铜基摩擦材料的摩擦磨损研究

摩擦磨损试验标准(一)摩擦磨损试验标准背景摩擦磨损试验是指模拟机械部件在使用过程中因摩擦磨损所导致的性能变化和寿命缩短等现象的试验。

针对不同的材料和应用场景，需要制定相应的试验标准，以保证测试结果的可靠性和可重复性。

测试方法常用的摩擦磨损试验方法包括橡胶摩擦试验、磨损轮试验、球盘试验、滑动轮试验等。

其中，磨损轮试验是最为常见的方法之一，它通过在磨损轮和试样之间施加一定的负载、速度和循环次数，模拟实际工作环境下的摩擦磨损条件，来评价材料的耐磨性能。

试验参数为了确保试验结果可比较，需要规定一系列试验参数，包括载荷、速度、循环次数、试验温度等。

其中，载荷和速度是影响磨损试验结果的关键参数，需要根据实际使用情况选择适当的数值。

循环次数和试验温度则需要考虑材料的疲劳寿命和温度敏感性等因素。

结果分析磨损试验得到的结果一般包括材料的磨损量、磨损形貌、摩擦系数等。

在分析试验结果时，需要考虑试验方法和参数的影响因素，并结合实际使用环境进行评价。

此外，还需要注意试验误差的来源和限制，以确保结果的准确性和可靠性。

结论摩擦磨损试验标准是保证材料质量和性能的重要手段。

制定合理的试验方法和参数，准确分析试验结果，才能为实际应用场景提供可靠的参考数据。

因此，需要各行业相关专家和企业共同努力，不断完善和优化试验标准，推动材料科学和工程应用的发展。

不同产业的试验标准按照不同的产业领域和产品类型，摩擦磨损试验标准也有所不同。

以机械制造业为例，国际标准组织 ISO 发布了多项与摩擦磨损有关的标准，如 ISO 7148-2：1988 金属材料光洁度和粗糙度的测量和评价—第2部分：微表面形状的术语和 ISO 11505-2003 摩擦材料—旋转圆盘方法下生成的磨损方法。

而在汽车、建筑、航空等领域，也都有相应的标准适用于材料摩擦磨损性能的评价，并针对不同测试参数和环境规定了详细的规程和操作要求。

摩擦磨损试验设备进行摩擦磨损试验需要用到专门的设备和仪器，包括磨损仪、磨耗测试机、滑动磨损试验机等。

α-SiC的粒度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响孟康龙;姚萍屏【摘要】选取粒度为1 μm和10 μm的立方型6H α-SiC陶瓷颗粒,制备含碳化硅陶瓷颗粒的铜基粉末冶金摩擦材料.通过扫描电镜(SEM)观察分析该材料的摩擦表面和亚表面的显微组织形貌,研究α-SiC粒度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响.结果表明:α-SiC陶瓷颗粒的加入可显著降低铜基摩擦材料的磨损,并能有效抑制材料缺陷源处微裂纹的萌生和扩展.SiC陶瓷颗粒的粒度对铜基摩擦材料机械混合层的形貌和抵抗摩擦过程中剪切变形的能力有显著影响,10 μm α-SiC陶瓷颗粒能有效强化基体,显微硬度较不含α-SiC的材料提高1倍以上,表现出较优异的摩擦磨损性能,摩擦因数和摩擦因数稳定性最高,分别为0.31和0.58,磨损量最小.【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2010(015)003【总页数】6页(P294-299)【关键词】粉末冶金;摩擦材料;α-SiC;亚表面【作者】孟康龙;姚萍屏【作者单位】中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙,410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TF125.9铜基粉末冶金摩擦材料具有导热性和耐热性好、摩擦因数高以及耐磨损等特点，目前已被广泛用作航空飞机和高速列车的制动材料。

