综述述评
文章编号：１００７—６０３４（２００１）０６—０００１—０５
粉末冶金摩擦材料的研究发展概况
。任志俊’
（江南大学机械学院，江苏无锡２１４０６３）
摘要：详细介绍了国内外粉末冶念制动摩擦材料的发展近况。
美德溺：粉末冶金；摩擦靖稀；盎式餐番；发震
中图分类号：Ｕ２６０。３５０文献标识码：Ａ
ＡｒｅｖｉｅｗｏｆＲ＆Ｄｏｆｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃｆｒｉｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ
歉ＥＮＺｈｉ—ｊｕｎ
（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＪｉａｎｇｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２１４０６３Ｗｕｘｉ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｅｔａｉｌｓｔｈｅｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙａｓｂｒａｋｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎ
ｍａｔｅｒｉａｌｂｏｔｈａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ；ｆｒｉｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ；ｄｉｓｃｂｒａｋｅ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｌ概述
摩擦在机械工业中的应用越来越广泛，如何利用摩擦，研制高性能的摩擦材料已成为这一领域内广为关注的课题。摩擦材料豹一个广泛庶耀便是辊械车辆的制动，目前的制动器犬体分鼓式和盘式两种。
我国原有汽车工韭笼较落后，稍动系统一纛沿用石棉型縻擦材料。２０世纪８０年代以来，进入新型无石棉型摩擦材料的开发研究阶段，出现一些粉末冶金材料翻半金满材料。但总的来说，不论是在产品质量的稳定性方面还是生产工艺、技术及设备方面，基前均未达到大规模王业化生产觏应是的水平。
２盘式制动器及衬片材料
通过衬片与制动盘之间的摩擦，车辆的动能转换为热，并散发到大气中。盘式铺动器之所以能迅猛发展，是因为它比鼓式制动器有明显的优越性ｕＪ：（１）摩擦因数对盘式制动器的制动力矩影响较小，爵对鼓式制动器十分敏感。
（２）盘式制动器的输出力矩曲线平坦，制动平稳。鼓式翩动器酌输磁力矩隧线呈Ｕ形，制动时会产生跳跃和振荡。
（３）盘式箭动器的通风冷却效果较好，尤其怒带
牧甍瓣期：２００１一１０—３１
作者简介：任志俊（１９６５一），男，江苏镇江人，剐教授，１９８６年毕业于上海交通大学金属捞葺８｝及其热处理专业，工学学士，１９９８年获得西南交通大学复合材料专韭硕士学位，瑰主要从事工程材辩、特种加工的教拳及科研正作。通风孔的盘，教热性能及热稳定性较佳，藤鼓式钊动器的热稳定性较差。
＜４）盘式麓动器的加速度与制动管路压力坚线性关系，在各种车速下的制动效能及操纵性能很好。
