美章網(wǎng) 資料文庫(kù) 銅鋁石墨組合材料摩擦角度與摩擦性能探析范文

銅鋁石墨組合材料摩擦角度與摩擦性能探析范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了銅鋁石墨組合材料摩擦角度與摩擦性能探析參考范文,愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花,激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

銅鋁石墨組合材料摩擦角度與摩擦性能探析

《大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)》2016年第5期

摘要:

通過(guò)組合法制備了銅、鋁、石墨三種材料構(gòu)成的組合材料,利用定速摩擦試驗(yàn)機(jī),研究了摩擦速度為200~2000r/min和制動(dòng)壓力為0.25~0.64MPa條件下,摩擦角度對(duì)摩擦系數(shù)的影響.試驗(yàn)結(jié)果表明:摩擦角度對(duì)摩擦系數(shù)的影響與壓力有關(guān).當(dāng)壓力小于0.51MPa時(shí),摩擦角度的改變對(duì)摩擦系數(shù)影響不大;當(dāng)壓力超過(guò)0.51MPa時(shí),45°方向的摩擦系數(shù)要明顯高于0°方向和90°方向的摩擦系數(shù),原因在于摩擦角度為45°時(shí),摩擦表面容易發(fā)生整體剪切流動(dòng),較強(qiáng)的粘著力形成魚骨狀裂紋,使剪切作用力增大,導(dǎo)致摩擦系數(shù)增高.

關(guān)鍵詞:

組合材料;摩擦性能;摩擦角度

0引言

高性能摩擦材料在具有較高摩擦系數(shù)的同時(shí),還要求隨工況條件的變化,摩擦系數(shù)保持穩(wěn)定.為使材料達(dá)到這種苛刻的性能要求,通常采用多組元材料來(lái)制造摩擦材料.高速列車制動(dòng)閘片就是一種由銅、鐵、鋁、鉻和石墨多組元構(gòu)成的粉末冶金材料[1-3].在摩擦中,利用材料中各組元不同的特性,達(dá)到控制摩擦系數(shù)的目的.因此,為設(shè)計(jì)高性能的摩擦材料,需要認(rèn)識(shí)材料中每種組元對(duì)摩擦性能的摩擦機(jī)理以及影響程度[4-5].為認(rèn)識(shí)這些作用對(duì)摩擦性能的影響,需要通過(guò)觀察表面組織的形態(tài)特征來(lái)揭示每種組元對(duì)摩擦性能的作用機(jī)制.然而,由于粉末冶金材料中的多種組元呈彌散分布狀態(tài),各組元在摩擦力的作用下發(fā)生剪切流動(dòng)而疊加,難于甄別每種組元的演化特征,同時(shí),混合了各組元粒子的第三體組織覆蓋在摩擦表面上,進(jìn)一步增加了認(rèn)識(shí)每種組元和及相應(yīng)的第三體在摩擦中變化過(guò)程的難度.為了解決這個(gè)問(wèn)題,文獻(xiàn)[6]提出了一種機(jī)械組合方法,將幾種材料組成一種結(jié)構(gòu)有序的層片式組合材料,由于這種方法形成的組元層次分明,對(duì)于認(rèn)識(shí)和甄別各組元在摩擦表面的交互作用是十分有利的.通過(guò)這種方法發(fā)現(xiàn)了銅、鋁和鐵的組織形成特征與摩擦性能的關(guān)系,這為認(rèn)識(shí)材料特性與摩擦性能的關(guān)系提供了一條新路徑.可見(jiàn),利用這個(gè)方法,進(jìn)一步研究非金屬材料,如石墨與其它金屬組元的相互關(guān)系也應(yīng)當(dāng)是可行的.同時(shí),當(dāng)不同性質(zhì)的材料組合在一起時(shí),組元的排列方式也可能對(duì)摩擦學(xué)行為有影響.因此,借助于機(jī)械組合方法揭示摩擦材料中組元特性對(duì)摩擦性能的影響機(jī)制,對(duì)研制高性能制動(dòng)摩擦材料是有指導(dǎo)意義的.本文采用機(jī)械組合方法,將銅、鋁和石墨組成兩種排布方式的組合材料.通過(guò)摩擦試驗(yàn)的方法,研究了在不同摩擦條件下,兩種組合材料與摩擦性能的關(guān)系.觀察分析了不同摩擦區(qū)域表面組織的演化特征,以達(dá)到認(rèn)識(shí)石墨組元與金屬組元間相互作用機(jī)制的目的.