铜基粉末冶金摩擦材料通常由几种甚至十几种组元组成[1], 这些组元按其作用可分为基体组元、润滑组元和摩擦组元。

SiC颗粒具有强度大、弹性模量高、热膨胀系数低和价格便宜等优点，是金属基粉末冶金摩擦材料最常使用的摩擦组元之一。

目前，SiC对铜基复合材料摩擦磨损性能的影响报道较多[2-4]，但关于SiC粒度对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦性能的影响鲜有报道。

SiC是1种典型的多型结构化合物，迄今为止已发现160余种晶体[5]。

繁多的SiC多型体中，以6H α-SiC最为常见，其应用也最为广泛。

摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能影响摩擦速度是影响铜基摩擦材料摩擦磨损性能的重要因素之一。

在摩擦过程中，摩擦速度会对材料表面的磨损、摩擦热和摩擦学性能产生影响。

本文将对铜基摩擦材料在不同摩擦速度下的摩擦磨损性能进行分析研究。

一、铜基摩擦材料的基本性能铜基摩擦材料是一种新型的高性能摩擦材料，具有优良的摩擦学性能、高温稳定性和抗磨损性能。

其主要成分为铜基合金，常用的铜基材料有铜-锡合金、铜-锌合金、铜-镍合金等。

二、摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响1. 磨损率变化摩擦速度对铜基摩擦材料的磨损率有一定的影响。