（５）当翩动器温度较高时，鼓式制动器的变形较大，褥盘式制动器的较小。因此，盘式制动器的轿车左右轮和前后轮的制动力较为平稳，制动稳定、可靠。
（６）由于盘式制动器比鼓式制动器制动效能高，结构简单，质量、体积小，冷却效果好，不荔因为热衰退和浸水而使制动效能丧失，使用寿命长，维修方便，因而具有广泛的应用前景。但也存在不足，如摩擦磷积小，单位压力大，工作温度比较高，对摩擦材料的要求相应较高，因此研黼高性能摩擦材料就显缛龙其重要。、制动盘大都使用片状石墨铸铁。制动衬片与制动盘闯产生摩擦热，大半悲蘸暂时以割动器转动部件温升的形式储存起来，然后散发到大气中。在加速发大的区域，瞬时畀滠很快，需要热容量大的热载薅以减少升温，同时作为制动盘的耐热结构材料，要求具有一定的强度和大的导热系数。综合各方面的因素，认为片状石墨铸铁较之赢强度球墨铸铁的导热系数大，且振动衰减熊力大，有抑制振鸣的效槊口ｊ。曩｛ｌ誊广泛疲用的汽车｛｜；！｜动器对偶件材料为ＨＴ２０一４０。曾有人对各种衬片材料与不同对偶材料进行试验，认为对偶材质不仅影响巍身的摩擦密投性畿，丙且影响衬片的摩擦磨损性能。不同对偶件与不同衬
万方数据
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片组成的摩擦副，影响程度和规律都不一样，其间配对具有选择性［３］。
采用盘式制动器，摩擦材料的使用工况甚为苛刻。通常鼓式制动器的衬片承受的比压约为５～２０Ｎ／ｃｍ２，其比吸收功率为１５～２０Ｗ／ｃｍ２，而盘式制动器的衬片承受的比压为４０～９０Ｎ／ｃｍ２，比吸收功率为５０～６０ｗ／ｃｍ２，因此对盘式制动器的衬片材料有更高的性能要求［４］。衬片材料作为传递能量的作用体，除了要具有较高的热容和强度，还必须与对偶件构成较高的摩擦因数，以达到较高的比能量传递，较好的耐磨性和热稳定性口］，从而保证足够的寿命和安全。另外，必须不易刮伤对偶件，噪声小［６］。
衬片材料一般分为４大类：有机模压衬片、粉末冶金衬片、ｃ／ｃ复合材料衬片和陶瓷材料衬片。其中，粉末冶金衬片目前主要有铁基和铜基两种，一般由基体及基体强化组元、摩擦组元和润滑组元组成［７’８］，这一类材料具有制动灵敏可靠，耐高温，寿命长，对介质敏感性低等特点。同时，由于配方上具有极大的灵活性，微观结构可通过工艺技术手段调节，具有广泛的综合使用性能。
３粉末冶金摩擦材料的作用原理
随着车辆速度的提高，衬片和制动盘的使用温度显著升高。在这样的条件下，有机类材料中含有的耐热性低的树脂和橡胶将发生炭化，降低摩擦性能的稳定性，从而迅速失效。另外，这类材料的低导热性容易导致制动盘过热，由此产生损坏。粉末冶金材料主要由金属构成，是继有机基体系之后的一种通用材料，它在耐热和导热性方面具有显著优势，已用于新干线、ＴＧＶ等高速铁路车辆、客机、运输机以及高性能摩托车上［２］。在原联邦德国ＩＣＥ列车上采用配备粉末冶金衬片的耐热合金铸钢盘，运行速度约２５０ｋｍ／ｈ，试验台试验和运行试验表明，该制动盘优于传统的配备有机制动闸片的灰铸铁或石墨铸铁制动盘［９］。
粉末冶金摩擦材料主要有铜基和铁基两种，它是以金属粉末为基体，加入适当减磨剂和增磨剂，均匀混合后压制成型或加压烧结而成的。一般由３种组元组成：
基体和强化基体的组元，主要有Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｔｉ，ｓｎ等及其合金；
