Экспериментальное изучение трибологических характеристик углеродных композитов, изготовленных для авиационных тормозов
Автор: Иван Владимирович Шкалей
Соавторы: Буковский П.О.
Организация: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
В работе изучались два типа образцов из углерод-углеродного фрикционного материала (УУКМ). Образцы первого типа были изготовлены на основе серийного отечественного УУКМ марки «Термар-АДФ» на основе дискретного графитированного волокна длиной 40 мм в готовом материале. Образцы второго типа были изготовлены из углеродного материала производства КНР. Этот материал был изготовлен из квазитрехмерной игольчатой заготовки из карбонизованного углеродного волокна на основе полиакрилонитрила, которая была изготовлена из чередования направления укладки углеродной ленты (под 90°) и рубленого войлока, с последующим иглопробиванием слоев [1]. Преимуществом второго материала заключается в том, что тепло от фрикционного разогрева не аккумулируется на поверхности трения, а равномерно распределяется по всему объему композита. Образцы были изготовлены в виде колец с диаметром 28 мм внешним, 20 мм внутренним и высотой 15 мм из авиационного тормозного диска.
Экспериментальное исследование трибологических характеристик проводилось на лабораторном трибометре UMT-2 по схеме контакта «кольцо-кольцо» с вариацией контактных давлений P от 0,5 до 1 МПа и скоростей скольжения V от 1 до 4 м/с. Данные нагрузочно-скоростных режимов были взяты из имеющихся методик проведения модельных испытаний углеродных композитов тормозных дисков [2]. Во время проведения экспериментов происходил фрикционный разогрев пары трения, при максимальных P и V температура в контакте достигала отметки в 1200°С. При достижении температуры в зоне контакте равной 400°С углерод начинает активно взаимодействовать с кислородом, вызывая его горение, которое сильно искажает показатели износа. Во избежание горения образцов все эксперимента были проведены в среде инертного газа.
На рис. 1 изображены зависимости коэффициента трения (а) и интенсивности изнашивания (б) от PV для отечественного (1) и зарубежного (2) композитов.
Для исследуемых композитов наблюдается пик интенсивности изнашивания при PV = 1, обусловленный сухим трением вследствие испарения влаги из пор композита. Из рис. 1,б видно, что дополнительное пробивание УУКМ перпендикулярными нитями увеличивают износостойкость самого материала.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант №19-19-00548-П).
1. Wu S., Yi M., Ge Y., Ran L., Peng K. Effect of carbon fiber reinforcement on the tribological performance and behavior of aircraft carbon brake discs // Carbon. 2017. Vol. 117. P. 279-292.
2. Чичинадзе А.В., Албагачиев А.Ю., Кожемякина В.Д., Коконин С.С., Суворов А.В., Кулаков В.В. Оценка фрикционно-износных характеристик отечественных углеродных фрикционных композиционных материалов для нагруженных тормозов самолетов // Трение и износ. 2009. Т. 30. № 4. С.359-371.
