种材料摩擦学性能的影响,利用SEM及EDAX观测磨损表面形貌及成分变化,分析其磨损机理.结果表明:随着摩擦时间的变化,自制材料摩擦系数维持在0.45左右,制动平稳性较好,磨损机理以磨粒磨损为主;市售材料摩擦系数在0.32~0.36范围内波动,制动过程易产生颤动和噪声,磨损机理以粘着磨损和热疲劳磨损为主;两种材料摩擦表面平均温度及其磨损率均随着摩擦时间的延长而逐渐升高,且与对偶件存在明显的粘着效应.     

非光滑表面制动盘摩擦磨损性能有限元分析

基于摩擦试验要求的外形尺寸和非光滑结构的设计尺寸,建立了非光滑表面刹车盘/片模型,通过分析制动过程中接触压力与摩擦热之间的交互作用关系,建立了制动盘/片的热-应力耦合分析模型,并应用Ansys/LS-DYNA对非光滑表面刹车盘/片系统的摩擦磨损性能进行了有限元分析.分析结果表明:当盘孔间距为1mm,盘孔直径为08mm时,非光滑刹车盘/片试样呈现最小的vonMises应力,为耐磨性最佳的非光滑形态.通过摩擦磨损试验得到与模拟相应试样的磨损量及动摩擦系数,比较后发现二者均体现出与模拟结果中vonMises应力相一致的变化规律,验证了模拟分析结果的可信性.     

鼓式制动器相关参数对其制动效能的影响

从制动器制动全过程的动态仿真角度出发,重点考察了鼓式制动器摩擦系数、凸轮偏置角和摩擦片包角对制动器制动效能的影响.正交仿真试验分析表明:上述三个因素对制动器效能因数的影响按大小次序是摩擦系数、凸轮偏置角和摩擦片包角.制动器的效能因数随三个因素取值的增加而增大,同时,制动效能因数对摩擦系数的敏感性显著增大,而对凸轮偏置角及摩擦片包角的敏感性却在降低.这将为以后的制动器优化奠定基础.