当摩擦速度增加时，材料表面受力变化，摩擦热和磨擦力增大，容易产生热膨胀和磨损现象，从而加剧材料的磨损。

而当摩擦速度较低时，材料表面的温度和应力较小，磨损率相对较低。

2. 摩擦学性能变化随着摩擦速度的增加，铜基摩擦材料的摩擦系数也会随之增加，摩擦学性能也会发生相应变化。

对于一些要求高速摩擦的工况，如高速铁路、航空等领域，需要选择抗磨损、摩擦系数稳定的铜基摩擦材料。

3. 磨损形态变化在摩擦过程中，材料表面的磨损形态也会发生变化。

随着摩擦速度的增加，磨损形态会由点状磨损、区域性磨损逐渐转变为大面积磨损，甚至产生严重的表面磨损与裂纹。

三、总结综上所述，摩擦速度是影响铜基摩擦材料摩擦磨损性能的重要因素，受摩擦速度影响的性能包括磨损率、摩擦学性能和磨损形态等。

在实际应用中，需要根据工况的不同选择不同的铜基摩擦材料以获得最佳的摩擦磨损性能。

针对铜基摩擦材料的摩擦磨损性能影响因素之一的摩擦速度，需要进一步研究其具体影响机理，以便更好地指导其实际应用。

首先，随着摩擦速度的增加，材料表面的温度升高，摩擦热增大，从而加速了材料表面的磨损。

此外，在高速摩擦过程中，摩擦力也随之增大，这对于材料表面的磨损、剥落等现象也有较大的促进作用。

其次，不同的铜基材料对于摩擦速度的敏感程度可能也有所不同，因此需要对不同的材料进行具体实验验证。

《Ti3SiC2替代石墨对铜基摩擦材料性能的影响》篇一一、引言在众多工业应用中，铜基摩擦材料因其良好的摩擦性能和热传导性被广泛使用。

然而，随着科技的进步和工业的发展，对于材料的性能要求也在不断提高。

传统的铜基摩擦材料中，石墨常被用作主要的增强材料。

然而，随着新型材料的不断涌现，Ti3SiC2作为陶瓷复合材料的一种，逐渐引起了人们的关注。

本文旨在探讨Ti3SiC2替代石墨对铜基摩擦材料性能的影响。

二、Ti3SiC2的特性和优势Ti3SiC2是一种具有优异性能的陶瓷复合材料，它不仅具有良好的机械强度和热稳定性，而且拥有优良的导电和导热性能。

同时，它还具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，能够适应各种复杂的工作环境。

因此，将Ti3SiC2引入到铜基摩擦材料中，有望提高其性能。

三、实验方法和过程本实验采用Ti3SiC2替代部分石墨，通过粉末冶金法制备了铜基摩擦材料。

具体步骤包括：原料的准备、混合、压制、烧结等过程。

在实验过程中，我们控制了Ti3SiC2的含量，以观察其对铜基摩擦材料性能的影响。

四、Ti3SiC2替代石墨对铜基摩擦材料性能的影响1. 摩擦性能：实验结果表明，随着Ti3SiC2含量的增加，铜基摩擦材料的摩擦系数有所降低，这可能是因为Ti3SiC2的引入改善了材料的润滑性能。