摩擦组元，主要有ＳｉＯ。，Ａ１：Ｏ。，ＳｉＣ，石棉，某些金属和非金属的氧化物或碳化物；
２
润滑组元，主要有石墨，ＭｏＳ。，ＣａＦ：，ＷＳ。，Ｂ。Ｃ，ＢＮ和易熔金属Ｐｂ，Ｂｉ等。
摩擦材料的摩擦性能大多与摩擦因数及其稳定性相关，摩擦因数与材料的弹性模量有相当大关系。一般地，较低弹性模量的材料有较高的摩擦因数和比吸收功率Ｄ０３。
Ｂｏｗｄｅｎ等认为物体的摩擦主要由粘附引起，摩擦力与粘附力之间存在密切联系。摩擦力是在实际接触区域生成接点的抗剪切强度，而粘附力是抗拉强度。摩擦因数低的材料通常具有很小的粘附力，反之摩擦因数高的材料基本上具有很大的粘附力‘１１｜。
摩擦材料应根据上述理论进行选择。对于不同的使用工况，基体材料采用聚合物和塑料，或者铜、铁等金属。通过摩擦所传递的能量决定具有相应摩擦因数的基体材料范围。
金属基体不仅是承受变形和磨损的工作面，也是摩擦热逸散的主要通道，决定着摩擦材料的强度、耐磨性和热稳定性。
摩擦组元亦称增磨剂，可用于增大摩擦因数，但又要求不能成为磨粒而增加磨损，并且对摩擦表面擦伤要小。增磨剂应具有高硬度和良好的高温稳定性‘１引。
润滑组元也称减磨剂，可用于提高摩擦材料的抗擦伤性和耐磨性，但加入过多会使摩擦因数和机械强度降低。减磨剂中以层片状石墨和ＭｏＳ。的应用较广，它们都由许多层或片所组成，各层本身都很强，但各层之间的结合都很弱［１１｜。因此这些材料的抗压能力很强，但抗剪切能力都弱，可以用作固体润滑膜。
石墨就是层状碳。当石墨在另一个洁净表面上滑动时，在各种条件下它的摩擦因数大约仅为０．１～ｏ．１５。这是因为石墨晶体各层之间抗压能力很强，但各层很易相互滑动，这样就有利于产生低摩擦。但有研究表明，摩擦之所以小，一部分原因是片晶棱边上吸附有很薄的氧气和水蒸气层。如果去掉这些吸附膜，摩擦因数就会提高（∥一０．５），因此在这些吸附膜易去除的工况下，需考虑掺入其它润滑材料。
ＭｏＳ：是另一种具有层片状结构的材料。它与石墨相比，优点是在摩擦因数低（户一０．２）的同时，与有无吸附膜无关。但在高温下ＭｏＳ。易被还原成Ｍｏ粉而变成磨粒，从而加速磨损。
易熔金属～般以游离态存在于材料中，如Ｐｂ、
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粉末冶金摩擦材料的研究发展概况
Ｂｉ等。在干摩擦条件下，当摩擦表面温度超过易熔金属的熔点时，易熔金属将发生熔化，在于摩擦表面生成润滑膜。润滑膜降低了摩擦因数，同时也降低了表面温度。而随着摩擦表面温度的降低，熔融的金属凝固，摩擦因数恢复到原来水平。表面液体润滑膜的形成促使滑动平稳，这一点可用于减轻高温下金属基体的粘结和卡滞倾向。
确定摩擦材料组成的主要依据是工况条件和使用要求。铁基摩擦材料的摩擦因数大（卢一０．４～０．５５），耐热性好，强度高，但易与对偶件表面发生粘着，摩擦因数的稳定性差，耐磨性不如铜基摩擦材料的。因此，铁基粉末摩擦材料适于制作在重载干摩擦条件下工作的摩擦片。铜基摩擦材料的摩擦因数较小，但导热性好，摩擦因数较稳定，耐磨性较好，主要用于轻载的干摩擦和油润滑的工作条件。表１和表２是典型的铜系和铁系烧结摩擦材料的配方［２］：
表１铜系烧结摩擦材料配方％
４烧结粉末合金微观结构和机械性能
