鋁基復合材料摩擦制動服役特性及失效機制研究.pdf

1、本文以我國城軌列車碳化硅顆粒增強鋁基復合材料（簡稱鋁基復合材料）制動盤為研究對象，制備出了高質量的鋁基復合材料;采用有限元模擬技術分析了鋁基復合材料制動盤的服役特性，研究了鋁基復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展機制和第三體膜對摩擦磨損性能的影響。
　　本文開發(fā)了可視化的鋁基復合材料真空半固態(tài)攪拌制備技術，并采用“稀釋法”制備出了高質量鋁基復合材料，所制備的鋁基復合材料顆粒分布均勻，抗拉強度、延伸率比直接攪

2、拌制備的鋁基復合材料分別高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展研究表明:200μm是熱疲勞裂紋萌生和擴展的分界點;熱疲勞裂紋的萌生是由鋁基復合材料中微觀孔洞、微裂紋等損傷連接形成的;熱疲勞裂紋擴展具有“臺階狀”跳躍式的擴展特征，

3、緩慢擴展與快速跳躍擴展交錯進行;在緩慢擴展階段，熱疲勞裂紋主要沿著顆粒界面或穿過α-Al擴展;快速跳躍擴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:低于100℃時鋁基復合材料表面產生厚度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變?yōu)閲乐氐匿X基復合材料的第三體磨粒磨

4、損;溫度200℃、載荷200N、轉速1500rpm是臨界摩擦條件，試驗參數高于臨界值，磨損率快速升高。可以對摩擦副施加風冷延緩磨損率快速升高的現象。
　　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移-堆積-壓實過程在鋁基復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)定摩擦系數的有效作用，它由致密層、過渡層、疏松層組成，厚度可達5μm～10μm;200N和1500rpm摩擦條件為第三體膜有