运用摩擦学原理降减动能是车辆和其他装备运动部件实现制动的最主要方式之一,而摩阻材料是实现制动的关键材料,其力学性能、导热性能和摩擦磨损性能等方面的综合表现对车辆和运动部件的安全性至关重要。为了适应车辆和其他装备朝着高速、重载方向发展的需求,人们对与之配套的摩阻材料综合性能的要求越来越高。我国中高端制动器件研发起步较晚,特别是高性能摩阻材料的应用基础研究还较为薄弱,因此,研制高性能、低成本的摩阻材料具有重要的科学意义和应用前景。Fe3Al金属间化合物特殊的晶格结构表现出高强度、高硬度、高耐磨、不易氧化锈蚀和不易高温失效等特点使其完全满足作为摩阻材料基体的全部要求。本文以Fe3Al为基体,辅以A1203、CNTs、La、Cu、MoS2添加物相制备出碳纳米管增强和稀土改性的新型Fe3Al复合摩阻材料,采用场发射透射电镜(FE-TEM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、能量谱仪(EDS)等微观探测手段,对所制备的复合摩阻材料的微观组织、化学成分和相结构进行了分析和表征,利用多功能材料表面综合性能测试仪(CFT-I型)对其摩擦学特性进行了研究。主要创新性研究内容有:采用机械球磨合金化方法制备了 Fe3Al金属间化合物粉体,系统分析了球磨介质(不锈钢球、玛瑙球)、球磨时间(5～30小时)、退火工艺和原料初始粒径等对球磨产物形成的影响机理。结果表明,使用玛瑙球作为球磨介质对初始粒径为1000目的Fe粉和A1粉球磨30小时,所得产物在750℃下真空退火2小时,可制得Fe3Al金属间化合物。球磨介质的密度对球磨进程和物相生成次序的影响较为明显,球磨后退火则对Fe3Al的生成、非平衡物相扩散调节以及消除应力与位错等至关重要。使用预压烧结法制备了 Fe3Al-Cu-Al2O3-MoS2复合摩阻材料,探索了 Cu、Al2O3、MoS2含量的不同对摩擦磨损性能的影响。研究表明,预压压力选用200KN、烧结温度选用1150℃、复合组元添加比例为3%Cu、3%Al2O3、2%MoS2时,所制得复合摩阻材料综合性能相对良好,Cu、Al2O3和MoS2的主要作用分别为提高物相间结合力、增强耐磨性和调节摩擦稳定性。在本实验条件下,该复合材料体系的磨损机理表现为粘着磨损和疲劳磨损相。通过改变材料体系,引入多壁碳纳米管(CNTs)和稀土金属(La)来解决上述体系存在的致密度不高(孔隙较多)、显微硬度较低、粉末间结合力不足、样片摩擦易分层等问题。其中,具有超大长径比(132,000,000:1)的CNTs可作为纤维材料加强复合材料基体的结合强度,金属La则有助于改善复合组元间的润湿性。结果表明,添加0.5%CNTs和0.7%La所制备的摩阻材料除了具有良好的力学性能和摩擦磨损性能外,其在高温抗氧化性、抗热震能力以及抗盐溶液腐蚀性方面均有良好表现。高载荷下的磨损机理由磨粒磨损、疲劳磨损共存逐渐向单一的疲劳磨损转变。采用真空热压烧结法(HPS)解决了基体物相氧化、结合不紧密、孔洞空气膨胀甚至导致开裂等问题。通过对比分析,发现烧结压力可提高基体密度。HPS制备的复合材料具有显著高于商用刹车片的导热能力、力学性能和耐磨性,其原因与复合材料致密的内部结构、复合组元间良好的结合性、CNTs的高热导性和纤维增强能力、La改善Al2O3润湿性等因素有关。复合材料在中高温下的摩擦因数较为稳定且耐磨性较好,主要磨损机理为磨粒磨损和轻微的氧化磨损。常温时在不同滑动速率和摩擦载荷下也具有良好的耐磨性。磨损形貌的进一步观测表明,CNTs通过减少摩擦震动和应力积累以及所形成碎屑的润滑作用显著降低了复合摩阻材料的疲劳磨损情况。