要满足使用要求，制动系统必须设计成具备足够的抗扭转强度和能量吸收能力，同时必须考虑消除噪声问题［１３｜。对于衬片而言，一定的抗压强度和较高的疲劳强度也是必须具备的。
Ｈ．Ｄａｎｎｉｎｇｅｒ等对烧结铁合金的微观结构和机械性能进行了详尽的研究。他们指出［１“：烧结粉末合金的微观结构对机械性能有显著影响。
描写微观结构的参数除了金属基体的微观组织本身（如晶粒尺寸，相结构等）外，还包括与烧结粉末合金孑Ｌ隙相关的参数：如孔隙率，孔的分布，孔间距，孑Ｌ的连通性，孔的大小，孔的形状，承载截面等。这些参数与粉末冶金加工工艺密切相关。一般地，压制时的压力、烧结时温度的提高和时间的延长，均会使孔隙率降低，其它参数也相应变化。
传统上机械性能与微观结构的关系是根据总孑Ｌ隙率建立的。然而对于精确的模型还必须考虑所有与孔隙相关参数的影响。
４．１机械性能指标的几个模型
Ｓａｌａｋ［１钉等曾提出烧结粉末冶金材料的拉伸强度Ｒｍ与孑Ｌ隙率Ｐ的关系式：
Ｒｍ—Ｒｍ
ｏ?ｅ
５‘’（１）式中Ｒｍ。——Ｐ一０时的拉伸强度；
ｋ——常数。
对于烧结铁合金而言，Ｒｍ。一３４４ＭＰａ，ｋ一０．０４３。
对于屈服强度尺ｐ，有人提出［１６｜：
Ｒｐ＝ｇＰｏ?（１一户）／Ｋｐ（２）
式中脚——应力作用因子，约为２．５～３．ｏ；
Ｒｐ。——Ｐ一０时的屈服强度。
延伸率ｄ的表达式‘¨］：
３＝３０?Ｐ‘１?ｅ一‘２’’（３）其中，ｄ。、ｋ。、ｋ。均为常数。
另外，冲击值即断裂韧性随孔隙率增加而降低‘１川。
后期的研究引入具体的微观参数，包括孔的形状参数、分布等，对机械性能模型提出修正。
４．２疲劳及疲劳裂纹扩展因子
对疲劳性能而言，在多孔的烧结钢中，不均匀的合金元素分布与孑Ｌ隙率的作用程度相当ｍ３；对未合金化烧结铁的研究主要是围绕高周疲劳性能进行的，孔隙率被认为是最重要的参数，随其增大，其作用与材料中缺陷相似，使疲劳极限曲线和裂纹扩展性能降低。
对低应力循环（如疲劳极限以下或接近疲劳门槛值）的研究，发现仅考虑孔隙率是不够的，对于开孑Ｌ或闭孑Ｌ，有效承载体等都以不同方式起作用。
在高周疲劳中，孔隙的基本作用是通过局部应力集中促进裂纹形成的［１…。有人认为最大的孔即是裂纹源。疲劳门槛值随孔隙增加而降低。
４．３弹性模量和微观结构
弹性模量Ｅ的表达式［１６３如下：
Ｅ—Ｅｏ?（１－－ｋ?Ｐ）（４）
３
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式中Ｅ。——户一０时的弹性模量；
志——应力集中因子。
有经验式［２…：
Ｅ—Ｅｏ（１一户）３?４（５）考虑承载截面对应力的影响，引入粒子接触面积Ａｃ，有：
Ｅ—Ｅｏ?（１－－ｐ）?Ａｃ（６）考虑孔的形状因素，有人提出乜¨：
Ｅ—Ｅ。?（１一Ｐ）／（１＋，?ｐ）（７）对于圆孔，形状因子厂一１．２５，对于不同的椭圆孔，，值各不一样。
对于连通孔和闭合孔，有研究表明［２引：
Ｅ—Ｅｏ?（１－－ｋ１?Ｐｌ－－ｋ２?Ｐ２）（８）式中七，、ｋ２——分别为两种孔的应力集中因子；
Ｐ。、Ｐ：——分别为两种孔的孔隙率。
Ｈａｙｎｅｓ和Ｅｇｅｄｉｅｇｅ［ｚ３３发现孔隙率由３％增大到约２０％时，弹性模量显著降低。在孔隙率较高水平上，弹性模量下降很小；在孔隙率小于３％时，曲线变化也很小。这些变化是由微观结构的变化决定的，特别是隔离孔变成连通孔。?
