【摘要】：隨著交通工具的日趨高速化與輕量化,人們對出行安全也更加重視。而制動用摩擦材料是交通工具制動安全的重要保障。常用的粉末冶金摩擦材料中,鐵基摩擦材料與對偶黏著嚴(yán)重,制動不穩(wěn)定,且容易損傷對偶;銅基摩擦材料與鐵質(zhì)對偶件摩擦?xí)r,雖然摩擦系數(shù)穩(wěn)定,磨損率低,但價格較貴。將兩者結(jié)合而成的鐵銅基摩擦材料兼具鐵基耐高溫,基體強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn),也具有銅基導(dǎo)熱性能好,摩擦系數(shù)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。在本文中,通過粉末冶金法制備含不同基體成分、摩擦組元、潤滑組元、碳纖維的鐵銅基摩擦材料,并探討了利用注漿-熔滲法制備鐵銅基摩擦材料的可行性,使用金相顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電鏡、維氏硬度計(jì)、萬能試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對摩擦材料的組織形貌、相組成、力學(xué)性能、摩擦學(xué)性能進(jìn)行分析,最后討論了鐵銅基摩擦材料中摩擦系數(shù)的影響因素和摩擦層的形成機(jī)理,結(jié)果表明:1.不同基體組元成分的鐵銅基摩擦材料中,含F(xiàn)e50Cu20的樣品摩擦系數(shù)較小為0.61,但摩擦系數(shù)穩(wěn)定;不同摩擦組元的樣品中,含SiC的摩擦材料摩擦系數(shù)最大為0.73,但最不穩(wěn)定,混合SiC、Al2O3和鋯英砂的樣品,摩擦系數(shù)最穩(wěn)定為0.65;摩擦組元配比為SiC:Al2O3:鋯英砂為4:3:2時具有最穩(wěn)定的摩擦系數(shù),摩擦系數(shù)為0.61。注漿-熔滲法制備的含2%的鐵銅基摩擦材料摩擦系數(shù)穩(wěn)定為0.58。2.添加碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,摩擦材料具最佳的力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能。其致密度為92.6%,硬度為118.6HV,剪切強(qiáng)度為35.624MPa,沖擊強(qiáng)度為5.7J/cm2。常溫下,摩擦系數(shù)為0.6,磨損失重量也較小為0.0038g。400℃時,摩擦系數(shù)減小為0.56。且出現(xiàn)氧化增重大于磨損失重的現(xiàn)象。摩擦機(jī)制在常溫下主要為磨粒磨損,伴隨有少量黏著磨損,在高溫時,主要為氧化磨損。3.討論了影響鐵銅基摩擦材料摩擦系數(shù)的因素及其影響機(jī)制,認(rèn)為摩擦系數(shù)的主要影響因素是材料和溫度,其中碳纖維對摩擦系數(shù)的影響較大,并分析了本文中碳纖維增強(qiáng)鐵銅基摩擦材料的摩擦過程,認(rèn)為其經(jīng)歷了三個階段,分別為跑合階段、過渡階段、穩(wěn)定階段。
【圖文】：

于 Fe-Cu-Al-Al2O3的混合粉末燒結(jié)樣品，有更好的摩擦學(xué)性能。這是因?yàn)榛w具中的平衡，并且由于表面涂覆的 Al2O3與基體和氧氣發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，金和隨后形成的碎片發(fā)生滑動，形成了良好的潤滑膜。噴撒工藝，其制備粉末冶金摩擦材料是將粉末直接噴撒在芯板上，進(jìn)行預(yù)燒結(jié)后燒結(jié)粉末進(jìn)行壓制成型，，最后進(jìn)行終燒。其與傳統(tǒng)壓燒法相比具有生產(chǎn)周期短，高，原材料利用率可達(dá) 95%以上。海坤等[79]采用噴撒工藝制備含銅鐵基粉末冶料,發(fā)現(xiàn)預(yù)燒結(jié)溫度 1 050℃,保溫時間 2 h,壓制壓力 500 MPa,終燒結(jié)溫度 1 030℃間 2 h,所制備的摩擦材料具備較高的硬度和密度，與基板具有較高大的結(jié)合強(qiáng)度鐵銅基摩擦材料的組織與性能成分確定后，摩擦材料的性能在很大程度上取決于其顯微組織、相組成及其它各布。圖 1 是鐵銅基摩擦材料中的金相組織，圖 1（a）中是經(jīng)腐蝕后的 Fe-19%C料的金相組織，其中 1，2 為珠光體，3 是 Fe 基體及其合金，4 為 Cu 相，6 是基隙。圖 1（b）中黑色塊狀相為 Cu 顆粒，其形狀各異，分布均勻，顆粒周圍灰色，排列方向紊亂，白色團(tuán)狀組織為 Fe 的固溶體組織，其上孔隙分布較少，在上一些不規(guī)則的顆粒狀物質(zhì)，是摩擦組元。(a) (b)

5.0~6.8g/cm3≥4.5MPa ≥0.3J/cm2理觸表面相互作用引起的滑動阻力和能量損耗。衡量摩擦材的摩擦學(xué)性能。鐵銅基摩擦材料由于成分復(fù)雜，其與對偶復(fù)雜，因而是由多種摩擦機(jī)理結(jié)合而成的。從宏觀上來說作用理論。[90]認(rèn)為摩擦過程中，摩擦面的實(shí)際接觸面積較小，因而力達(dá)到屈服極限而產(chǎn)生塑性變形，之后只能依靠擴(kuò)大接觸過程中由于接觸點(diǎn)的金屬處于塑性流動狀態(tài)，因而在接觸著，隨后在摩擦力作用下，黏著點(diǎn)被受剪切滑動，即滑動發(fā)生的過程。在摩擦過程中，摩擦副表面較硬的鋒點(diǎn)在載時，一方面硬峰推擠軟材料，導(dǎo)致犁溝效應(yīng)；另一方面，，導(dǎo)致黏著效應(yīng)，因而黏著理論認(rèn)為摩擦力是由黏著效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TF125;U465

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