绿色磨擦制动器材料及其磨擦学行为研究

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1、'_-一一鲤色—一绿色摩擦制动器材料及其摩擦学行为研究摘要声石诚了满速、安全、节能与环保是汽车发展的必然趋势勺本文以具有防抱死制动系统(ABS)的汽车摩擦制动器为研究对象，以节能与环保为目标，对汽车的动态制动过程和制动过程中制动器表面宏观与微观接触状态和瞬态温度场进行了理论分析。在此基础上研制了芳纶纤维增强无污染摩擦材料(KRF)和用于制动盘的SIC颗粒(SICp)增强铝基复合材料(朋C)，并对KRF与铸铁(GCI)和KRF与翩C组成的制动摩擦副的摩擦学特性及摩擦磨损机理进行了较系统的试验研究。基于系统理论

2、，建立了摩擦制动器摩擦学系统模型。分析表明，制动器的伟IJ动性能强烈地依赖于该摩擦学系统。分析了具有ABs的汽车的动态制动过程和制动能量在制动器与轮胎、各制动器之间及制动器摩擦副间的三次分配。将边界元法和柔度矩阵技术相结合，对制动器接触界面的宏观压力分布进行了分析，建立了其动态接触模型:基于分形几何和制动器粗糙表面的分形特征，考虑摩擦副间的摩擦作用和材料的弹塑性变形状态，建立了摩擦副元件间微观弹性、弹塑性和塑性接触的分形模型，使M一B模型得到扩展和完善;将此模型与动态制动过程相结合，推导了制动过程中制动摩擦

3、表面不同接触状态下的分形局部温升计算的公式。揭示了粗糙表面接触状态与变形性质和瞬态局部温升与分形参数间的关系，分析了其影响因素及其影响规律口试验研究了KRF中芳纶纤维含量和朋C中增强颗粒的种类、含量与粒径对其物理机械性能与摩擦学性能的影响特征。试验表明，芳纶纤维的加入可明显地减小KRF的摩擦系数和磨损率，但作为摩擦材料，KFR中芳纶纤维的含量应在5%一10%范围内;SIC颗粒较A120。具有更好的导热性，有利于高速制动下的热量传递，MMC中SICp含量低于10%时其增强效果不明显，高于10%时，摩擦副的摩擦

4、系数随含量与粒径的增大而增大，磨损率随之减小，但SICp含量高于20%时，这种趋势减弱，且机械加工难度加大，故认为SICp含量在15%一20%范围内较为恰当.在模拟制动压力和速度变化范围内，对KRF/GCI和KRF加MC干摩擦系统的摩擦学特性进行了实验研究。摩擦过程中，两摩擦副的接触表面上都有转移膜形成，相比而言，KRF/姗C中翩C表面的转移膜较KRF/GCl中GCI表面转移膜覆盖率高且厚度与稳定性更高，其原因是由于MMC中硬质SICP的机械夹挤作用有助于转移膜的形成和压实。两摩擦副具有相当的摩擦系数水平且

5、符合制动器—-竺竺一一一一一一一-一摩擦系数的要求，而KRF/MMC的磨损率明显低于KRF/GCI的磨损率。转移膜的形成写覆盖率及特性对摩擦学特性有较大的影响。芳纶纤维的加入在摩擦中起到了提高摩擦稳定性和降低磨损率的作用。借助于SEM,EDAX能谱、表面轮廓仪等分析手段，分析了KRF/GCI和KRF/MMC在试验条件下的摩擦磨损机理。对于KRF"/GCI,在摩擦的起始阶段主要是二体磨粒磨损，当表面转移膜的形成与破坏形成动态平衡时，粘着磨损和疲劳磨损是主要磨损机理，摩擦表面温度较高时，产生严重的粘着磨损和轻微

6、的熔融磨损;而KRF/MMC在跑合过程中，Sicp对较软材料的犁削、微切削是主要摩擦磨损机理，转移膜形成后，表面的膜一膜粘着则为主要摩擦磨损机理，高温下也例会发生t咚微的熔融。以此建立了KFR/MMC的摩擦系数模型，较好地解释了其摩擦学特性关键词:制动器摩挤材料金属基复合材料摩擦磨损论文类型:应用蕊拙ABSTRACTStudyofEnergy-SavingandEnvironmental-ProtectingDiskBrakeMaterialsandIt'sTribologyicalPerformanceA

7、BSTRACTHigh-speed,safety,energysavingandenvironmental-protectingisthemaindevelopmentdirectionsofnewgeneralautomobiles.Forthesepurposes,atheoreticresearchofbrakingdynamics,interfacecontactonmacroandmicroscaleandtransientsurfacetemperatureriseduringbrakingfo

8、radiscbrakeequippedwithABShasbeenproposed.Thenasystemicexperimentalresearchondevelopmentofasbestos-freeKevlarReinforcedFrictionmaterial(KRF)andSiCparticle(SiCp)reinforcedaluminumcomposite(MMC)fordiskbrakewasc