汽车硬磁制动摩擦材料取向制备工艺及摩擦磨损性能研究

摘要

制动摩擦材料（刹车片）作为汽车制动器最重要的部件材料，其摩擦磨损性能直接关系到汽车制动可靠性乃至驾乘人员生命安全。影响摩擦磨损性能的因素有很多，但其中最根本的因素还是摩擦材料本身的性能。近年来，本课题组在新型功能性摩擦材料方面开展了大量基础研究工作，开发了多种高性能的汽车磁性摩擦材料配方，提升了摩擦制动的效能与可靠性。然而，目前针对磁性摩擦材料制备工艺的研究还不够深入，采用传统制备工艺难以充分发挥磁性成分的有益功能。因此，开展磁性摩擦材料的制备工艺及摩擦磨损性能研究，对于进一步提高制动摩擦材料性能和发展磁控摩擦制动技术具有重要理论价值和实际意义。 本文将磁场取向引入到有机摩擦材料的传统制备工艺中，设计并优化了汽车硬磁制动摩擦材料的取向制备工艺，研究了磁场取向对摩擦磨损性能与磁性能的影响规律及机理。首先，结合课题组专利确定了汽车硬磁制动摩擦材料配方；设计了基于磁场取向的制备工艺流程为：混料、磁场取向、热压成型、热处理、制样、充磁；研究了性能测试方法，设计并搭建了取向模具和霍尔多点测磁装置。其次，采用KH-550硅烷偶联剂对各向异性 NdFeB 磁粉及纳米 Fe3O4进行表面修饰，采用均匀设计法设计制备工艺参数，进而制备出多组摩擦片试样并开展标准摩擦学试验；运用模糊综合评价（FCE）与层次分析法（AHP）对不同工艺参数进行优选，确定了工艺10对应样本最优工艺参数；运用SPSS软件拟合出摩擦磨损性能与制备工艺之间的数学关系模型，运用MATLAB软件求解出理论最优工艺参数，经摩擦学性能对比试验得出实际最优工艺参数为：混料时间 35 分钟，取向励磁电压 350V，热压温度 180℃，成型压强20MPa，保压时间6分钟。再次，通过开展不同磁场参数下的取向制备试验、标准摩擦学试验和微观分析试验，研究了取向磁场强度及方向对汽车硬磁制动摩擦材料摩擦磨损性能与磁性能的影响规律及机理，发现在一定范围内增大取向磁场强度可提高摩擦材料剩磁感应强度，并能够稳定摩擦、降低磨损，但过大的取向磁场强度会加重磁团聚反而降低摩擦磨损性能，而变方向脉冲磁场取向能够有效打破磁团聚，有利于改善摩擦磨损性能。最后，通过单次、重复模拟制动试验，研究了汽车硬磁制动摩擦材料在不同制动初速度、制动压力下的制动摩擦学性能，结果表明本文所制备的汽车硬磁制动摩擦材料具有较好的速度及压力适应性，在制动过程中保持了适宜且稳定的摩擦系数和较低的磨损率，能够适应较高制动初速度下的多次重复制动等极端制动工况。

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