风电用铜基粉末冶金摩擦材料制备工艺参数及其摩擦磨损性能

摘要

目前，全球正面临着能源短缺、环境污染等日益严重的问题，新能源的开发利用已成为各国解决能源危机的迫切需要。而风能作为一种清洁、无污染、可再生的新能源，已成为各国研究和利用的重点之一。风电制动器是风力发电机组中制动系统的关键组成部分，制动过程中摩擦材料性能的好坏决定着风力发电的制动安全性和发电效率。因此，研究开发适用于风电主轴制动器用高性能的铜基粉末冶金摩擦材料，对于风电产业发展和制动技术的提高具有重要的实际意义。
　　本文采用液氨分解气保护热压烧结法，在不同烧结温度下制备了风电主轴用铜基粉末冶金摩擦材料，从摩擦材料的烧结温度出发，结合试验研究和理论分析，系统地研究了铜基摩擦材料的物理-机械性能和摩擦磨损性能，探讨了其磨损机理，此外，还通过1:1风电主轴制动器惯性试验，验证了定速摩擦磨损试验机的实验结果。本文主要研究工作和结果如下：
　　（1）根据摩擦材料的配方，进行混料、压制，在高温烧结炉中进行加压烧结，在不同烧结温度下制备得到几种摩擦材料。对几种摩擦材料进行了物理机械性能测定，认识到了烧结温度对材料的物理机械性能影响很大，随着烧结温度的升高，密度、硬度、剪切强度和抗压强度等物理机械性能呈上升趋势，当烧结温度升高至945℃以上时，温度对材料的密度和硬度值影响不大。
　　（2）采用定速摩擦试验机测定了摩擦材料的摩擦磨损性能，在相同压力和速度情况下，几种摩擦材料的摩擦系数随着温度的升高而出现先增大后减小的趋势，且烧结温度对材料摩擦系数影响较大，随着烧结温度的升高，材料的抗热衰退性和恢复性能并不是单调递增的，而是呈现先增后减的变化趋势。尤其是945℃烧结温度制备的铜基摩擦材料具有良好的抗热衰退性和恢复性能；当烧结温度为980℃时，抗热衰退性能和恢复性能变差。
　　（3）几种烧结温度制备的铜基摩擦材料的磨损率出现先增加后减小的趋势，而且随着烧结温度的提高，摩擦材料的磨损率整体上呈现减小的趋势。在较低温度时，磨损主要以磨粒磨损为主；在较高温度下，磨损主要以氧化磨损和疲劳磨损为主。945℃烧结温度制备的摩擦材料的磨损率最小，耐磨性能较好；烧结温度为880℃的摩擦材料的磨损率最大，耐磨性能较差。
　　（4）采用风电主轴制动器惯性台架试验，验证了定速摩擦磨损试验机的实验结果，结果表明，在相同制动压力下，几种烧结温度制备的摩擦材料的摩擦系数随着速度的增大而呈逐渐减小的趋势，磨损率随着速度的增大均逐渐增大。在低速下，磨损主要以磨粒磨损为主；在高速下，主要以氧化磨损和疲劳磨损为主。945℃制备的摩擦材料的摩擦系数的稳定性较好，磨损率最低，摩擦磨损性能最好。而烧结温度为980℃时，材料的摩擦磨损性能变差。台架试验结果与定速摩擦磨损试验机测得的摩擦磨损性能结果基本一致。

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第1章 绪论

1.1 课题来源及选题意义

1.2 风力发电

1.3 摩擦材料

1.4 摩擦磨损

1.5 本文主要研究内容

1.6 本章小结

第2章 铜基粉末冶金摩擦材料制备及性能

2.1 铜基粉末冶金摩擦材料组成及制备

2.2 摩擦材料性能检测试验方案

2.3 铜基粉末冶金摩擦材料的性能

2.4 本章小结

第3章 烧结温度对摩擦材料物理机械性能及组织结构影响

3.1 烧结温度对摩擦材料密度的影响

3.2 烧结温度对摩擦材料硬度的影响

3.3 烧结温度对摩擦材料剪切强度的影响

3.4 烧结温度对摩擦材料抗压强度的影响

3.5 烧结温度对摩擦材料组织结构的影响

3.6 本章小结

第4章 烧结温度对摩擦材料的摩擦磨损性能影响

4.1 烧结温度对摩擦材料摩擦性能的影响

4.2 烧结温度对摩擦材料的磨损性能影响

4.3 磨损表面和磨屑形貌分析

4.4 本章小结

第5章 惯性试验台

5.1 风电主轴制动器惯性试验

5.2 速度对摩擦材料摩擦性能的影响

5.3 速度对摩擦材料磨损性能的影响

5.4 磨损表面形貌分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果