本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种云母表面改性纸基摩擦材料。
背景技术：
纸基摩擦材料是一种应用于湿式离合器和制动器中的关键功能材料，其性能优劣直接影响着传动/制动装置的传扭稳定性及行车安全性。自纸基磨擦材料问世以来，其一直是最具竞争力的湿式摩擦材料。随着机动车辆向高速、重载方向发展，对纸基摩擦材料的性能提出了更高的要求，如适中的摩擦因数、较低的磨损率优异的耐热性能等。
为了满足不同的工况条件，需要在纸基摩擦材料中添加一些物质使其适应不同的工况条件。在纸基摩擦材料的组分中，摩擦性能调节剂及填料对其性能有着重要的影响。云母因其具有较高的物理化学性能稳定性、较高的弹性、滑动性和耐高温，以及其片状结构特点等，而被应用于摩擦材料及润滑油中，以改善其摩擦学性能。云母填充纤维增强环氧树脂基复合材料时随着云母含量的增加，复合材料的摩擦因数及磨损率均降低。将微纳米白云母颗粒作为添加剂加入到矿物润滑油中，可以有效提高润滑油的减摩抗磨性能；但应控制白云母的粒度、添加量、晶型等，以便发挥其改进润滑油摩擦学性能的作用。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善纸基摩擦材料的耐磨性，设计了一种云母表面改性纸基摩擦材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
云母表面改性纸基摩擦材料的制备原料包括：增强纤维：纤维素纤维，长度3-8毫米，直 径10-15微米；短切碳纤维，长度3-5毫米，直径5-8微米；芳纶浆粕，长度2-3毫米，直径3-5微米。黏结剂：腰果壳油改性酚醛树脂。填料及摩擦性能调节剂：高岭土，45微米；硫酸钡，45微米；碳酸钙，45微米；氧化锌，45微米；矿粉，45微米；三氧化二铝，74微米；石墨，74微米；白云母，含水铝硅酸盐物质，具有层片结构，600℃结构无变化，粒径124微米。
云母表面改性纸基摩擦材料的制备步骤为：采用湿法工艺，将增强纤维、摩擦性能调节剂、填料、水等按一定比例混合，经高速乳化打浆、真空过滤，制备出纸基摩擦材料基层预制体，然后将云母均匀沉积在基层预制体表面得到云母摩擦层，烘干后浸渍酚醛树脂溶液，并在170℃温度，1MPa压力下热压固化10min，得到4种不同云母含量的摩擦材料试样。云母质量分数分别为3%、6%、9%和12%，试样依次标记为 C1，C2，C3，C4。同时采用相同的湿法工艺制备出未含云母摩擦层的纸基摩擦材料作为对比试样,标记为C0。摩擦材料试样尺寸为外径103毫米、内径72.6毫米、厚度0.5毫米，并用在摩擦材料表面均布热压出宽度11毫米、深度0.15毫米的径向式油槽44个，以利于供油和散热。
云母表面改性纸基摩擦材料的检测步骤为：采用捷克VEGA TS5316XM型扫描电子显微镜观察纸基摩擦材料磨损前后的表面形貌。采用QM1000-Ⅱ型湿式惯量摩擦性能试验机进行试样的摩擦磨损性能测试。试验前先将试样在N32机油中浸泡24h，并在主轴转速为950r/min，压力为0.5MPa下进行磨合，以使摩擦面和对偶盘接合程度达到80%以上。然后在不同压力和转速条件下对试样进行测试，主要的测试条件：转速分别为1000，2000，3000r/min；压力分别为0.5，1.0，1.5MPa；润滑油温度为80℃；润滑油流速为100ml/min；主轴配置惯量为0.1kg/m2；对偶盘材质为45#钢 硬度为HRC，表面粗糙度为Ra0.8μm。
本发明的有益效果是：
随着云母含量的增加，摩擦力矩减小，制动时间增长。云母含量的增加使摩擦材料的动摩擦因数减小，静摩擦因数增加；且动摩擦因数随着制动压力和转速的增加而减小；在循环制动过程中，云母含量较多的试样表现出优良的制动稳定性。随着云母含量增加，摩擦表面易形成润滑性良好固体润滑膜，有效抑制了磨粒和微裂纹的产生，有利于降低磨损率。
具体实施方式
实施案例1：
云母表面改性纸基摩擦材料的制备原料包括：增强纤维：纤维素纤维，长度3-8毫米，直 径10-15微米；短切碳纤维，长度3-5毫米，直径5-8微米；芳纶浆粕，长度2-3毫米，直径3-5微米。黏结剂：腰果壳油改性酚醛树脂。填料及摩擦性能调节剂：高岭土，45微米；硫酸钡，45微米；碳酸钙，45微米；氧化锌，45微米；矿粉，45微米；三氧化二铝，74微米；石墨，74微米；白云母，含水铝硅酸盐物质，具有层片结构，600℃结构无变化，粒径124微米。云母表面改性纸基摩擦材料的制备步骤为：采用湿法工艺，将增强纤维、摩擦性能调节剂、填料、水等按一定比例混合，经高速乳化打浆、真空过滤，制备出纸基摩擦材料基层预制体，然后将云母均匀沉积在基层预制体表面得到云母摩擦层，烘干后浸渍酚醛树脂溶液，并在170℃温度，1MPa压力下热压固化10min，得到4种不同云母含量的摩擦材料试样。云母质量分数分别为3%、6%、9%和12%，试样依次标记为 C1，C2，C3，C4。