制动速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模拟刹车制动方法研究"温压-原位反应法"制备的C/C-SiC复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能,分别用光学显微镜和扫描电子显微镜对摩擦表面及其磨屑形貌进行观察,用X射线衍射仪分析磨屑成分.结果表明:摩擦系数随制动速度提高先升高而后降低,在制动速度为10 m/s时达到最大值0.46,且当制动速度超过20 m/s时产生高频振动;随着制动速度提高,磨屑愈被碾磨变细,且磨损量随之增大,在制动速度为28 m/s时线性磨损量急剧升至8.75 μm;C/C-SiC复合材料在中等能载(1.5 kJ/cm2)条件下具有优良的摩擦磨损性能.     

不同热解炭结构的炭／炭复合材料的摩擦特性

在MM-1000型摩擦磨损试验机上，对具有光滑层和粗糙层热解炭结构的2种炭／炭复合材料进行了模拟飞机正常着陆和中止起飞条件下的摩擦磨损性能试验，用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌进行了观察分析．结果表明：具有粗糙层热解炭结构的炭／炭复合材料在不同能载条件下具有较高的摩擦系数，刹车力矩曲线较为平稳，磨损表面形成较为连续、致密的磨屑层；具有光滑层热解炭结构的炭／炭复合材料在正常着陆条件下刹车力矩曲线波动很大，磨损较小，摩损表面形成较为粗糙的磨屑层；随着能载水平的增加(中止起飞条件)，摩擦系数显著下降，氧化磨损质量损失明显增大，温升较高，磨损表面氧化严重．具有粗糙层热解炭结构的炭／炭复合材料的摩擦性能较优，尤其是其高能摩擦特性更优，适宜用作飞机刹车材料．     

碳-碳复合材料的某些摩擦特性

用碳-布叠层进行化学气相沉积制备的碳-碳复合材料环状样品,在摩擦试验机上做的自身对摩试验,获得了线速度、压力和吸收能量对摩擦系数及磨损的关系。当刹车开始时样品的线速度在2～10m/s范围内,具有一个摩擦系数的转折区,在低速和高速时的摩擦系数均比中速时小。在低制动能刹车时的磨损比高制动能刹车时的磨损大1～2个数量级,这和碳-碳复合材料的制备工艺、材料特性以及刹车时在摩擦界面上形成石墨薄膜有关。     

铸态铝基复合材料与半金属衬片摩擦副的干滑动摩擦磨损特性研究

采用铸态A356/SiC复合材料与高速列车制动盘偶件半金属衬片材料摩擦副进行干摩擦磨损试验,并用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪等手段分析了复合材料的磨损机制.结果表明:复合材料表现出良好的磨损特性,在滑动速度3.0m/s以下,载荷达到600N(12MPa)时的磨损量仍很小;复合材料的磨损率随pv(压力与速度的积)值的增加而增大,摩擦系数则随pv值增加而小幅度减少;磨损过程中磨损表面很快形成以氧化物和以石墨为主的润滑膜,起到了减摩和耐磨作用.在pv值较低时复合材料的磨损机制为轻微的氧化磨损机制,随着pv值增加出现剥层磨损,在复合材料与半金属衬片间的接触表面,由于塑性流动挤出片状磨屑而使磨损量降低.     

一种高碳钢低温干摩擦行为的研究

在20 ℃至-55 ℃范围内以球-盘摩擦形式考察了一种1.08%C高碳钢在滑动速度0.319 m/s,载荷在0.5～2.5 N下与GCr15钢球干摩擦时的摩擦磨损行为,利用SEM、EDS、XPS等观察了磨痕形貌,考察了磨屑中氧含量的变化,分析了摩擦氧化反应.结果发现,与常温环境相比,在0 ℃以下的低温环境显著提高了该钢铁摩擦副之间的摩擦系数,且摩擦系数基本不随温度发生变化.随着温度的降低该高碳钢的磨损量增加,黏着磨损程度增强,屑中氧含量减小.分析认为温度的降低伴随着湿度的降低,低温、低湿度环境减弱了摩擦氧化反应,减少了起隔离作用的金属氧化物的生成,加剧了摩擦副之间的黏着,从而导致摩擦系数和磨损量增大.     