2. 磨损性能：相比传统的石墨增强铜基摩擦材料，Ti3SiC2增强的铜基摩擦材料表现出更低的磨损率。

这主要归因于Ti3SiC2优异的耐磨性。

3. 热传导性能：Ti3SiC2的引入并未显著影响铜基摩擦材料的热传导性能，这得益于其良好的导热性能。

4. 机械性能：由于Ti3SiC2的优异机械强度，使得铜基摩擦材料的抗拉强度和硬度都有所提高。

五、结论通过实验研究，我们发现Ti3SiC2替代部分石墨可以显著提高铜基摩擦材料的性能。

具体表现在降低摩擦系数、降低磨损率、保持良好的热传导性能和提高机械性能等方面。

这为铜基摩擦材料的改进提供了新的思路和方法。

铜基粉末冶金摩擦材料调速制动摩擦系数试验王延忠;魏彬;宁克焱;韩明;沈蓉【摘要】为得到速度和压力边界条件在摩擦元件接合过程中对摩擦特性的影响机制,设计一种变速滑摩的方法,针对径向槽、双圆弧槽和螺旋槽3种沟槽形式,通过不同工况摩滑过程和闭锁过程的摩擦系数试验数据分析,获得了摩擦系数随滑摩速度及压力载荷变化的特性.试验结果表明,变速滑摩试验可以很好地体现摩擦元件制动过程中的流体动力效应、边界摩擦效应和粘附闭锁效应;沟槽形式一定程度上影响摩擦系数随速度的变化趋势,静摩擦系数随载荷的增大而减小最后趋于稳定;在不同载荷条件下,摩擦系数对速度边界的敏感程度存在差异;变速过程静动比分析结果表明,Cu基粉末冶金摩擦材料适合在重载条件下工作,而且双圆弧沟槽摩擦元件的接合平顺性更好.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2014(046)001【总页数】5页(P116-120)【关键词】摩擦机理;沟槽;Cu基粉末冶金;边界条件;调速滑摩【作者】王延忠;魏彬;宁克焱;韩明;沈蓉【作者单位】北京航空航天大学机械工程学院,100191北京;北京航空航天大学机械工程学院,100191北京;中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室,100072北京;中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室,100072北京;中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室,100072北京【正文语种】中文【中图分类】TH117大功率Cu基粉末冶金摩擦材料在高能量密度传动系统中得到了广泛应用.现阶段广泛采用SAE台架试验和Pin On Disc销盘试验作为材料摩擦特性的验证手段.针对复杂边界情况的摩擦元件摩擦特性，大多数试验都在SAE#2或相似的试验台上完成.该试验台能够完成挤压、滑摩、闭锁等多工况的模拟.Haviland［1］、Evans ［2］和Holgerson［3］等通过SAE制动试验初步研究了湿式离合器接合过程的摩擦特性，得出了制动过程中存在多种摩擦机理的结论.Tatiah［4］和 Osanai ［5］等对湿式摩擦副多次接合过程的热失效机理进行了理论和试验研究，得到了以失效模式为基础的温度场热应力模型，Kim［6］通过制动试验研究了铜基物质在摩擦磨损过程所起到的重要作用，并分析了其成分对摩擦磨损特性的影响.Pin On Disc销盘试验台因结构简单常用于摩擦磨损模型的验证［7］.YAN Wenyi ［8］等以应力分析为基础提出了磨合磨损模型，通过销盘试验对该模型进行了试验验证，Laraqia［9］使用销盘试验机验证了三维温度场解析模型.Wahlströma ［10］等采用销盘试验对多种航空制动材料进行了摩擦特性的试验分析.现阶段所采用的试验方法大多为模拟制动试验，该种方法虽然有效模拟了制动的全过程，但不易于对制动过程各个阶段及其相应的摩擦机理进行深入研究，边界条件相互影响，试验数据的同一性和稳定性比较差，销盘试验影响因素单一，不能模拟复杂表面对摩擦特性的影响，试验所得到的结果与结论即使对同一型号的产品也没有普遍的适用性.本文应用自行设计的调速摩擦磨损试验机，采用模拟制动边界及调速主动控制方法来更精确地分析边界条件对摩擦系数的影响.1 制动过程阶段划分行星变速机构中的某铜基粉末冶金湿式摩擦材料的典型制动过程及其参数变化曲线如图1所示.该试验在传统的SAE台架上完成，所采用的试样如图2（a）所示，机械特性如表1所示.图1 摩擦元件紧急制动过程示意图图2 用于摩擦机理验证的试验试环表1 某Cu基粉末冶金材料试验参数试样尺寸／（mm×mm）刚度／GPa沟槽形式冷却形式冷却油量／（mL·min-1）Φ85×Φ65 Φ85×Φ65 Φ85×Φ65 2.26 2.26 2.26径向槽双圆弧槽螺旋槽轴心喷油轴心喷油轴心喷油90 90 90由图1可以看出，在整个制动试验过程中，所施加的载荷变化不大，多组试验过程中的环境温度变化也不明显，速度的变化基本呈线性下降趋势；由于载荷固定，扭矩和摩擦系数曲线呈相同的变化趋势；接合初期摩擦系数有微幅波动，之后趋于平缓，在速度降低到某一特定值后摩擦系数出现峰值（闭锁效应）.