４．４材料的弹性模量和摩擦磨损
对烧结青铜合金而言，孔隙率和石墨含量越大，动摩擦因数和能量吸收能力越大。然而，当其数量超过一定值（大约５５％，其中有２８％的孔隙）时，磨损将显著增加［５］。
ＳａｔｏｓｈｉＯｈｋａｗａ等在对烧结铜合金（Ｃｕ—Ｚｎ—Ｓｎ～Ｐｂ—Ｓｉ一石墨）进行的研究中发现，孔隙率和石墨含量对粉末冶金材料的摩擦因数以及能量吸收能力非常重要，它们实际上是通过影响材料的弹性模量起作用的［１…。
烧结合金的弹性模量随着孔隙率的增大而降低［２引，这一点由式（４）也可以看出。对青铜合金而言，由于石墨的弹性模量仅相当于基体的６％～８％，并且与青铜金属粘接力很小，因此可把石墨作为孔隙看待，从而降低了弹性模量。考虑孔隙和石墨对弹性模量的综合作用，引入孔隙当量ＰＩ（ＰｏｒｏｓｉｔｙＩｎｄｅｘ），它可以较好地反映这类烧结合金的孔隙率和石墨的含量与材料弹性模量之间的关系，见图１。
固体摩擦理论认为，摩擦与材料间分子作用力（原子间作用力）有相当大的关系，在重载荷下尤为突出［２５’２６］。这是构成粘着摩擦理论和摩擦二项式理论的基础。从弹性变形的物理本质可知，弹性模量在某种程度上可以度量晶体中原子间结合力（能量）的大小，它是金属键强度的标志之一［２７’２８｜。
因此，ＰＪ参数可以较好地反映烧结粉末合金中孔隙和石墨对摩擦磨损性能的影响。图２～图５是对烧结铜合金的Ｐ，的研究成果。
图１ＰＪ对弹性模量的影响
图２烧结铜合金的ＰＪ与动摩擦因数关系
图３烧结铜合金中ＰＩ对摩擦因数的影响
在烧结铜合金的ＰＪ与摩擦磨损性能的关系曲线上可以看出，ＰＪ大约为５０％～６０％时，摩擦材料
万
方数据
粉末冶金摩擦材料的研究发展概况
图４烧结铜合金的ＰＪ与比吸收功率的关系
图５烧结锕合金的尸Ｊ与磨损量的关系
的磨损量最小，而摩擦因数和比吸收功率较高。因此，对于粉末冶金摩擦材料而言，存在一个最佳孔隙当量范围，在这个范围内，摩擦磨损性能可以得到兼顾。控制粉末冶金加工工艺和材料组成，选取合适的工艺参数和配方，可以获得较好的综合摩擦磨损性能。
５结束语
粉末冶金摩擦材料是一种优良的制动摩擦材料，特别对于重载高速的制动场合，其优良的散热性和耐热性可以保证其完成较为苛刻的制动功能。材料的弹性模量对摩擦磨损性能有很大影响。粉末冶金摩擦材料的Ｐ，因子对其弹性模量存在线性关系，因此对摩擦磨损有直接的影响。
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万方数据
粉末冶金摩擦材料的研究发展概况
作者：任志俊
作者单位：江南大学,机械学院,江苏,无锡,214063
刊名：
机车车辆工艺
英文刊名：LOCOMOTIVE & ROLLING STOCK TECHNOLOGY
年，卷(期)：2001，(6)
引用次数：12次
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2.期刊论文王文辉.马华农.肖凯.郑聃.Wang Wenhui.Ma Huanong.Xiao Kai.Zheng Dan重负荷铁基粉末冶金摩擦
材料的研制-粉末冶金技术2007,25(2)
采用粉末冶金工艺,以莫来石等为摩擦剂,并加入较大比例的金属组元镍、铬、钼,研制出一种重负荷铁基粉末冶金摩擦材料.研究了合金元素镍、铬、钼和摩擦组元莫来石对材料性能的影响.研究结果表明,在铁基材料中同时加入镍、铬、钼等多种合金元素,在提高材料密度和硬度的同时,可以提高摩擦系数和摩擦系数的稳度;莫来石则对改善材料的高温性能作用显著.其综合作用的结果使该材料的摩擦系数及其稳度有大幅提高,单位面积能载高达12 700 J/cm2,且磨损量小,是一种理想的、可广泛应用于各种高能重载工况下工作的高性能摩擦材料.该材料在国内首次应用于某型进口飞机刹车装置取得成功.
3.会议论文孙学广T[*v22*]铁基粉末冶金摩擦材料的研究与应用1988
随着重载机械的发展，对摩擦材料提出了更高要求。铁基粉末冶金摩擦材料是以铁为基体，添加一定量摩擦组元和润滑组元的多相复元材料，成本较低，适合于重载机械制动瓦。该文介绍了用于装甲履带车辆制动瓦的T[*v22*]铁基粉末冶金摩擦材料基本组成和实验室性能，特别通过与铸铁对比
，对摩擦摩损性能进行测试并采用合理结构，在几种车型上装车试验，均表明T[*v22*]铁基粉末冶金摩擦材料摩擦系数较高，热稳定性能好，并具有良好的耐磨性。（本刊录）
4.期刊论文白同庆.王秀飞.钟志刚.李东生.BAI Tong-qing.WANG Xiu-fei.ZHONG Zhi-gang.LI Dong-sheng摩擦
组元对粉末冶金摩擦材料摩擦性能的影响-粉末冶金材料科学与工程2006,11(6)
实验研究了不同种类摩擦组元对粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响.结果表明摩擦组元的显微硬度对摩擦因数和摩擦因数稳定度影响显著.随着摩擦组元显微硬度的提高,摩擦材料的耐磨性提高,而对偶材料的磨损量增大;摩擦材料的表观硬度主要取决于基体组元,摩擦组元的显微硬度对其影响不大.单独依靠一种摩擦组元不能使摩擦材料取得较佳的摩擦性能,综合使用几种摩擦组元,才能得到满意的效果.
