铜基风电摩擦片的制备及摩擦磨损性能研究

【摘要】：风能作为一种清洁无污染的可再生能源,在调整能源结构、减轻环境污染和促进经济发展等方面发挥重要的作用。风电产业的快速发展使得风电装机容量不断增加,因此,对于风电机组制动系统用的摩擦材料提出越来越严格的要求。目前,风电机组用摩擦材料大部分依靠进口,因此研究开发适用于大功率风电机组用的摩擦材料,对于发展风电机组制动技术和提高经济效益具有重要意义。 本文采用粉末冶金技术制备风电机组用的铜基粉末冶金摩擦材料。选取具有良好导热性的铜作为基体,在基体上添加锡和铁提高基体的强度,同时加入锆英石、氧化铝以及石墨提高材料的摩擦磨损性能。在磨损试验机上进行磨损试验,同时利用扫描电镜观察材料的摩擦表面形貌。通过对比研究不同速度下石墨的含量和粒度对材料摩擦磨损性能的影响,确定风电机组用铜基粉末冶金摩擦材料的最佳成分配比。 实验结果如下： 1、采用粉末冶金技术制备的铜基风电摩擦材料获得了均匀的烧结组织,基体为Cu, Sn和Fe均匀分布在基体上提高基体的强度,作为润滑组元的石墨呈条状分布在基体上,锆英石和氧化铝作为摩擦组元镶嵌在基体上。 2、石墨含量的增加提高了材料的孔隙度,使得各试样密度逐渐减小。石墨含量相同的条件下,石墨粒度越大,颗粒数量越少,表面积越小,石墨与铜构成的结合面越少,使得孔隙减少,300～600μm石墨组试样烧结密度高于100～300μm石墨组试样烧结密度。 3、随着摩擦速度的增加,不同石墨粒度的两组材料的磨损率均增加。对于300～600μm石墨组材料,石墨含量的增加,有利于降低材料的磨损率,这主要是由于较大粒度的石墨更易使得摩擦表面形成具有润滑作用的摩擦膜。而100～300μm石墨组材料的磨损率随着石墨含量的增加而增加,这与较小粒度的石墨破坏基体的连续性使得材料的强度降低有关。 4、石墨含量为10%,粒度为300～600μm的材料具有最佳的摩擦磨损性能。 【关键词】：风电摩擦片 铜基摩擦材料 粉末冶金 摩擦磨损 石墨
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TF125.9
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-22
• 1.1 前言7-8
• 1.2 风力发电的现状及发展趋势8-11
• 1.2.1 世界风力发电的现状及发展趋势8-9
• 1.2.2 中国风力发电的现状及发展趋势9-10
• 1.2.3 风电机组用摩擦材料10-11
• 1.3 铜基粉末冶金摩擦材料11-18
• 1.3.1 铜基粉末冶金摩擦材料的组成11-13
• 1.3.2 铜基粉末冶金摩擦材料的特性13
• 1.3.3 铜基粉末冶金摩擦材料的分类13-14
• 1.3.4 铜基粉末冶金摩擦材料的制备工艺14-16
• 1.3.5 铜基粉末冶金摩擦材料的应用16-17
• 1.3.6 铜基粉末冶金摩擦材料的研究现状和发展趋势17-18
• 1.4 粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损机理18-20
• 1.4.1 摩擦理论概述18-19
• 1.4.2 磨损理论概述19-20
• 1.4.3 材料摩擦系数的研究20
• 1.4.4 材料耐磨性的研究20
• 1.5 论文意义及主要研究内容20-22
• 第二章 材料制备与性能检测22-27
• 2.1 研究目的22
• 2.2 实验方案22
• 2.3 实验材料及设备22-24
• 2.4 材料成分设计24
• 2.5 材料制备24-25
• 2.5.1 原料粉末的混合24
• 2.5.2 粉末的压制24
• 2.5.3 加压烧结24-25
• 2.6 性能检测25-27
• 2.6.1 显微组织25-26
• 2.6.2 XRD分析26
• 2.6.3 密度测试26
• 2.6.4 摩擦表面分析26
• 2.6.5 磨损试验26
• 2.6.6 摩擦系数的测定26-27
• 第三章 材料组织结构研究27-33
• 3.1 引言27
• 3.2 材料的密度27-28
• 3.3 材料的物相分析28-30
• 3.4 材料的组织结构30-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第四章 材料的摩擦磨损性能分析33-42
• 4.1 300～600μm石墨对材料摩擦磨损性能的影响33-37
• 4.1.1 300～600μm石墨对材料磨损率的影响33-34
• 4.1.2 300～600μm石墨组各试样的摩擦表面分析34-36
• 4.1.3 300～600μm石墨对材料摩擦系数的影响36-37
• 4.2 100～300μm石墨对材料摩擦磨损性能的影响37-40
• 4.2.1 100～300μm石墨对材料磨损率的影响37-38
• 4.2.2 100～300μm石墨组各试样的摩擦表面分析38-40
• 4.2.3 100～300μm石墨对材料摩擦系数的影响40
• 4.3 不同石墨粒度的两组试样的耐磨性能的对比研究40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 结论42-43
• 致谢43-44
• 参考文献44-48
• 作者简介48
• 攻读硕士学位期间研究成果48-49

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