CD15W-40机油对C/C和C/C-SiC摩擦材料摩擦磨损性能的影响

摘要

湿式摩擦材料与干式摩擦材料相比,具有磨损量小、能量吸收能力高以及受外界影响小等特性。目前普遍使用的湿式摩擦材料中,粉末冶金烧结青铜摩擦材料存在热翘曲变形,纸基摩擦材料不能用于高能量工况。新一代C/C和C/C-SiC摩擦材料在干态下具有优异的摩擦磨损性能,研究油对它们摩擦磨损性能的影响规律,对推广其应用于湿式摩擦副具有重要的意义。
　　 本论文采用CVI(Chemical vapor infiltration)制备了C/C摩擦材料,CVI和MSI(Molten silicon infiltration)制备了C/C-SiC摩擦材料,采用扫描电镜(SEM)、三维视频扫描数字显微镜(DM)、X射线能谱分析(EDAX)、X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)等测试手段,研究了材料的组织结构、形貌、摩擦表面和磨屑形貌。系统研究了材料的不同密度及组分、试验的不同制动速度和不同制动比压对C/C摩擦材料和C/C-SiC摩擦材料分别在干态和油态下的摩擦磨损性能的影响,深入分析了两种材料在CD15W-40柴油机油下的摩擦磨损原理。研究结果表明:
　　 (1)C/C摩擦材料、C/C-SiC摩擦材料以及30CrMoSiVA合金钢对偶均为亲油性材料,说明这三种材料的摩擦面都能形成油膜,适用于湿式摩擦;由于摩擦面形成油膜,所以在任何条件下,C/C摩擦材料和C/C-SiC摩擦材料在油态中的摩擦系数均小于其在干态下的摩擦系数,静盘和动盘磨损量都都小于在干态下的数值。
　　 (2)不同密度的C/C摩擦材料在干态下自身对磨的摩擦系数随着试样密度的增加而升高,而油态下自身对磨的摩擦系数基本相同,均为0.09,说明摩擦表面形成油膜,而静盘和动盘的线性磨损量随着试样密度的增加而减小,说明密度降低导致了试样强度的减小;在干态下与钢对磨的摩擦系数随着试样密度的增加而减小,在油态下与钢对磨的摩擦因数均为0.10,静盘(C/C试样)线性磨损有随着试样密度增加而减小的趋势,但动盘(钢对偶)的线性磨损量很难测到,基本为O。而对于不同密度的C/C-SiC摩擦材料,密度低、开孔率高的试样在干态下自身对磨的摩擦系数更高,而油态下SiC含量高的试样摩擦系数较高;而在油态下与钢对磨时,开孔率大的试样内部储存的润滑油较多,摩擦系数较小。
　　 (3)不同制动速度下(3000r/min,4000r/min,5000r/min,6000r/min)的C/C摩擦材料在油态下自身对磨的摩擦系数基本维持在0.09左右,与钢对磨的摩擦系数在0.09～0.11之间,差距不大。不同制动速度下的C/C-SiC摩擦材料在干态时自身的摩擦系数随着制动速度的增加而先升高后降低,而在油态下摩擦系数较为稳定,在0.10～0.11之间;与钢对磨时油态下的摩擦系数随着制动速度的增加先升高后降低。
　　 (4)不同制动比压下(1.0MPa,2.0MPa,3.0MPa)的C/C-SiC摩擦材料在油态下自身对磨的摩擦系数随着制动压力的增大先增大后减小,而在油态下与钢对磨的摩擦系数是随着制动压力的增大而减小。
　　 (5)根据对比C/C和C/C-SiC摩擦材料的在油态下的摩擦磨损性能,可以看出,在油态下C/C摩擦材料的摩擦系数更为稳定,受密度和制动速度的影响较小。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.1.1 摩擦材料的发展过程及种类