三维纺织炭纤维复合材料的摩擦磨损性能研究

用MM-200型摩擦磨损试验机考察了不同条件下三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能,并用XL30 ESEM型扫描电子显微镜对磨痕和磨屑表面形貌进行了观察和分析.结果表明在干摩擦条件下,随着纤维含量的增加,复合材料的耐磨性提高;当pv值低于63 N*m/s时,材料的摩擦系数和磨损率较高,主要磨损机理为粘着磨损和疲劳磨损;当pv值大于63 N*m/s时,材料的摩擦系数和磨损率明显降低,主要磨损机理为粘着磨损.在润滑条件下,复合材料的耐磨性大幅度提高.     

三维编织炭纤维复合材料的摩擦磨损性能研究

用 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机考察了不同条件下三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的摩擦磨损性能 ,并用 XL30 ESEM型扫描电子显微镜对磨痕和磨屑表面形貌进行了观察和分析 .结果表明 :在干摩擦条件下 ,随着纤维含量的增加 ,复合材料的耐磨性提高 ;当 pv值低于 63N· m/s时 ,材料的摩擦系数和磨损率较高 ,主要磨损机理为粘着磨损和疲劳磨损 ;当 pv值大于 63N· m /s时 ,材料的摩擦系数和磨损率明显降低 ,主要磨损机理为粘着磨损 .在润滑条件下 ,复合材料的耐磨性大幅度提高     

中碳钢/不锈钢磁场摩擦中磨屑的行为和作用

以45钢销/302不锈钢盘摩擦副为研究对象，采用自制的销、盘摩擦磨损试验机，研究了直流磁场作用下磨屑在摩擦过程中的行为及其对摩擦磨损性能的作用. 为此分析了有、无磁场作用下磨屑在磨损面上的分布特点，利用扫描电镜观察了磨屑及45钢销磨损面的形貌，采用三维形貌仪表征了磨损面特征区域的相对高度. 与无磁场时的摩擦磨损情况相比，磁场作用下45钢销的磨损量有所增大，而摩擦系数稍有减小. 摩擦过程中出现了302不锈钢盘向45钢销的材料转移并形成了不连续的转移层，该转移层相对高度较大，承担了主要的摩擦磨损并趋于平滑. 磁场作用下45钢销磨损面吸附少量磨屑并使之细化和氧化，该吸附磨屑在一定程度上减小了摩擦副的摩擦系数，并阻碍试样之间的材料转移，从而增加了45钢销的磨损量.      

模拟正常刹车条件下C／C复合材料的摩擦表面结构分析

采用MM-1000型摩擦磨损试验机评价粗糙层基体炭C/C复合材料在模拟正常刹车条件下的摩擦磨损性能,借助扫描电子显微镜、微区拉曼光谱仪和红外光谱仪分别研究复合材料摩擦表面的形貌、微区石墨化度及其结构,并通过热失重曲线比较摩擦前后复合材料表面在惰性气氛中的升温失重.结果表明:在模拟正常刹车试验时,C/C复合材料的摩擦系数为0.32,线性磨损量和磨损质量损失分别为0.48 μm和2.12 mg;刹车试验后,摩擦表面由纳米级粒子聚集并压制而成,且摩擦表面炭微晶结构发生变化;在暗灰色的摩擦膜区域,炭微晶的R值从摩擦前的0.207升至1.03,而在白色区域,因炭微晶的接触压力提高而发生应力石墨化,R值降至0.084;摩擦表面能够吸附更多水分,即使在惰性气氛下也比未摩擦表面的升温失重大.     

