复合摩擦材料表面摩擦磨损特性与机理研究

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1、摘要摘要制动摩擦是摩擦学的一个重要分支，在各类摩擦制动器中，复合摩擦材料(PMc)使用的比例高达90％以上，是由十几种甚至三十几种，机械性能、物化特性不同的材料组成，其表面摩擦磨损特性极为复杂。摩擦材料的表层成分、性质和结构对摩擦磨损起着决定性作用。由于还缺乏对表面摩擦层中物理和化学过程的精确了解。本文主要从材料组成，表面微观形貌，表面成分变化，纳米新材料的研制以及制动工况的变化出发对复合摩擦材料的表面摩擦磨损机理进行了研究和探讨。通过实验研究和对制动摩擦表面微观形貌和表面成分的分析研究得到以下得结论

2、：在复合摩擦材料中，树脂材料对摩擦磨损特性的影响是第一因素，树脂的含量有一最佳值，太多或太少对摩擦磨损都不利。根据对摩擦表面的观察和成分分析，发现复合摩擦材料的表面瞬时温度可超过17230c，这一温度要比原来估计的瞬点温度15000c高的多。详细的分析和解释了钢纤维的氧化磨损过程，并对Kevlar纤维在熔融态的磨损过程以及摩擦生成物的形貌特征进行了说明。对摩擦表面“冲积层”的形成机理和对表面摩擦磨损的影响进行了分析。解释了摩擦材料表面裂纹产生的原因：在摩擦热和表面力的综合作用下，导致聚合物结构的破坏和

3、热降解。借助原子力显微镜对复合摩擦材料和制动盘的摩擦表面微观组织结构和形貌特征进行了观察分析。通过对纳米复合摩擦材料的制备及其表面摩擦磨损特性的研究表明：在各种复合摩擦材料中，各组份与树脂粘合强度的强弱，决定了该组份和与该组份相邻的其它组份在表面抗衡剪切力的时间长短。在不同制动工况条件下，对摩擦接触界面气体压力的变化进行了初步的试验研究，结果表明：接触界面的气体压力会随滑动速度，表面温度和制动载荷的太小而变化。最后，以摩擦表面温度为基准，建立复合摩擦材料的表层结构模型，并根据摩擦特性推导出摩擦系数的理

4、论计算公式。根据磨损特性，建立了粘着磨损、氧化磨损以及磨料磨损的模型，分别给出了磨损计算式。根据计算公式表明：复合摩擦材料的磨损与摩擦能耗成诈比，并随温度的上升呈指数地增加。通过类比法，推断出摩擦表面微个体的振动有产生制动噪声的可能性，同时建立了摩擦表面振动的力学模型，并进行了理论分析。关键诃：复合摩擦材料；表面特性；制动摩擦；摩擦磨损机理华南理工大学博士学位论文AbstractTtlebral(ingtribologyisanimportaIlto仃setof砸bology．Rou曲lymore山a

5、n90％ofbrakingsystemsareofthe帅epolymerm出composite(PMC)b址epads，mePMCfrictionmaterialscontainmorethan10—30diffefentingredients，suchasmetals，ceramic伽ers，锄耐d胁res，mbber'solidlu晰cantsandphcnolicrcsin．Duetomecomplexi哆of衔ctionphenomenainPMC，t11efdctionmechanisms

6、haVenotbeenfuⅡyunderstood．Thedissenationconcentratesonthee仃bctsofingredients，(hetopo乒aphicfeanlresofcontactareas，thecheIllical-physicalchangeofingredients，theperf0锄anceofnewdevelopedofnano-PMCandbra“ngco删tions．nlepurposeismciⅡvesdga垃onofthc衔ctionandwear

7、mechanismsofmbbingsurface．nwasdemons眦岫dbyttleorthogonalexperirnentttlatphenolicrcsinisthernostimportantingredieminallmaterialsofpolymerma缸xcomposite，themctioncoefficientandwearofhightemperatureares口onglya伟ectedbyphenolicresin．Bymeansoft11ecombineduseofs

8、canIIingelec吨nrnircroscopy(SEM)andene唱ydispcrsiVespec昀mc时(EDS)，memeltingquartzisobservedintheru岫bingsurface．ItshowsmatmemaximumcontactsurfacetemperatureeXceed17230C，morethanhavingr印。毗destinlatcdvalues(15000C)．Theoxidadonabrasionp