隨著科學技術的不斷進步,交通運輸車輛逐漸向高速化、輕量化和低能耗的趨勢發展。列車速度的提高,制動系統承受著巨大的載荷和動量,這對制動技術提出了更高的要求,在緊急制動情況下,全部能量需要完全由摩擦副承擔,對于制動摩擦狀況,摩擦副處于應力大、溫度高的干摩擦狀態,在摩擦表面形成了厚度為幾微米到幾十微米的第三體。第三體的形態和分布狀況與材料的成分和摩擦條件密切相關,它是影響材料的耐磨性和摩擦系數穩定性的一個重要因素。因此,認識和掌握摩擦過程中產生的第三體對材料的摩擦磨損性能的影響越來越受到重視。諸如關注燒結材料的成分、含量等,研究所產生的第三體對材料摩擦磨損性能的影響,關注燒結材料成分與產生第三體之間的關系,這些工作認為通過調節材料內部各種燒結成分含量的不同會導致所產生第三體的作用不同。因此,為了系統研究摩擦面第三體對摩擦性能的影響機理,本文采取對Q235鋼添加銅粉的方法,研究了外源第三體對材料摩擦性能的影響,并考慮了摩擦順序的作用。
實驗用粉末原料為電解銅粉,銅粉的純度為99.6%,顆粒粒度為300目;試樣材料為Q235鋼,加工成直徑為17mm,厚度為5mm的試樣。摩擦磨損試驗在GF150D定速摩擦機上進行,對偶盤材料為H13,摩擦半徑150mm,速度為100~1000r/min。在每個速度下的摩擦時間均為10s。摩擦順序有兩種:順序一,從低速向高速進行;順序二,從高速向低速進行。
添加外源銅粉后Q235鋼的摩擦系數增加。一方面外源銅粉本身作為第三體參與摩擦試驗,增加了摩擦副微凸體之間的嚙合程度,增加了材料的摩擦阻力,進而起到提高摩擦系數的作用;另一方面,添加外源銅粉后改善了材料的性能,提高了材料的硬度,使得加入外源銅粉后Q235鋼的摩擦系數在較高速度下高于未添加銅粉的Q235鋼材料的摩擦系數。
未加銅粉的Q235鋼材料,在高速下表面形成的第三體層隨著摩擦速度的減小而不斷剝落,增加了微凸體之間的嚙合程度,使得摩擦順序二的摩擦系數高于摩擦順序一的。加入外源銅粉后Q235鋼表面的摩擦性能得到了改善,提高了材料的硬度,在高速下所形成第三體氧化膜在速度下降過程中對切削阻力的貢獻,更提高了摩擦順序二下的摩擦系數。