同时采用相同的湿法工艺制备出未含云母摩擦层的纸基摩擦材料作为对比试样,标记为C0。摩擦材料试样尺寸为外径103毫米、内径72.6毫米、厚度0.5毫米，并用在摩擦材料表面均布热压出宽度11毫米、深度0.15毫米的径向式油槽44个，以利于供油和散热。云母表面改性纸基摩擦材料的检测步骤为：采用捷克VEGA TS5316XM型扫描电子显微镜观察纸基摩擦材料磨损前后的表面形貌。采用QM1000-Ⅱ型湿式惯量摩擦性能试验机进行试样的摩擦磨损性能测试。试验前先将试样在N32机油中浸泡24h，并在主轴转速为950r/min，压力为0.5MPa下进行磨合，以使摩擦面和对偶盘接合程度达到80%以上。然后在不同压力和转速条件下对试样进行测试，主要的测试条件：转速分别为1000，2000，3000r/min；压力分别为0.5，1.0，1.5MPa；润滑油温度为80℃；润滑油流速为100ml/min；主轴配置惯量为0.1kg/m2；对偶盘材质为45#钢 硬度为HRC，表面粗糙度为Ra0.8微米。
实施案例2：
不含云母的纸基摩擦材料表面具有大量的孔隙。当云母含量较少时，云母较好的填充在基层表面孔隙中，且材料基层表面依然存有较多的孔隙。当云母含量增加到6%时，填充于基层表面孔隙中云母含量增加，材料表面孔隙减少。当石墨含量增加到9%时，云母几乎将基层表面完全覆盖，表面孔隙大量减少，此时云母与基层表面黏结性依然良好。当石墨含量增加到12%时，云母已基本将基层表面完全覆盖，云母均匀的分布在纸基摩擦材料基层表面。
实施案例3：
纸基摩擦材料在湿式啮合/制动过程中经历挤压油膜阶段、混合表面接触阶段和机械接触阶段等3个阶段，相对应的摩擦因数为μi，μd 和μo，其中μi为啮合过程中起始阶段的摩擦因数，μd 为摩擦滑动过程中的摩擦因数，μo为啮合过程中锁止阶段的摩擦因数。摩擦力矩曲线反映了3个阶段的转换过程、制动的平稳性以及制动时间等。在主轴惯量0.1kg/m2，制动压力0.5MPa，制动初速度2000r/min条件下。随着云母含量的增加，摩擦制动时间增加从0.59s左右延长至3.58s左右，增加了约38%，且μi 和μd值降低，从而导致挤压油膜和混合表面接触阶段的摩擦矩值变小，力矩曲线降低。同时发现随着云母含量的增加，试样μo值变化不大，但其与试样μd值的比值有所增大。
实施案例4：
动摩擦因数反映了湿式摩擦材料的传扭能力和制动效率，其值大小受摩擦材料本身和制动条件（制动压力、转速等）的影响。在转速为1000r/min时，当云母含量由0增加到12%时，动摩擦因数从0.125降低到0.100,降低了20%；当转速为2000r/min时，动擦因数从0.116降到0.089，降低了23%；当转速为3000r/min时，动摩擦因数从0.101降到0.076，降低了25%，即在不同转速下随着云母含量的增加，动摩擦因数减小。这主要是因为随着云母含量的增加，当摩擦材料与对偶盘结合时，云母与对偶盘的接触面积增加，更多的层片状云母开始承载剪切力并发生剥分，使摩擦表面更容易形成固体润滑膜，在混合表面接触阶段固体润滑膜润滑作用增强，微凸体之间的机械啮合力减小，降低了动摩擦因数。同时发现，随着转速增加，动摩擦因数减小。当转速较大时，制动能量较高，摩擦表面温度升高，润滑油黏度降低，从而导致油膜的抗剪切能力降低；同时温度升高导致材料表面热衰退程度加剧，强度降低，因此动摩擦因数减小。
实施案例5：
在制动压力0.5MPa下，当云母含量从0增至12%时，动摩擦因数从0.127降到0.092降低了28%；在制动压力1.0MPa下，动摩擦因数从0.106降到0.089，降低了23%；在制动压力1.5MPa下，动摩擦因数从0.103降低到0.086，降低了17%，表明在不同压力下随着云母含量的增加，试样的动摩擦因数减小。同时发现，随着制动压力的增加，动摩擦因数减小。在较大制动压力下制动时间减少，制动过程中能量密度增加，从而导致摩擦表面温度升高，材料表面热衰退加剧；同时，在较大压力下，较多润滑油从材料内部挤压到摩擦表面，降低了摩擦表面的机械啮合力，从而降低了动摩擦因数。静摩擦因数是在试验机主轴转速达到150r/min，运转30s后停机，同时加载载荷，拖动主轴使其打滑的过程中测得的。当云母含量从0增至12%时，静摩擦因数从0.179升到了0.206，即随着云母含量的增加，静摩擦因数增加。静摩擦因数是由摩擦盘从静止到转动过程中，在对偶盘的压应力作用下材料表面形成的油膜黏度和厚度决定的。当云母含量增加时，摩擦材料基层表面孔隙减少，导致材料表面润滑油量减少，润滑油膜不能完全覆盖材料表面的大部分粗糙峰，增加了试样与对偶件的机械接触，从而导致静摩擦因数增大。当云母含量较多时，与对偶盘表面接触的云母表面积增大，更多的载荷转移到云母表面上，在连续制动时，层状结构云母更容易使摩擦表面形成固体润滑膜，有效抑制摩擦表面磨粒和微裂纹的产生，减少了犁沟和切削效应，从而降低了磨损率。