1.1.2 C/C摩擦材料的主要制备工艺

1.1.3 C/C-SiC摩擦材料的制备工艺

1.2 湿式摩擦材料研究概况

1.2.1 湿式摩擦材料的发展

1.2.2 湿式摩擦材料的现状

1.2.3 湿式摩擦材料的失效形式

1.2.4 湿式摩擦材料油槽形式及其对性能的影响

1.2.5 湿式摩擦材料摩擦因数的主要影响因素

1.3 课题研究背景和意义

1.4 主要研究内容

第二章 实验及研究方法

2.1 试样的制备

2.1.1 制备原料

2.1.2 制备过程

2.2 性能检测方法及设备

2.2.1 体积密度和开孔率

2.2.2 金相分析

2.2.3 石墨化度分析

2.2.4 导热性能

2.2.5 扫描电子显微镜

2.2.6 三维数字视频显微镜

2.2.7 Digidrop GBX接触角测定仪

2.3 实验室模拟刹车装置及试验方法

2.3.1 实验室模拟刹车装置

2.3.2 试验方法

第三章 C/C和C/C-SiC摩擦材料的微观结构与润湿性

3.1 C/C摩擦材料的微观结构

3.1.1 C/C摩擦材料的SEM分析

3.1.2 C/C摩擦材料的金相分析

3.2 C/C-SiC摩擦材料的微观结构

3.2.1 C/C-SiC摩擦材料的SEM分析

3.2.2 C/C-SiC摩擦材料的金相分析

3.3 C/C和C/C-SiC摩擦材料的润湿性

3.4 本章小结

第四章 CD15W-40机油对C/C摩擦材料摩擦磨损性能的影响

4.1 CD15W-40机油对C/C摩擦材料自身对磨时摩擦磨损性能的影响

4.1.1 摩擦磨损特性

4.1.2 摩擦表面及磨屑分析

4.2 CD15W-40机油对C/C摩擦材料与钢对磨时摩擦磨损性能的影响

4.2.1 摩擦磨损特性

4.2.2 摩擦表面及磨屑分析

4.3 不同制动速度下CD15W-40机油对C/C摩擦材料自身对磨摩擦磨损性能的影响

4.3.1 自身对磨的摩擦磨损特性

4.3.2 自身对磨的摩擦表面分析

4.4 不同制动速度下CD15W-40机油对C/C摩擦材料与钢对磨摩擦磨损性能的影响

4.4.1 与钢对磨的摩擦磨损特性

4.4.2 与钢对磨的摩擦表面分析

4.5 本章小结

第五章 CD15W-40机油对C/C-SiC摩擦材料摩擦磨损性能的影响

5.1 CD15W-40机油对C/C-SiC摩擦材料自身对磨时摩擦磨损性能的影响

5.1.1 摩擦磨损特性

5.1.2 摩擦表面及磨屑分析

5.2 CD15W-40机油对C/C-SiC摩擦材料与钢对磨时摩擦磨损性能的影响

5.2.1 摩擦磨损特性

5.2.2 摩擦表面及磨屑分析

5.3 不同制动速度下CD15W-40机油对C/C-SiC摩擦材料自身对磨摩擦磨损性能的影响

5.3.1 自身对磨的摩擦磨损特性

5.3.2 自身对磨的摩擦表面及磨屑分析

5.4 不同制动速度下CD15W-40机油对C/C-SiC摩擦材料与钢磨摩擦磨损性能的影响

5.4.1 与钢对磨的摩擦磨损特性

5.4.2 与钢对磨的摩擦表面及磨屑分析

5.5 不同制动比压下CD15W-40机油对C/C-SiC摩擦材料自身对磨摩擦磨损性能的影响

5.5.1 自身对磨的摩擦磨损特性

5.5.2 制动压力对自身对磨制动曲线的影响

5.6 不同制动比压下CD15W-40机油对C/C-SiC摩擦材料与钢对磨摩擦磨损性能的影响

5.6.1 与钢对磨的摩擦磨损特性

5.6.2 制动压力对与钢对磨制动曲线的影响

5.7 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文