5.期刊论文孙立群.北林永有.李国平.沙微.李运佩.朱建华.黄慧纸基摩擦材料与粉末冶金摩擦材料摩擦特性的试
验比较-工程机械2010,41(1)
采用纸基摩擦材料替代粉末冶金摩擦材料,应用于变速器以及制动器中,改善变速器与制动器的换挡及制动平稳性、降低噪声,提高产品寿命.利用SAENo.2标准试验机对纸基摩擦材料与粉末冶金摩擦材料进行了摩擦性能、耐久性、能量递增以及连续滑动的对比试验.通过详尽的试验数据及分析,证明纸基摩擦材料的摩擦性能、耐久性和耐热性都远远优于粉末冶金材料.为国内工程机械制造商提供了用纸基摩擦材料替代粉末冶金摩擦材料所需的详实的试验数据.
6.会议论文易健宏.汤金枝粉末冶金摩擦材料的现状及其发展2000
汽车、火车、飞机等运输制造业对刹车材料、摩擦材料性能的要求日益提高,促进了粉末冶金摩擦材料的发展.介绍了摩擦材料的一般性能特点和粉末冶金技术制备摩擦材料的技术优势,并着重总结了我国工程机械、汽车、火车、飞机等用粉末冶金摩擦材料的现状及其发展.
7.会议论文姚萍屏我国粉末冶金高性能摩擦材料的发展和思考2004
本文简述了我国粉末冶金高性能摩擦材料的发展历程,重点介绍了我国不同用途粉末冶金高性能摩擦材料的研究进展,分析并预测了发展趋势,同时,对我国粉末冶金高性能摩擦材料研究和生产工作进行了初步的思考.
8.会议论文孙学广铁基粉末冶金摩擦材料研究与应用1988
9.期刊论文陈洁.熊翔.姚萍屏.李世鹏.CHEN Jie.XIONG Xiang.YAO Ping-ping.LI Shi-peng Fe在铜基粉末冶金摩
擦材料中的作用-粉末冶金工业2006,16(4)
研究了Fe在铜基粉末冶金航空摩擦材料中的摩擦磨损作用及机理.研究表明:Fe在铜基摩擦材料中起到了摩擦组分的作用,对材料的机械性能和摩擦磨损性能起到了重要的作用.Fe能提高铜基摩擦材料的强度、硬度;当Fe含量超过4%后,随Fe含量的增加,材料的摩擦系数及稳定性增加;高速摩擦条件下
,Fe能促进摩擦面氧化膜的形成,减小材料的摩擦系数和磨损量.