由长期实践经验可知，摩擦系数的变化往往对应着摩擦磨损形式的改变即摩擦机理的变化［11］.通过对大量模拟制动试验的观察以及相应的摩擦机理的分析，可以将整个制动过程分为 4个阶段：A（摩擦副流体膜挤压阶段）［12-13］、B（固液混合摩擦阶段）、C（边界接触阶段）和D（黏附闭锁阶段）.影响材料摩擦特性的主要边界条件是面压、速度和温度，整个制动过程各阶段的主要边界条件影响因素如图3所示.闭锁摩擦系数是摩擦副相对转速趋于零时的摩擦系数，本质上该阶段摩擦机理接近低速拖摩、静摩擦系数情况.但闭锁摩擦并不是确定对应着某种摩擦机理的摩擦形式，所以闭锁摩擦系数可以是以上B、C、D中的任何一种摩擦类型，为任一种摩擦机理所主导.黏附闭锁效应的产生是针对于重载情况，在轻载小惯量的试验条件下，可能还没有完全完成A、B、C、D这4个阶段就已经完成了闭锁，结束了整个制动过程.图3 摩擦制动过程主要边界条件2 摩擦机理变速试验验证采用SAE台架制动工况研究摩擦机理有简单、直观的特点［14］.但由于制动过程时间较短，接触面压力变化范围大，并且在制动过程中涉及到元件振动、流体阻尼的影响，摩擦系数在短时间内波动较大.在这种情况下，材料摩擦机理与边界的关系往往会被许多试验因素所掩盖，试验的同一性很不理想.为了验证制动过程所提出的分阶段研究摩擦机理的设想，采用了模拟制动边界、调速主动控制的方法来更精确地分析边界条件对摩擦系数的影响.2.1 试验设备试验采用自行设计的调速摩擦磨损试验机，该设备包括调速系统、液压伺服加载系统、双量程扭矩测量系统、高低频信号采集系统、润滑冷却及控制显示系统，如图4所示.试验机的转速由速度编程器控制，加载方式为液压闭环加载，稳定性好.有1 500N和500 N两套扭矩测量系统以及高低频采样采集系统.采用不同夹具可完成多尺度盘盘对摩和销盘对摩的试验.轴心喷油的设计更贴近传动过程中的实际情况.采用球头自调心机构可以保证摩擦表面良好贴合.图4 试验系统构成示意图2.2 试验方法为了确定摩擦副在不同边界工况的摩擦机理，设计了定载变速的滑摩试验.选取抗磨液压油，控制冷却油流量为 90 mL／min，冷却油温度350 K，采用线性变速及阶梯压力多工况磨合，磨合时间为150 min，磨合后摩擦系数及冷却油温度都较稳定.摩擦机理验证试验的压力边界条件为不同载荷区间的连续变速试验，速度边界为在3.5 min内转速完成从0～700 r／min匀速增加，再从700 r／min均匀降回0.为了保证试验的同一性和数据的一致性，采用了多组试验连续进行的方法，在编程器内将速度曲线输入，对摩擦系数进行连续的采集.此过程重点分析速度边界及压力边界对流体特性、边界膜特性以及固固接触特性的影响.3 试验结果与讨论3种沟槽在静闭锁区域的摩擦系数曲线如图5～7.速度区间是从 600 r／min 到 0 再到600 r／min，其中摩擦系数峰值处是速度小值.总体来看，相同载荷下，螺旋槽的静摩擦系数最大，径向槽的静摩擦系数次之，双圆弧槽的静摩擦系数最小.在此试验工况下，速度极低，分子间的结合力大，易发生黏附，此时的摩擦系数较大；随着转速增高，分子间结合力下降，黏附现象消失，随着润滑剂的影响不断增加，混合润滑形成，对于径向槽摩擦副（如图5），静闭锁摩擦系数随着载荷的增加而减小，随着转速的增加，摩擦系数逐渐减小，而且载荷越小，摩擦系数随速度增加减小得越快，不同载荷下摩擦系数随速度增加，先趋同一致，然后再相互分离.试验数据显示，Cu基粉末冶金湿式摩擦元件自身特性的稳定性较好，没有出现明显摩擦特性的突变；加速减速过程特性基本对称；面压对静摩擦系数和滑动摩擦系数均存在较大影响，该材料的静摩擦系数远大于滑动摩擦系数，导致了粉末冶金材料多工况工作时的平稳性较差，闭锁冲击很强；静摩擦系数值为摩擦系数极大值，这也阐明了在机理明确的条件下，静摩擦系数和闭锁摩擦系数特性相似的结论.图5 径向槽静闭锁区间摩擦系数曲线图6 双圆弧槽静闭锁区间摩擦系数曲线图7 螺旋槽静闭锁区间摩擦系数曲线双圆弧槽和螺旋槽的静摩擦系数总体趋势和径向槽相似，只是螺旋槽摩擦副的摩擦系数曲线随转速增加没有出现明显的汇聚与交叉，而是基本保持着各自原有的位置关系.这可能是因为双圆弧沟槽的摩擦试样在滑摩速度逐渐增加的过程中摩擦机理处于相对稳定的状态.中高速区的局部摩擦系数曲线如图8～10所示.速度区间为 500 r／min 到 700 r／min.可以看出，双圆弧槽和径向槽的摩擦特性相似，低速区摩擦系数随着面压的增大而减小，中高速区摩擦系数随着面压的增大而增大（径向槽500 N轻载情况除外）.