30CrMnSiNi2A钢干滑动摩擦磨损特性研究

利用销盘高速干滑动摩擦磨损试验机,对30Cr Mn Si Ni2A低合金超高强度钢的摩擦磨损性能进行了研究,应用JSM-6390A型扫描电子显微镜和X-衍射方法对摩擦磨损表面进行观察,表征其摩擦表面的微观形貌、摩擦磨损产生的磨屑以及由于摩擦产热而引起的氧化物,进而推断出磨损机制.结果表明:摩擦系数随速度和载荷的增大而减少,其速度是影响摩擦系数的主要因素;在摩擦初期当摩擦系数快速下降时,摩擦表面温度急剧增加,当达到一定数值后二者都形成一个动态的平衡;随着速度和载荷增大,磨损机理主要由氧化磨损转变为剥落、塑性变形、犁沟以及黏着磨损,且磨损表层的氧化物由Fe O转变为Fe_3O_4和Fe_2O_3,当出现Fe_2O_3氧化物时,磨损率急剧升高.     

碳／碳复合材料磨损表面碳结构的激光喇曼光谱分析

采用显微激光喇曼光谱及 X射线衍射考察了基体分别为沥青浸渍碳 /少量气相沉积热解碳和全部气相沉积热解碳的航空刹车用碳 /碳复合材料磨损表面碳结构的变化特征 ,并分析了引起这些变化的原因 .结果表明 ,经过 10次模拟飞机正常着陆刹车试验后 ,相对于石墨化程度各异的磨损次表层炭纤维及基体碳 ,磨损表面各处的石墨化程度及石墨微晶在 a轴方向的尺寸 La趋于均匀 .换言之 ,就复合材料磨损表面拉曼图谱上位于波数 1338.94 cm- 1 的谱峰与15 85 .2 2 cm- 1处的谱峰的积分强度比值 R的倒数 1/ R而言 ,低石墨化程度组元的 1/ R值显著升高 ,而高石墨化程度组元的 1/ R值有所降低 .磨损表面高石墨化程度组元中的石墨微晶通过转动使其 c轴沿磨损表面法线方向择优取向 ,在机械力作用下 ,石墨片层脱离、碎断 ,均匀分布于磨损表面上 .因此 ,在模拟飞机刹车过程中 ,不同结构和密度的 C/ C复合材料磨损表面形成石墨化程度相近的碳结构 ,这是导致复合材料摩擦系数对结构和密度不敏感的重要原因     

PAN炭纤维预制体对C/C复合材料滑动摩擦磨损行为的影响

以二维平纹编织叠层炭纤维坯体(2D)、二维无纬布/炭毡混合叠层针刺毡坯体(2DN)、三维正交编织炭纤维坯体(3D)为预制体,采用化学气相渗透结合树脂浸渍炭化技术进行增密,制备了4种C/C复合材料.在室温干态条件下测试4种C/C复合材料与表面镀Cr的40Cr钢配副时的滑动摩擦行为.结果表明:在试验载荷下,采用2D坯体增强的C/C复合材料摩擦系数最高;随载荷增加,其摩擦系数和磨损体积的波动幅度最大,分别为0.17和1.22mm3;采用2DN坯体的2种C/C复合材料摩擦系数较低,在0.13～0.17之间,且随时间延长呈下降趋势;其余2种坯体的C/C复合材料摩擦系数则上升.4种材料摩擦系数的波动幅度均逐渐降低.SEM观察表明:采用2D坯体C/C复合材料在低载荷下的摩擦表面粗糙,充满磨屑,高载荷下能形成了较松散的摩擦膜.而采用2DN、3D坯体的C/C复合材料摩擦表面部分形成了较完整、致密的摩擦膜,部分呈现显著的纤维磨损和摩擦膜大块剥落形貌.     