1試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料選用鋁片和銅片(圖1),采用交替的排列順序進(jìn)行排布,通過(guò)機(jī)械嚙合的方式過(guò)盈配合到夾具中,夾具可以在夾頭中實(shí)現(xiàn)0°、45°、90°三個(gè)角度的調(diào)整(圖2),達(dá)到實(shí)現(xiàn)金屬片的排列方向和摩擦方向分別成平行、垂直以及45°角方向摩擦的目的.金屬片的長(zhǎng)和寬分別為21mm和15mm.銅片、鋁片的厚度分別為0.4mm和0.8mm.銅鋁的摩擦面積比為2∶1.試驗(yàn)采用GF150D型定速摩擦機(jī),摩擦對(duì)偶盤材料為H13鋼,摩擦半徑是150mm,摩擦壓力分別為0.25、0.38、0.51和0.64MPa,摩擦速度為200~2000r/min,每次的摩擦?xí)r間為30s.每種測(cè)試條件下測(cè)試三次,測(cè)試結(jié)果為三次的平均值.摩擦表面的形貌觀察采用OLYMPUS光學(xué)顯微鏡.

2結(jié)果與討論

圖3是三種摩擦角度(0°,45°,90°)對(duì)摩擦系數(shù)的影響.可以看出,三個(gè)摩擦角度下的摩擦系數(shù)都隨摩擦速度的提高而有所降低.從整體上觀察,當(dāng)壓力小于0.51MPa時(shí),三個(gè)方向的摩擦系數(shù)值比較接近,摩擦角度的改變對(duì)摩擦系數(shù)影響不大;當(dāng)壓力超過(guò)0.51MPa時(shí),45°方向的摩擦系數(shù)要明顯高于0°方向和90°方向的摩擦系數(shù),90°方向的摩擦系數(shù)與0°方向的摩擦系數(shù)基本持平.圖4是金屬片平行于摩擦方向(0°)時(shí),摩擦表面的形貌變化.由圖可見(jiàn),當(dāng)速度為200r/min時(shí),摩擦表面的犁溝現(xiàn)象比較明顯,粗糙度較大.當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到600r/min時(shí),鋁表面區(qū)域平整,銅表面出現(xiàn)了剝落坑,并且犁溝現(xiàn)象比較嚴(yán)重.當(dāng)速度為1800r/min時(shí),鋁表面的平整度進(jìn)一步提高,銅表面出現(xiàn)了彩色的氧化物,犁溝現(xiàn)象減弱,幾乎看不到剝落坑的存在.由此表明,金屬片平行于摩擦方向時(shí),在低速時(shí),鋁表面易形成犁溝,在隨后的摩擦過(guò)程中,鋁的表面形態(tài)變化不大.而銅表面會(huì)形成致密的第三體層,使表面粗糙度得到明顯的降低,但由于氧化物的脆性,在摩擦過(guò)程中會(huì)形成剝落坑.圖5是層片方向與摩擦方向垂直時(shí),銅鋁表面的形貌變化,由圖可見(jiàn),當(dāng)轉(zhuǎn)速為200r/min時(shí),銅和鋁之間發(fā)生了相互覆蓋的現(xiàn)象,其中,鋁向銅上的覆蓋比較明顯,摩擦表面整體上存在大量細(xì)小的犁溝,表面粗糙度較大.當(dāng)速度增加到600r/min時(shí),銅鋁的混合程度進(jìn)一步增加,已經(jīng)難以區(qū)分銅片與鋁片之間的界限,粗糙度有所降低,摩擦表面的流線已經(jīng)完全和摩擦方向平行,即垂直于金屬片方向.當(dāng)速度增加至1800r/min時(shí),摩擦表面的氧化現(xiàn)象比較嚴(yán)重,其中顏色較淺的部位是以鋁為主要成分的,而銅氧化物顏色較深.由此表明,當(dāng)層片方向與摩擦方向垂直時(shí),在低速時(shí),由于金屬要發(fā)生剪切流動(dòng),而且是垂直于層片方向流動(dòng),提高了該條件下的摩擦系數(shù),當(dāng)速度增加到600r/min時(shí),兩組元混合的更加充分,表面粗糙度得到了改善,當(dāng)速度為1800r/min時(shí),高速下的溫升使材料表面的氧化程度嚴(yán)重,另外使得基體軟化,表面粗糙度降低,進(jìn)而降低了摩擦系數(shù).圖6是與摩擦方向成45°角時(shí),銅鋁表面的形貌變化情況,其中圖6(a)~6(c)對(duì)應(yīng)的壓力為0.38MPa下的表面形貌,由圖可見(jiàn),當(dāng)速度為200r/min時(shí),鋁向銅的表面發(fā)生了剪切流動(dòng),當(dāng)速度增加到600r/min時(shí),摩擦表面的兩種組元進(jìn)一步混合,表面粗糙度略有增加,當(dāng)轉(zhuǎn)速為1800r/min時(shí),混合后的摩擦表面形成了連續(xù)的第三體層,局部出現(xiàn)了剝落坑,其尺寸相對(duì)較大.由此表明,當(dāng)層片方向與摩擦方向成45°角時(shí),與層片垂直于摩擦方向類似,在低速情況下均發(fā)生大面積的剪切流動(dòng).圖6(d)~6(f)對(duì)應(yīng)的是0.64MPa下的表面形貌,由圖可見(jiàn),當(dāng)轉(zhuǎn)速為200r/min時(shí),在摩擦表面出現(xiàn)了壓實(shí)區(qū),混合后的兩組元已分不清彼此之間的界限,當(dāng)速度為600r/min時(shí),在鋁的表面出現(xiàn)了大塊剝落的銅,摩擦表面的犁溝現(xiàn)象比較明顯.當(dāng)速度增加到1800r/min時(shí),摩擦表面出現(xiàn)黏著物和撕裂情況.由此表明,當(dāng)壓力為0.64MPa,低速時(shí)摩擦表面的整體剪切流動(dòng)現(xiàn)象比較明顯,當(dāng)速度增加到600r/min時(shí),出現(xiàn)了表層物質(zhì)塊狀的剝離,當(dāng)速度為1800r/min時(shí),由于層片方向與摩擦方向成45°角,因此兩端和中間的流動(dòng)速度存在差異,表面溫升也有所不同,而溫升大的部位由于基體軟化導(dǎo)致的黏著撕裂現(xiàn)象明顯,進(jìn)而提高了摩擦系數(shù).

