树脂基摩擦材料具有机械强度高、弹性模量大、耐磨、摩擦系数稳定等优点被广泛应用于汽车工业中,然而苛刻的工况条件对树脂基摩擦片的综合性能提出了更高的要求。树脂基摩擦材料中,金属增强纤维表面缺少活性基团导致树脂粘结剂与金属纤维的结合界面性能差,成为了汽车摩擦片最薄弱的环节。此外,填料在摩擦材料中起调节摩擦系数、减小磨损率、提高基体强度的作用。如何提高粘结剂与增强纤维之间的界面结合力,以及如何优化填料配方,以获得性能优异、使用寿命长的汽车摩擦片成为亟待解决的问题。稀土元素位于元素周期表第Ⅲ族副,具有独特的4f电子层结构,化学活性高,一般以稀土化合物的形式存在,其界面结合性优异,因此在材料表面改性、润滑、提高耐热性能等方面有着广泛的应用。稀土氧化镧具有六方晶系结构,有很好减磨作用,镧元素的加入在树脂和金属纤维的界面起到中间介质的作用,从而改善界面结合性能。此外,纳米碳化硅和纳米碳化硼硬度高、比刚度和比强度大、耐磨,在颗粒增强摩擦材料中用于传递和分配外载荷以提高摩擦材料的强度。本文基于稀土氧化镧以及纳米碳化硅和纳米碳化硼的特性,研究了稀土氧化镧增强汽车摩擦片性能及磨损机理;探究了纳米碳化硅与碳化硼复合稀土氧化镧增强汽车摩擦片的摩擦作用机制。采用热-结构耦合分析模型,总结了汽车摩擦片的摩擦制动过程中的温度与应力分布规律。本文研究内容和具体工作如下:(1)研究了稀土氧化镧对树脂基汽车摩擦片摩擦磨损性能的影响。采用稀土氧化镧与铜纤维、硫酸钡晶须、紫铜粉、氧化镁、氧化铝、硼化锆、硅酸钙、铬铁矿粉、芳纶、丁腈橡胶、石墨混杂增强,针对稀土氧化镧的含量设计了 6组试样配方,工艺窗口为2%-12%。实验结果表明氧化镧含量在6%时,摩擦试样剪切强度最大、硬度最高;高温摩擦系数较高,磨损低且稳定;磨损面光洁、平整,损伤最小,磨痕最浅。摩擦材料在各氧化镧含量范围内表现出不同的磨损机理,低含量下(<6%),以磨粒磨损和粘着磨损为主,高含量下(>6%),以粘着磨损和疲劳磨损为主。(2)研究了纳米填料复合氧化镧对汽车摩擦片摩擦磨损性能的影响。制备CaSiO3、纳米SiC、纳米B4C复合氧化镧增强汽车摩擦片,将摩擦试样进行摩擦磨损实验。纳米SiC填料试样的高温摩擦系数明显提高,磨损率较大,磨损面磨痕较多;纳米B4C填料试样的摩擦系数较低,摩擦系数稳定,磨损率低,磨损面光洁、平整。高硬度的纳米B4C颗粒强化了材料的机械啮合力,提高了摩擦磨损性能。添加纳米碳化硅的摩擦材料磨损机理以磨粒磨损为主,添加纳米碳化硼的摩擦材料磨损机理以疲劳磨损为主。(3)研究了汽车摩擦片制动过程中的温度和应力分布规律。采用热-结构耦合分析手段,对制动器摩擦生热过程进行分析,建立盘式制动器热-结构耦合分析模型。先进行制动过程动力学计算,再引入具有温度自由度的Solid226耦合单元,计算耦合动力学模型。仿真结果表明汽车摩擦片中心区域温度高达498.57℃且应力高达18.929 MPa。最大应力和最高温度出现在同一时刻、同一位置,且温度和应力分布呈一定梯度,汽车摩擦片的温度和应力存在耦合关系。