Fe及SiO2对铜基刹车材料摩擦磨损性能的影响机制

通过加压烧结法制备出铜基粉末冶金航空刹车材料,采用模拟刹车制动试验方法考察了不同转速条件下Fe含量和添加SiO2对材料摩擦磨损性能的影响,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察材料的显微组织结构及其磨损表面形貌,分析了Fe和SiO2对材料磨损性能的影响机制.结果表明:由于高硬度及耐磨的Fe弥散分布于铜基体中,使得刹车材料的摩擦系数和耐磨性能有所提高;SiO2虽然能够更有效地增加材料的摩擦系数和提高高速条件下的耐磨性,但对低速下材料磨损性能的提高不利.这是由于在低速下,SiO2易凸出摩擦表面而增加材料的磨损,而在高速下由于硬质SiO2颗粒对摩擦膜起到很好的钉扎作用而使其摩擦系数增加,磨损率降低.     

C/C复合材料微观结构对其制动摩擦磨损性能的影响

采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了基体炭分别为树脂炭和粗糙层热解炭结构的C/C复合材料的微观结构,并探讨了材料的微结构对其制动摩擦磨损性能的影响.结果表明:炭纤维附近的树脂炭被高度石墨化,导致树脂炭样件具有适当、稳定的摩擦系数;树脂炭片层之间存在明显的裂纹,远离炭纤维的树脂炭仍是各向同性结构,容易被剪切力剪断,产生大量碎屑,破坏了摩擦动态平衡,磨损量大是制约其作为优良制动摩擦材料的关键因素.     

石墨表面金属包覆处理对Cu基粉末冶金摩擦材料制动摩擦学行为的影响

分别以铜包覆石墨和普通石墨作为润滑组元,采用放电等离子烧结技术制备了两种铜基粉末冶金摩擦材料. 在对两种材料进行微观组织、力学及物理性能检测和对比之后,利用MM1000-Ⅱ型惯性制动试验台测试了不同条件下两者的制动摩擦磨损性能,并通过对试验后两种材料的摩擦表面及其三维形貌特征、表面及近表层主要元素分布特点、磨屑特征和摩擦表面物相进行微观分析,研究了石墨表面金属包覆处理对制动条件下铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为的影响,并结合热力学相关理论解释了引起两种材料制动摩擦学行为差异的原因. 结果表明:石墨表面经铜包覆处理后,会使烧结时石墨与Cu基体间的界面结合得到明显改善,且材料的硬度、致密度和导热系数也可显著提高. 随着制动速度的提高,两种材料的平均摩擦系数和磨损率均逐渐降低;在相同的制动条件下,采用铜包覆石墨作润滑剂时,材料的平均摩擦系数和磨损率均较低,同时材料摩擦表面的几何质量较好. 提高制动速度均能够促进两种材料表面形成摩擦膜,但分别采用铜包覆石墨和普通石墨作润滑组元时,材料表面摩擦膜的形成机制存在明显差异. 采用铜包覆石墨时,材料表面主要形成氧化膜,而采用普通石墨时,由于材料表面存在的较多石墨对氧化反应具有较强的抑制作用,而使得此时表面主要形成石墨膜,且其对材料表面的保护效果不及氧化膜.      

载荷和转速对铜合金材料摩擦磨损性能的影响

采用MMW-1A摩擦磨损试验机,对比研究干摩擦条件下,载荷和转速对QSn7-0.2、CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn三种铜合金材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析磨损表面形貌及元素成分,讨论了QSn7-0.2、CuZn31Si1和Cu9Ni6Sn的磨损机理. 结果表明:当载荷和转速增大时,平均摩擦系数和磨损率为Cu9Ni6Sn＜CuZn31Si1＜QSn7-0.2. 当载荷增大时,QSn7-0.2的磨损机理由磨粒磨损逐渐加剧转变为黏着磨损;CuZn31Si1的磨损机理由塑性变形磨损加重并伴有轻微的磨粒磨损转变为磨粒、黏着磨损;Cu9Ni6Sn的磨损机理由轻微的磨粒、塑性变形磨损转变为疲劳磨损. 当转速增大时,QSn7-0.2的磨损机理由塑性变形磨损加重转变为黏着磨损,整个过程伴随着轻微的磨粒磨损;CuZn31Si1的磨损机理由磨粒磨损转变为塑性变形磨损;Cu9Ni6Sn的磨损机理由轻微的磨粒磨损转变为磨粒磨损与塑性变形磨损共存.      

