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08
2022
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08
摩擦片 添加纳米材料的摩擦片磨损率及耐热性能
[2022-08-08] 摩擦片与其对偶片的磨损率见表3.9。由表可知，除Cu-n-3外，添加其余纳米材料的摩擦都具有优良的耐磨性能，其中Ni/n-SiO2> n-SiCw和n-C可显著提高摩 擦材料的耐磨性，具有降低磨损率的作用。
1、磨损率
摩擦片与其对偶片的磨损率见表3.9。由表可知，除Cu-n-3外，添加其余纳米材料的摩擦都具有优良的耐磨性能，其中Ni/n-SiO2> n-SiCw和n-C可显著提高摩 擦材料的耐磨性，具有降低磨损率的作用。
表3.9试样与对偶片的磨损率
Table 3.9 The wear rate of the sample with the steel disc
试样 Cu-n-1 Cu-n-2 Cu-n-3 Cu-n-4 Cu-n-5 Cu-n-6 Cu-n-7 Cu-n-8
磨损率 摩擦片 0.1 0.022 0.14 0.1 0.14 0.0003 0.21 0.09
/loWr' 对偶片 0.072 0.022 0.37 0 0 0 0.06 0
2、耐热性能
摩擦片的耐热性能反映了摩擦副在整个工作温度范围内保持名义摩擦系数 值和规定的磨损值的能力，通常用能量负荷许用值Ca （即耐热系数）衡量。C,为 摩擦副失效前，摩擦副的能量密度肌与最大功率密度M的乘积，见式。
Ct=NtxWs （3-1）
式中肺一能量密度，摩擦副在一次接合过程中，单位净面积上承受的摩 擦功（J/cn?）：
Ns——最大功率密度，摩擦副在接合过程中，单位净面积上承受的最
大功率（W/cn?）。
试验中首先固定速度和惯量，提高面压以缩短接合时间，从而提高平均功率 密度；起始平均功率密度为115W/cm2,逐级提高平均功率密度。如果在试验的某 一次制动过程中，瞬时动扭矩出现较大波动，绘制出的瞬时动扭矩一时间曲线粗 糙不平滑，或出现驼峰（称之为不稳定接合），则判摩擦副失效。
通过耐热性试验，8种摩擦片的耐热系数Ca （能量负荷许用值）见图3.29。 由图可知，添加Ni/n-SiO2的摩擦片（Cu-n-4）的耐热性能得到显著提高，耐热 系数为41 000,比Cu-n-1提高42 %；添加n-C和Cu/n-SiO2的摩擦片的耐热性 能分别提高25 %和22 %；添加n-SiC和n-AlN的摩擦片的耐热性能提高18 %。 而添加n-SiCw和表面未处理的n-SiO2,耐热性能提高不大甚至导致摩擦片耐热 性能降低。
对比Cu-n-2、Cu-n-3和Cu-n-4的耐热系数可知，表面包覆Cu和Ni的n-SiO2 可显著提高摩擦片的耐热性能，而直接添加n-SiO2的摩擦片的耐热性能降低。 这是由于n-SiO2与铜基体之间润湿性较差，同时非金属组元体积的增加降低了材 料的压制性能，导致摩擦片组织性能降低，如图3.30所示，组织中铜颗粒较为 细碎，呈离散分布，组织均匀性较差，将导致摩擦片结合强度降低，性能下降。
在n-SiO2表面包覆Cu和Ni将改善n-SiO2和铜基体之间的润湿性能，同时Ni 与Cu之间形成合金，起到固溶强化作用,进一步提高摩擦片的性能，因而Cu-n-4 （添加Ni/n-SiO2）的耐热性能得到显著提高。对于Cu-n-8,由于纳米石墨具有优 良的导热和耐热性能，因而在天然石墨含量仅为10 wt%条件下，耐热性能仍提高25%。
综上所述，在铜基摩擦片中添加适宜的纳米材料可提高摩擦片的耐热性。 其中添加Ni/n-SiOz、Cu/n-SiO2和n-C可显著提高铜基摩擦片的耐热性能。8种摩擦片的摩擦表 面都存在沿摩擦滑动方向的划痕和犁沟，其主要磨损机理为犁沟式磨料磨损。摩 擦表面犁沟的数量和深度随所添加纳米材料的不同而变化。其中Cu-n-1、Cu-n-2 和Cu-n-6三种摩擦片摩擦表面的犁沟密而深，Cu-n-4和Cu-n-8表面较光滑。这 是由于Ni/n-SiO2可对Cu基体起到固溶强化(Ni)和弥散强化作用(见图3.32), 从而提高基体强度和耐磨性能。而纳米石墨则具有良好的润滑性，可起到减小磨损的作用。
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