螺旋槽在500 N载荷情况出现摩擦系数突然增大的情况，总体速度区间内摩擦系数呈现随载荷的增大而减小趋势.在高速区（图5～7），螺旋槽摩擦副的稳定性较差，高速区摩擦系数随速度变化非常敏感，不利于在速度变化较大、较快的工况条件下工作.径向槽和双圆弧槽的特性相似，但径向槽在轻载条件下（500 N）摩擦系数比螺旋槽略大，重载条件下，双圆弧槽摩擦系数随速度变化比径向槽稳定，更适合在较大面压下工作.图8 径向槽滑摩区间摩擦系数曲线图9 双圆弧槽滑摩区间摩擦系数曲线图10 螺旋槽静滑摩区间摩擦系数曲线实验数据表明：轻载条件下（500 N），摩擦特性存在较大的异性，首先，极轻载荷情况下的闭锁摩擦系数在所有载荷形式中是最高的，但轻载条件下的摩擦系数受沟槽形式和滑动速率变化的影响较为明显.这是因为在载荷较小而滑摩速度又较高的情况下，流体动特性对摩擦特性的影响不能忽略，径向槽、双圆弧槽以及螺旋槽以及不同沟槽的动力效应不同，导致轻载情况下的摩擦特性随速度变化较大，随着面压的增大，流体动力效应对整个系统的加成效应减小，摩擦系数趋于稳定，静动比下降，摩擦特性趋于稳定.3种沟槽形式摩擦副不同载荷下的静动比曲线如图11所示，横坐标用名义面压表示，同时对应的是500～3 000 N的载荷.除了螺旋槽500 N（0.2 MPa）情况，3种摩擦副的静动摩擦系数比随载荷增加而减小，这也证实了Cu基粉末冶金湿式摩擦元件更适用于重载情况.除极轻载条件，双圆弧槽摩擦副的静动比曲线低于另外两条，这说明双圆弧槽在相同工况下接合更平顺，工作更平稳，在轻中载条件下，螺旋槽略好于径向槽，重载情况二者特性相近.图11 不同沟槽形式静动摩擦系数比例曲线4 结论对不同沟槽摩擦特性的试验分析表明：Cu基粉末冶金摩擦材料摩擦特性随边界条件变化的特点如下：1）当试验转速集中在 0～700 r／min，载荷集中在500～3 000 N时，摩擦系数在加速与制动段呈现出较对称的特性.2）静闭锁摩擦系数远大于滑动摩擦系数，静动比基本上呈随面压的增大而减小的趋势，这表明Cu基粉末冶金摩擦副更适合于在中、重载条件下工作.3）径向槽和双圆弧槽具有静摩擦系数随载荷增大而减小，滑动摩擦系数随载荷增大而增大的特点（径向槽500 N除外）；螺旋槽摩擦副在速度区间内随载荷增大摩擦系数基本呈降低的趋势.4）在某些特定工况下，双圆弧槽相比于其他两种槽形静动摩擦系数比较小，双圆弧摩擦元件的接合会较平顺，工作时也更加平稳.参考文献［1］HAVILAND M L， RODGERS J J， DAVISION E D.Surface temperatures and friction in lubricated clutches［C］／／Automotive engineering congress and exposition.Detroit， Michigan， USA：SAE Int， 1963：28-36.［2］EVANS E M， WHITTLE J.Friction in wet clutches［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，1968，182（14）：132-138. ［3］HOLGERSON M.Apparatusformeasurementof engagement characteristics of a wet clutch［J］.Wear，1997，213（1／2）： 140-147. ［4］TATIAH K.An analysis of automatic transmission clutch-plate temperatures［C］／／Automotive Engineering Congress.Detroit，Michigan， USA： SAE Int， 1972：287-294.［5］OSANAI H， ILEDA K， KATO K.Relations between temperature in friction surface and degradation of friction materials during engaging of we tfriction ［C］／／International Congress and Exposition.Detroit，Michigan， USA： SAE Int， 1990： 53-57.［6］KIM S J， LEE J Y， HAN J M.The role of copper on the friction and 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