碳钢表面碳—氮共渗层在高速干摩擦条件下的摩擦学性能研究

对 2 0 # 钢试样进行碳 -氮共渗热处理 ,考察了共渗层在高速干摩擦条件下的摩擦学性能 ,并用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对其磨损表面形貌和元素化学状态进行了分析 .结果表明 :随着滑动速度的增加 ,2 0 # 钢表面碳 -氮共渗层的磨损率逐渐降低 ,当滑动速度达到 35m/s左右时 ,磨损率显著增大 .扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析结果表明 ,高速轻载干摩擦条件下 2 0 # 钢表面碳 -氮共渗层的摩擦学性能同磨损表面氧化物的形成和剥落密切相关 ,而磨损率的显著增加是由于磨损表面氧化物类型发生从Fe2 O3 到FeO的转变所致 .     

碳化硅陶瓷基复合材料的摩擦磨损性能研究

以不同孔隙率的C/C复合材料为预制体,以甲基三氯硅烷(CH3SiCl3)为反应源气、氩气为载气、高纯氢气为稀释气体,采用化学气相渗透法(CVI)制备一系列C/C-SiC复合材料,在MM-1000型摩擦磨损试验机上对C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能进行评价,分析不同原始密度及组分含量等因素对复合材料摩擦性能的影响.结果表明:随着预制体密度增加,C/C-SiC复合材料的平均摩擦系数、摩擦力矩和平均单位面积吸收功率等增大,刹车时间和线磨损率降低;C/C-SiC复合材料具有较高的静摩擦系数,其中预制体原始密度为1.44 g/cm3的复合材料较适用于刹车材料.     

油润滑条件下弹性金属塑料复合材料的摩擦磨损特性研究

在MPA－2000型盘销式摩擦磨损试验机上评价了油润滑条件下弹性金属塑料复合材料与钢对摩时的摩擦学特性,用扫描电子显微镜观察试样磨损表面形貌并分析其摩损机理,并在试验基础上建立了弹性金属塑料材料与钢对摩时的等摩损率图。结果表明：在低载荷条件下摩擦系数较高,随着载荷数升高摩擦系数降低;当滑动速度小于3．52m/s时,摩擦系数基于稳定在0．030;弹性金属塑料材料的磨损率随滑动速度和载葆的升高而增加,结合等磨损率图分析发现,当载荷小于1515N而滑动速度小于3．52m/s时,弹性金属塑料复合材料的磨损率相对较低;当滑动速度泪地3．52m/s时,弹性金属材料的磨损机理以微切削、挤压变形和犁沟磨损为主,在摩擦副两表面形成转移－依附物;当滑动速度为5．24m/s时,弹性金属塑料材料的磨损以表层软化和熔融为主要特征,所建立的等磨损率图对弹性金属塑料材料的使用有一定的指导作用。     

短纤维取向对Al_2O_(3f) C_f/ZL109复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响

利用挤压铸造法制备了 Al2 O3 f Cf/ZL10 9短纤维混杂金属基复合材料 ,并利用统计学方法对比研究了在滑动速度 0 .837m/s、载荷 196 N条件下纤维取向对该混杂复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响 .结果表明 :在纤维平行取向和垂直取向时 ,该混杂复合材料的磨损率和摩擦系数均服从正态分布 ;平行取向情况下磨损率均值大于垂直取向下的磨损率 ,而摩擦系数均值小于垂直取向 ;纤维垂直取向有利于复合材料耐磨性能的提高 ,2种取向下复合材料的主要磨损机制均为犁沟磨损