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纳米材料在摩擦片中的应用成为高性能摩擦片研究的重要发展趋势之一

纳米材料在摩擦片中的应用成为高性能摩擦片研究的重要发展趋势之一

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发布时间:
2022/01/08
【摘要】:
随着工程车辆、高速列车、军用特种车辆等设备向高速、重载方向的发展, 以及传动装置结构的小型化、轻量化,致使摩擦片上的单位功率密度急剧增加, 研究更高耐热性和耐磨性的摩擦片十分迫切与必要。目前,随着纳米技术的发 展,纳米材料在摩擦片中的应用成为高性能摩擦片研究的重要发展趋势之一。

随着工程车辆、高速列车、军用特种车辆等设备向高速、重载方向的发展, 以及传动装置结构的小型化、轻量化,致使摩擦片上的单位功率密度急剧增加, 研究更高耐热性和耐磨性的摩擦片十分迫切与必要。目前,随着纳米技术的发 展,纳米材料在摩擦片中的应用成为高性能摩擦片研究的重要发展趋势之一。 根据特种车辆和工程车辆用摩擦片的性能指标要求,系统研究了纳米材料 和球磨处理对铜基压烧摩擦片以及铜基喷撒摩擦片摩擦学性能的影响规律, 设计了纳米材料增强铜基摩擦片的新配方,确定了纳米材料增强铜基摩擦片的批量化生产工艺。
采用机械球磨法可成功制备Cu/n-SiCh、Cu/(Ni/n-SiO2)和Cu/石墨复合颗粒。 随球磨时间增加,Cu/n-SiO2和Cu/(Ni/n-SiO2)复合颗粒由块状转变为类球形,粒度 先减小,后增加,然后趋于稳定;Cu/n-C复合颗粒逐渐变为层片状,粒度变化较 小。在球料比10:1, n-SiO2含量2.5 wt%,球磨机公转175r/min、自转370r/min, 球磨6 h的条件下,可制备出平均粒径约为14卩m的类球形Cu/n-SiO2复合颗粒。 复合颗粒中n-SiO2分散均匀,可用于铜基喷撒摩擦片。
Ni/n-SiO2可显著提高铜基压烧摩擦片的耐热性能,降低摩擦片与其对偶片 的磨损率,并使铜基摩擦片具有高而稳定的摩擦系数,可作为高性能铜基摩擦 材料的纳米增强相。
Ni/n-SiO2增强铜基压烧摩擦片组织均匀、加工工艺性能优良,具有优异的 摩擦学性能。其成分配比(wt%)为:Zn7wt%、Sn 6.5 wt%>石墨16wt%、SiC>2 3wt%、Ni/n-SiO20.75 wt%>余量为Cu。在2000次接合过程中,摩擦片的动摩 擦系数为0.075〜0.081,静摩擦系数为0.129〜0.132;磨损率为O.lxloAn^ jT;耐 热系数为41 000,耐热性能比现有摩擦片提高42 %o制备工艺为:压制压力250 MPa,烧结温度820 °C, V型混料机混粉lh。工艺稳定,成品率高,可满足批量 化生产要求。摩擦学性能满足复杂工况用高性能铜基摩擦片考核要求,己成功 应用于我国某型军用特种车辆。
纳米颗粒增强铜基摩擦片的强化机制主要为:n-SiO2通过弥散强化、“滚珠效 应”提高铜基摩擦片的耐磨性能;通过对铜基体中裂纹扩展的抑制,提高摩擦材 料的耐热性能。Ni/n-SiO2复合颗粒中的Ni可对铜基体起到合金强化作用,从而提 高摩擦片的耐磨性能;石墨与铜粉的球磨处理可提高摩擦片中石墨含量,从 而提高摩擦片的耐热性能。