10.学位论文石岩Cu基粉末冶金摩擦材料激光表面改性研究2007
论文针对我国现生产的大负载湿式 Cu 基粉末冶金摩擦片性能远不能满足新型传动装置对摩擦材料的要求，存在着摩擦系数低，磨损严重，许用热负荷低等缺点的问题，充分利用激光表面改性技术的独特优点，提出铜基粉末冶金摩擦材料激光表面改性处理方法。
本文研究的对象是我国现生产的大负载铜基粉末冶金摩擦片成品样件，采用宽带激光束对摩擦材料进行激光表面改性处理。在温度场数值模拟分析和基础工艺研究的基础上，借助扫描电镜、透射电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微维氏硬度计、布氏硬度计及摩擦磨损实验机等仪器设备，对铜基粉末粉末冶金摩擦材料的微观组织形貌、硬度、密度及干滑动摩擦磨损特性进行了较为系统的研究与分析。最后通过离合器摩擦元件动态性能试验台对激光表面改性处理和未处理的铜基粉末冶金摩擦片进行了对比考核试验。
利用非线性瞬态热传导微分方程，建立了Cu 基粉末冶金摩擦材料激光表面热处理数学模型。并基于物理过程分析，利用 ANSYS进行了温度场数值模拟，获得了纵向断面温度场分布云图及表面温度分布曲线。
基础工艺试验结果表明，Cu 基粉末冶金摩擦材料激光表面改性处理后，粉末冶金层的微观结构和性能发生明显的变化。在激光功率 1.3kW、扫描速度为150mm/min 条件下激光表面改性后的Cu基粉末冶金摩擦材料中Cu的晶格常数略微增大，增大约 0.54‰。聚合生长状态的α-Cu 产生边缘溶解，大块聚合态α-Cu 细小化。在α-Cu 内部形成了大量的纳米晶。激光表面改性处理后 Cu 基粉末冶金摩擦材料层密度提高了6％，硬度提高 12.7％，耐磨性能提高 45％，摩擦系数增加 1％。
摩擦元件动态性能测试结果表明，激光表面改性处理后的 Cu 基粉末冶金摩擦片静摩擦系数由原始未处理状态的 0.136提高到0.146，提高了
7.4％，动摩擦系数由 0.065提高到 0.071，提高了9.2％，摩擦系数随速度变化影响小，摩擦系数稳定；摩擦片磨损量由原始未处理状态的0.009mm下降到0.006mm，降低了33％，磨损率由6.49×10<'-15>m<'3>/J下降到3.27×10<'-15>m<'3>/J，降低了49.6％，激光表面改性处理提高了铜基摩擦片的耐磨性能；摩擦片许用热负荷值由原始未处理状态的3.33升高到4.67，提高了40％，铜基粉末冶金摩擦片的耐热性能得到明显的改善。
文中还从微观角度和宏观角度对上述变化进行了系统地分析。包括α-Cu聚合体边缘溶解机理，纳米晶体形成机理，烧结致密化机理，摩擦材料的摩擦磨损机理等。由粉末冶金摩擦材料成份的复杂性和激光表面改性加热和冷却的快速性，导致了微观结构的改变，而微观结构的改变直接影响了摩擦材料性能的变化。
引证文献(12条)
1.王广达.方玉诚.罗锡裕粉末冶金摩擦材料在高速列车制动中的应用[期刊论文]-粉末冶金工业 2007(04)
2.王绪然.冯小明.王忠轧制无压烧结铁基干式摩擦材料的研制[期刊论文]-铸造技术 2007(01)
3.马行驰.何国求.陈成澍.何大海.胡正飞现代轨道交通摩擦集电材料及相关载流摩擦磨损研究进展[期刊论文]-材料导报 2007(03)
4.郭林添加剂对粉末316L不锈钢烧结性能及摩擦磨损性能的影响[学位论文]硕士 2007
5.郭林添加剂对粉末316L不锈钢烧结性能及摩擦磨损性能的影响[学位论文]硕士 2007
6.姚萍屏.熊翔.李世鹏.陈洁.黄伯云合金元素锌/镍对铜基粉末冶金刹车材料的影响[期刊论文]-润滑与密封
2006(04)
7.肖鹏.熊翔.任芸芸制动速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响[期刊论文]-摩擦学学报 2006(01)
8.肖鹏.熊翔.任芸芸不同成分对C/C-SiC材料摩擦磨损行为的影响与机理[期刊论文]-中国有色金属学报 2005(07)
9.刘建秀.于善启.陆立颖铜基摩擦材料压缩冲击特性研究[期刊论文]-煤矿机械 2005(12)
10.滕杰高速列车用铝基复合材料制动盘及其闸片的制备、摩擦磨损性能及机理研究[学位论文]博士 2005
11.刘有德汽车同步器粉末冶金同步环用湿式铜基摩擦材料[学位论文]硕士 2005
12.张弘.宋子濂稀土在铁基粉末冶金材料中的作用综述[期刊论文]-稀土 2004(04)
本文链接：https://www.doczj.com/doc/6b69334.html,/Periodical_jcclgy200106001.aspx
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