Page 72 - 摩擦学学报2025年第4期
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            燕尾I-C型闸片的有效摩擦面积，大小为550 cm . 本                      理环(制动盘)表面. 随后设定转速、载荷和摩擦功阈值
            文中的高速销-环摩擦磨损试验中对应1:1制动试验台                          参数，开启红外测温设备. 试验开始后高速电主轴带
            同等速度水平下的能量耗散大小E 可由公式(3)计算.                         动环样品达到设定的转速，随后，加载装置带动销样
                                          k1
                                                               品进行加载，试验开始进行. 当到达设定的摩擦功阈
                                       S 1
                              E k1 = E k ×              (3)
                                       S                       值时，电主轴停止转动，1个循环试验结束. 进行目标
            其中，S 代表本文中的高速销-环试验中的摩擦接触面                          循环摩擦次数后更换新的销样品进行试验，盘样品由
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            积，按预磨后85%的贴合水平，大小为0.43 cm . 结合公                    于服役寿命较长，对其表面的摩擦层进行清理，便可
            式(1~3)，燕尾I-C型闸片(轴装)应用1:1制动试验台时，                    开展下一循环次数的试验.
            350 km/h试验速度下的动能耗散大小为26 938 657.41 J，                  众多研究者通常对磨损试验之后的闸片或制动
            对应高速销-环摩擦磨损试验中20 916.15 J的动能耗                      盘进行表征，根据其损伤形貌去推测材料的磨损机制.
            散大小；制动能量密度为14 121.85 J/cm ，对应高速                    但值得注意的一点是，闸片作为多组元复合材料，其
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            销-环摩擦磨损试验中54.91 m/s.                               中各组元的损伤行为分析也是必要的. 为此本中文在
                总结而言，高速销-环滑动磨损试验参数列于表3                         不同累计能量耗散下，开展了闸片固定磨损区域的半
            中，由表3可知，本文中试验选取更为苛刻的单次能量                           原位观察试验，以进一步分析各组元在服役过程中的
            耗散(摩擦力做功)，大小为37 195 J对应于1:1制动试                     损伤行为. 因此我们重新制作了销样品，试验中单次
            验台350 km/h速度条件下制动1.78次；试验速度为                       能量耗散阈值选择5 kJ，预磨程度、试验速度和试验载
            54.91 m/s对应1:1制动试验台的350 km/h试验速度；载                 荷等与之前的循环高速摩擦磨损试验相同，每次5 kJ
            荷0.6 MPa对应1:1制动试验台的中等载荷大小；循环                       能量耗散试验结束后，将夹具卸下进行同一区域各组
            试验次数包括10、14、20、40、60和80次.                          元形态的场发射扫描电子显微镜(SEM)观察，随后将
                                                               夹具安装回原始位置，进行下一次5 kJ的能量截止试
                      表 3    高速销-环滑动磨损试验参数
                                                               验，共进行5次.
                   Table 3    Test parameter of the high-speed
                            pin-ring wear test                 1.3    分析与表征
             Number of cycles Normal load/MPa Speed/(m/s) Energy dissipation/J  采用KEYENCE VHX-6000光学显微镜(OM)观察
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                                                               了制动盘的光学显微组织，样品采用机械研磨法制
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                                                               备，然后在体积分数为4%的硝酸酒精溶液中腐蚀.
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                             0.60      54.91     37 195
                  40                                           磨损三维形貌通过KEYENCE VR-3200轮廓测量仪采
                  60
                                                               集，同时使用RTEC公司的白光干涉仪对环的磨损形
                  80
                                                               貌进行精细表征. 通过场发射扫描电子显微镜(SEM，

            1.2.3    试验步骤                                      Zeiss Sigma 500，Germany)观察磨损形貌和微观结
                高速销-环摩擦磨损试验中，环外径为108 mm，厚                      构，该仪器集成能量色散X射线能谱(EDS)分析系统来
            度为16 mm，由在役制动盘机加工而成；销直径为8 mm，                      确定化学成分. 此外，该设备也集成了电子背散射衍射
            长度为15 mm，由在役闸片机加工而成. 对于闸片的                         (Symmetry，Oxford)分析系统. 为了确定物相组成，采
            高速摩擦磨损行为，本文中使用高速销-环摩擦磨损                            用D/Max-2500PC型X射线衍射仪(XRD，日本RIKEN
            试验机，开展闸片-制动盘摩擦副350 km/h速度水平下                       公司)，在Cu Kα辐射(0.154 18 nm)下，以3 (°)/min的扫
            不同循环次数下的摩擦试验，循环试验次数包括10、                           描速率从20°扫描到60°.

            14、20、40、60和80次. 如1.2.2节所描述的，单次循环
            试验中试验时间这一参数用试验过程中设备实时计                             2    试验结果与讨论

            算的摩擦力做功代替，每次循环试验摩擦力做功                              2.1    闸片和制动盘的组织结构

            大小一致，单次试验中一旦达到所设定的摩擦功阈值                            2.1.1    闸片的组织结构
            时试验停止，待样品冷却至室温再进行下一循环试验.                               当下商业闸片通常以铜合金为基体，添加润滑组
                                                                                                  [17]
                正式开始试验之前，销和环样品首先经历适当的预                         元和增强组元来获得理想的摩擦学性能 . 图2所示
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            磨，使闸片与制动盘贴合面积超过85% (42.704 mm )，                   为闸片的显微结构，其中润滑组元(如石墨和MoS )可
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            预磨结束后对销样品(闸片)称重，使用2 000目砂纸清                        以缓解摩擦过程中闸片与制动盘之间的异常接触现
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