硅酸盐玻璃添加物对风电机组用铜基摩擦材料性能的影响

【摘要】：风电机组摩擦材料玻璃添加物(低温玻璃粉、玻璃微珠)具有低软化温度,在未软化时具有硬度高、耐磨性好,软化后在摩擦表面起到润滑作用。论文研究了作为摩擦改进剂的玻璃添加物含量对材料压制性能、烧结性能、物理力学性能和摩擦磨损性能的影响。在经改造的MM-1000摩擦试验机进行沙尘模拟实验,研究沙尘对材料摩擦磨损性能的影响。结果表明： (1)随玻璃添加物含量的增加,压坯密度、压坯相对密度及烧结体的密度出现下降(压制性变差),而烧结体硬度出现上升。低温玻璃粉的加入有助于提高烧结体相对密度,而玻璃微珠的加入不利于烧结体相对密度的提高,这与两者的粒度差有关。玻璃低温粉在烧结时熔化填充材料中颗粒间隙处。当低温玻璃粉含量达到6%时,其聚集现象开始显现,部分低温玻璃粉聚集在鳞片石墨周围形成弱界面,使基体材料的连续性遭到破坏。玻璃微珠在材料中分布均匀,与其它组元无反应,主要产生球形度的变化。 (2)材料中加入玻璃添加物,材料的摩擦因数增加,这与近摩擦面玻璃添加物在摩擦前期未软化而硬度较高有关。材料中未加入玻璃添加物时,表层基体材料抵抗塑性变形能力相对较弱,摩擦面主要表现为剥层剥落；材料中加入2%低温玻璃粉或材料中加入6%玻璃微珠材料的耐磨性能最佳,适量加入玻璃添加物能抵抗基体的塑性变形,能提高摩擦膜的完整性,增强材料的耐磨性。但过量的玻璃添加物(8%时)对基体产生“割裂”以致破坏摩擦层的连续性,使得材料磨损量增加,摩擦因数上升。材料中低温玻璃粉含量为8%时,其聚集现象明显,在摩擦中发生断裂,摩擦面无法形成致密的摩擦膜；材料中玻璃微珠为8%时,玻璃微珠影响Cu-Sn基体连续均匀地覆盖于摩擦表面,同时也影响石墨在摩擦面的涂抹性,使材料摩擦表面成膜性下降。两种玻璃添加物的粒度差异,造成材料的耐磨性差别较大。 (3)沙尘环境下,材料的摩擦因数和磨损率随玻璃微珠含量增加而增加。当材料中玻璃微珠含量相同时,沙尘环境下材料的摩擦因数均比无沙尘情形下的高。材料中玻璃微珠含量增加,造成基体在表层形成摩擦膜的能力下降,不利于形成抗磨的摩擦膜；另外,沙尘主要通过破坏摩擦膜而影响材料的摩擦磨损性能。因此,沙尘环境下制动曲线不如无沙尘环境下的平稳。材料中添加2%和4%的玻璃微珠,其磨损机制主要为磨粒磨损与剥层磨损,材料中添加6%和8%的玻璃微珠,摩擦面基体材料裸露,其磨损机制主要为粘着磨损与磨粒磨损。 【关键词】：风电机组 粉末冶金 玻璃添加物 软化 摩擦磨损
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 课题研究的工程背景9-11
• 1.1.1 国内外风力发电概况9-10
• 1.1.2 风力发电机组制动系统10-11
• 1.2 摩擦材料概况11-15
• 1.3 粉末冶金摩擦材料15-20
• 1.3.1 粉末冶金摩擦材料的组成及作用15-17
• 1.3.2 粉末冶金摩擦材料的应用17-18
• 1.3.3 铜基粉末冶金摩擦材料的研究现状18-20
• 1.4 材料的摩擦磨损机理20-25
• 1.4.1 摩擦机理概述20-22
• 1.4.2 磨损机理概述22-23
• 1.4.3 摩擦因数的影响因素23-24
• 1.4.4 材料磨损失效及提高耐磨性的措施24-25
• 1.5 论文研究目的与内容25-27
• 第二章 实验与检测分析方法27-35
• 2.1 实验方法27-30
• 2.1.1 实验方案及其步骤27-28
• 2.1.2 原材料规格28-29
• 2.1.3 材料成分设计29
• 2.1.4 材料制备29-30
• 2.2 检测分析方法及设备30-35
• 2.2.1 材料的表观硬度30
• 2.2.2 密度和孔隙度的测量30-31
• 2.2.3 金相31
• 2.2.4 摩擦磨损实验31-33
• 2.2.5 沙尘模拟实验33-34
• 2.2.6 扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS)34-35
• 第三章 玻璃添加物对铜基摩擦材料物理力学性能的影响35-42
• 3.1 玻璃添加物对压制性能的影响35-36
• 3.2 材料显微形貌36-39
• 3.3 玻璃添加物对材料密度和硬度的影响39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 玻璃添加物对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响42-61
• 4.1 铜基摩擦材料摩擦磨损性能42-44
• 4.2 摩擦表面观察与分析44-48
• 4.3 亚表面观察与分析48-52
• 4.4 其它组元对摩擦表面的影响52-55
• 4.5 典型磨屑的分析55-56
• 4.6 铜基摩擦材料磨损机理56-60
• 4.7 本章小结60-61
• 第五章 沙尘对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响61-71
• 5.1 沙尘对摩擦材料和对偶摩擦磨损性能的影响62-63
• 5.2 沙尘对摩擦材料摩擦表面的影响63-66
• 5.3 沙尘对制动曲线的影响66-68
• 5.4 沙尘环境下摩擦材料的磨损机制分析68-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第六章 结论71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 附录79

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