硅酸盐玻璃添加物对风电机组用铜基摩擦材料性能的影响

摘要

风电机组摩擦材料玻璃添加物(低温玻璃粉、玻璃微珠)具有低软化温度,在未软化时具有硬度高、耐磨性好,软化后在摩擦表面起到润滑作用。论文研究了作为摩擦改进剂的玻璃添加物含量对材料压制性能、烧结性能、物理力学性能和摩擦磨损性能的影响。在经改造的MM-1000摩擦试验机进行沙尘模拟实验,研究沙尘对材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:
　　 (1)随玻璃添加物含量的增加,压坯密度、压坯相对密度及烧结体的密度出现下降(压制性变差),而烧结体硬度出现上升。低温玻璃粉的加入有助于提高烧结体相对密度,而玻璃微珠的加入不利于烧结体相对密度的提高,这与两者的粒度差有关。玻璃低温粉在烧结时熔化填充材料中颗粒间隙处。当低温玻璃粉含量达到6％时,其聚集现象开始显现,部分低温玻璃粉聚集在鳞片石墨周围形成弱界面,使基体材料的连续性遭到破坏。玻璃微珠在材料中分布均匀,与其它组元无反应,主要产生球形度的变化。
　　 (2)材料中加入玻璃添加物,材料的摩擦因数增加,这与近摩擦面玻璃添加物在摩擦前期未软化而硬度较高有关。材料中未加入玻璃添加物时,表层基体材料抵抗塑性变形能力相对较弱,摩擦面主要表现为剥层剥落;材料中加入2％低温玻璃粉或材料中加入6％玻璃微珠材料的耐磨性能最佳,适量加入玻璃添加物能抵抗基体的塑性变形,能提高摩擦膜的完整性,增强材料的耐磨性。但过量的玻璃添加物(8％时)对基体产生“割裂”以致破坏摩擦层的连续性,使得材料磨损量增加,摩擦因数上升。材料中低温玻璃粉含量为8％时,其聚集现象明显,在摩擦中发生断裂,摩擦面无法形成致密的摩擦膜;材料中玻璃微珠为8％时,玻璃微珠影响Cu-Sn基体连续均匀地覆盖于摩擦表面,同时也影响石墨在摩擦面的涂抹性,使材料摩擦表面成膜性下降。两种玻璃添加物的粒度差异,造成材料的耐磨性差别较大。
　　 (3)沙尘环境下,材料的摩擦因数和磨损率随玻璃微珠含量增加而增加。当材料中玻璃微珠含量相同时,沙尘环境下材料的摩擦因数均比无沙尘情形下的高。材料中玻璃微珠含量增加,造成基体在表层形成摩擦膜的能力下降,不利于形成抗磨的摩擦膜;另外,沙尘主要通过破坏摩擦膜而影响材料的摩擦磨损性能。因此,沙尘环境下制动曲线不如无沙尘环境下的平稳。材料中添加2％和4％的玻璃微珠,其磨损机制主要为磨粒磨损与剥层磨损,材料中添加6％和8％的玻璃微珠,摩擦面基体材料裸露,其磨损机制主要为粘着磨损与磨粒磨损。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的工程背景

1.1.1 国内外风力发电概况

1.1.2 风力发电机组制动系统

1.2 摩擦材料概况

1.3 粉末冶金摩擦材料

1.3.1 粉末冶金摩擦材料的组成及作用

1.3.2 粉末冶金摩擦材料的应用

1.3.3 铜基粉末冶金摩擦材料的研究现状

1.4 材料的摩擦磨损机理

1.4.1 摩擦机理概述

1.4.2 磨损机理概述

1.4.3 摩擦因数的影响因素

1.4.4 材料磨损失效及提高耐磨性的措施

1.5 论文研究目的与内容

第二章 实验与检测分析方法

2.1 实验方法

2.1.1 实验方案及其步骤

2.1.2 原材料规格

2.1.3 材料成分设计

2.1.4 材料制备

2.2 检测分析方法及设备

2.2.1 材料的表观硬度

2.2.2 密度和孔隙度的测量

2.2.3 金相

2.2.4 摩擦磨损实验

2.2.5 沙尘模拟实验

2.2.6 扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS)

第三章 玻璃添加物对铜基摩擦材料物理力学性能的影响

3.1 玻璃添加物对压制性能的影响

3.2 材料显微形貌

3.3 玻璃添加物对材料密度和硬度的影响

3.4 本章小结

第四章 玻璃添加物对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响.

4.1 铜基摩擦材料摩擦磨损性能

4.2 摩擦表面观察与分析

4.3 亚表面观察与分析

4.4 其它组元对摩擦表面的影响

4.5 典型磨屑的分析

4.6 铜基摩擦材料磨损机理

4.7 本章小结

第五章 沙尘对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

5.1 沙尘对摩擦材料和对偶摩擦磨损性能的影响

5.2 沙尘对摩擦材料摩擦表面的影响

5.3 沙尘对制动曲线的影响

5.4 沙尘环境下摩擦材料的磨损机制分析

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录