3結(jié)論

(1)摩擦角度對(duì)摩擦系數(shù)的影響與壓力有關(guān).當(dāng)壓力小于0.51MPa時(shí),摩擦角度的改變對(duì)摩擦系數(shù)影響不大;當(dāng)壓力超過(guò)0.51MPa時(shí),45°方向的摩擦系數(shù)要明顯高于0°方向和90°方向的摩擦系數(shù);

(2)壓力超過(guò)0.51MPa,摩擦角度為45°時(shí),摩擦表面容易發(fā)生整體剪切流動(dòng),較強(qiáng)的粘著力形成魚骨狀裂紋,使剪切作用力增大,導(dǎo)致摩擦系數(shù)高于摩擦角度為0°和90°的摩擦系數(shù).

參考文獻(xiàn):

[2]王廣達(dá),方玉誠(chéng),羅錫裕.粉末冶金摩擦材料在高速列車制動(dòng)中的應(yīng)用[J].粉末冶金工業(yè),2007,17(4):77-81.

[3]高紅霞,劉建秀,朱茹敏.銅基粉末冶金列車閘瓦材料的摩擦磨損性能研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,23(6):871-874.

[4]樊毅,張金生,高游,等.石墨粒度對(duì)Cu-Fe基摩擦材料性能的影響[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào),2000,20(6):475-477.

[5]吳炬,程先華.干摩擦和水潤(rùn)滑條件下芳綸漿粕/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料摩擦磨損性能研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(4):325-329.

[6]高飛,楊亭亭,符蓉,等.層片式復(fù)合材料摩擦性能與表面形態(tài)的研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(4):321-328.

作者:韓曉明 王亞楠 符蓉 蘇琳琳 單位:大連交通大學(xué)連續(xù)擠壓工程研究中心

主站蜘蛛池模板: 新疆女人啪啪毛片| 欧美黑人巨大videos精品| 日本爽爽爽爽爽爽在线观看免| 亚洲精品99久久久久中文字幕 | 精品久久人人妻人人做精品| 国产裸体美女永久免费无遮挡| 中文字幕无码人妻aaa片| 欧美精欧美乱码一二三四区| 国产乱子伦在线观看| 午夜小视频在线| 成人免费男女视频网站慢动作| 久久精品国产一区二区三区不卡 | 欧美精品xxxxbbbb| 免费啪啪社区免费啪啪手机版| 1000部拍拍拍18勿入免费凤凰福利| 大乳丰满人妻中文字幕日本| 一级特黄录像播放| 日本xxxxx在线观看| 亚洲毛片在线看| 男人进女人下面全黄大色视频| 国产成人精品视频播放| www视频免费| 成都4片p高清视频| 亚洲啪啪AV无码片| 毛片毛片免费看| 你懂的在线播放| 精品国产一区二区三区在线| 国产xxxx做受欧美88xx00tube| 麻豆亚洲av熟女国产一区二| 在人间免费观看未删减| 久久91亚洲精品中文字幕| 日韩在线第二页| 二区三区在线观看| 欧美丰满熟妇xxxx| 亚洲宅男精品一区在线观看| 波多野结衣69xx| 四虎影院成人在线观看| 萌白酱在线17分钟喷水视频| 国产在线观看午夜不卡| 成年美女黄网站色大片图片| 在线中文字幕日韩|