制動條件對含有不同潤滑相Cu- Fe 基粉末冶金制動材料摩擦性能的影響

王曉陽

(1、遼寧省多組硬質膜研究及應用重點實驗室 沈陽大學，遼寧 沈陽 110044 2、遼寧省先進材料制備技術重點實驗室 沈陽大學，遼寧 沈陽 110044)

1 概述

制動材料是高速列車運行的關鍵部件，其制動行為直接影響高速列車運營的安全性。制動條件的改變將導致材料摩擦磨損性能發生變化[1-2]，因此，研究材料的制動行為具有十分重要意義。本文以鑄鋼為制動盤，以造粒炭黑顆粒和電極石墨分別與天然鱗片石墨均勻混合作為潤滑相而制備出的Cu-Fe 基粉末冶金材料為閘片，研究了制動壓力和制動速度對含有不同類型潤滑相材料摩擦性能的影響。

2 實驗方法

實驗材料:

試樣的編號和原料配比如表1 所示。

表1 材料成分配比(wt.%)

3 結果與討論

3.1 制動壓力對Cu-Fe 基制動材料摩擦性能的影響

制動速度為250km/h 時，兩種樣品平均摩擦系數和單次磨損量隨制動壓力的變化如圖1 所示。由圖可知，隨著制動壓力的增加，1#樣品的平均摩擦系數下降到0.44，而2#樣品的平均摩擦系數在0.3MPa 和0.5MPa 時基本相同，但在0.6MPa 時上升至0.46。兩種樣品的磨損量均隨著制動壓力的增加而增大。隨著制動壓力增大，與添加電極石墨的2#樣品相比，由于1#樣品炭黑顆粒是用酚醛樹脂造粒形成的，屬于軟顆粒，在壓力作用下易發生變形，從而在摩擦表面形成一層保護膜，使摩擦系數降低。當制動壓力增加至0.6MPa 時，2#樣品表面膜破裂，高強度的電極石墨顆粒和大量的磨屑夾在對偶間造成其摩擦系數升高，磨損量增大。

圖1 不同制動壓力下材料摩擦性能

3.2 制動速度對Cu-Fe 基制動材料摩擦性能的影響

制動壓力0.5MPa 下兩種樣品平均摩擦系數和單次磨損量隨制動速度的變化曲線如圖2 所示。由圖可知，兩種樣品平均摩擦系數下降，在380km/h 時達到最小值0.38 和0.40。當速度低于180km/h 時，材料磨損量均較低且各速度之間差異不明顯，當速度達到380km/h 時，磨損量急劇增加。

圖2 不同制動壓力下材料摩擦性能

制動壓力0.5MPa 下兩種樣品在不同制動速度下摩擦后表面形貌如圖3 所示。當制動速度為60km/h 時，摩擦表面形成不完整的表面膜，其平均摩擦系數較高。當制動速度達到180km/h時，在摩擦表面形成了相對完整平滑的膜層，摩擦系數隨速度增加而呈現下降的趨勢。當制動速度增加至380km/h 時，表面膜破碎更為嚴重，實際有效摩擦面積減小，摩擦系數降低。另外，由于制動速度增加，樣品表面溫度升高，基體材料高溫軟化而使強度降低，也會表現出摩擦系數降低的現象[3]。與添加造粒炭黑顆粒的1#樣品相比，添加電極石墨的2#樣品由于電極石墨顆粒較硬，隨制動速度增加，硬顆粒更易脫落，導致摩擦過程中對對偶盤的犁削作用減弱，摩擦系數降低[4]。脫落的表面膜和磨屑共同作用于對偶之間使樣品的磨損量急劇增大。

圖3 不同制動速度下摩擦后表面形貌

4 結論

4.1 隨著制動壓力的增加，1#樣品平均摩擦系數逐漸下降，2#樣品平均摩擦系數在0.3MPa 和0.5MPa 時基本相同，在0.6MPa 時上升。兩種樣品的磨損量都隨著制動壓力的增加而增大。

4.2 隨著制動速度的增加，兩種樣品平均摩擦系數總體呈下降趨勢，在380km/h 時達到最小值。當速度低于180km/h 時，材料磨損量均較低且各速度之間差異不明顯；當速度達到380km/h時，磨損量急劇增加。