鋁基復(fù)合材料摩擦制動服役特性及失效機(jī)制研究.pdf

1、本文以我國城軌列車碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（簡稱鋁基復(fù)合材料）制動盤為研究對象，制備出了高質(zhì)量的鋁基復(fù)合材料;采用有限元模擬技術(shù)分析了鋁基復(fù)合材料制動盤的服役特性，研究了鋁基復(fù)合材料在城軌列車制動盤服役溫度條件下的熱疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展機(jī)制和第三體膜對摩擦磨損性能的影響。
　　本文開發(fā)了可視化的鋁基復(fù)合材料真空半固態(tài)攪拌制備技術(shù)，并采用“稀釋法”制備出了高質(zhì)量鋁基復(fù)合材料，所制備的鋁基復(fù)合材料顆粒分布均勻，抗拉強(qiáng)度、延伸率比直接攪

2、拌制備的鋁基復(fù)合材料分別高9％、17％左右。
　　ANSYS有限元模擬分析表明，城軌列車鋁基復(fù)合材料制動盤在某地鐵線路全程往返服役時的工作溫度區(qū)間為30℃～180℃，連續(xù)兩次緊急制動為30℃～260℃。
　　30℃～300℃不同溫度循環(huán)下的熱疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展研究表明:200μm是熱疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展的分界點(diǎn);熱疲勞裂紋的萌生是由鋁基復(fù)合材料中微觀孔洞、微裂紋等損傷連接形成的;熱疲勞裂紋擴(kuò)展具有“臺階狀”跳躍式的擴(kuò)展特征，

3、緩慢擴(kuò)展與快速跳躍擴(kuò)展交錯進(jìn)行;在緩慢擴(kuò)展階段，熱疲勞裂紋主要沿著顆粒界面或穿過α-Al擴(kuò)展;快速跳躍擴(kuò)展則是主裂紋與裂紋尖端孔洞、微裂紋的連接過程;冷熱循環(huán)上限溫度越高，熱疲勞裂紋擴(kuò)展越快，200℃為臨界上限溫度。
　　30℃～300℃溫度區(qū)間的摩擦試驗研究發(fā)現(xiàn):低于100℃時鋁基復(fù)合材料表面產(chǎn)生厚度3μm～5μm的第三體膜;隨著摩擦溫度升高，第三體膜逐漸被破壞，摩擦磨損由第三體膜的潤滑摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重的鋁基復(fù)合材料的第三體磨粒磨

4、損;溫度200℃、載荷200N、轉(zhuǎn)速1500rpm是臨界摩擦條件，試驗參數(shù)高于臨界值，磨損率快速升高?？梢詫δΣ粮笔┘语L(fēng)冷延緩磨損率快速升高的現(xiàn)象。
　　第三體膜的微觀組織和演變過程研究表明:第三體膜是對磨材料通過轉(zhuǎn)移-堆積-壓實過程在鋁基復(fù)合材料表面形成的一種動態(tài)平衡的混合膜，具有阻熱、潤滑、降低磨損率、穩(wěn)定摩擦系數(shù)的有效作用，它由致密層、過渡層、疏松層組成，厚度可達(dá)5μm～10μm;200N和1500rpm摩擦條件為第三體膜有