随着轨道交通和新能源汽车对轻量化、高制动效能需求的提升，铝基复合材料制动盘因其低密度、高比强度等优势逐渐成为传统铸铁盘的替代方案。然而，铝基材料硬度较低、热导率高，与树脂基摩擦材料匹配时易出现界面结合强度不足、磨损机制复杂等问题。本文从界面设计优化与磨损机理协同控制角度，系统探讨高性能树脂基摩擦材料在铝基制动盘上的应用策略。
一、界面设计的核心挑战与优化路径
铝基制动盘与树脂基摩擦材料的界面失效主要源于热膨胀系数差异导致的应力集中、树脂基体热分解引发的粘结强度下降，以及硬质颗粒对铝基表面的犁削作用。针对上述问题，界面设计需从材料改性、结构创新与工艺调控三方面协同突破。
1.1 树脂基体的增韧改性
传统酚醛树脂因模量高、脆性大，难以适应铝基制动盘的软质特性。研究显示，腰果壳油改性酚醛树脂（CNSLPF）通过引入柔性侧链，可使基体断裂韧性提升30%以上，同时将热分解温度从320℃提高至380℃。在树脂含量为26%-28%时，摩擦材料硬度降至85-90HRB，与铝基表面形成更优的机械互锁，制动过程中摩擦系数波动幅度减小。
1.2 纤维增强体的梯度分布
采用芳纶纤维与碳纤维的混杂增强体系，通过热压烧结工艺实现纤维的梯度分布。表层芳纶纤维（体积分数15%）可吸收制动冲击能量，减少界面裂纹扩展；内层碳纤维（体积分数10%）利用其高导热性快速分散摩擦热，避免局部过热导致的树脂热分解。试验表明，该结构使摩擦材料与铝基盘的磨损率分别降低至0.025mm³/MJ和0.018mm³/MJ，较均质结构提升40%以上。
1.3 纳米颗粒的界面强化
在树脂基体中引入1.0%-1.5%的纳米SiO₂颗粒，通过溶胶-凝胶法实现均匀分散。纳米颗粒可填充树脂与纤维间的微观孔隙，使界面剪切强度提升至28MPa，同时其滚动效应减少纤维拔出时的摩擦阻力。SEM观察显示，添加纳米SiO₂后，摩擦材料磨损表面犁沟深度减小，疲劳剥落面积占比从35%降至12%。
二、磨损机理的动态演化与控制策略
铝基制动盘的磨损过程呈现明显的阶段性特征，其机制与制动压力、速度及温度密切相关。
2.1 初始磨合期的机械互磨
在制动初期（0-50次循环），摩擦材料中的硬质颗粒（如硅酸锆）与铝基表面发生机械互磨，形成初始转移膜。此时磨损以粘着磨损为主，摩擦系数波动较大。通过优化硅酸锆粒径（5-10μm）与含量（1.0%-1.5%），可使转移膜在20次循环内达到稳定，摩擦系数标准差降低。
2.2 稳定磨损期的化学协同作用
随着制动次数增加（50-1000次），树脂热分解产物与铝基表面发生化学反应，生成Al₂O₃、SiC等硬质化合物，形成致密的摩擦膜。此时磨损机制转变为磨粒磨损与氧化磨损的复合形式，磨损率降至稳定值。研究发现，在制动压力1.5MPa、速度80km/h条件下，含8% ZrSiO₄的摩擦材料可使铝基盘磨损量减少。
2.3 高速高温下的热-机械耦合失效
当制动温度超过300℃时，树脂基体热分解加速，导致摩擦材料表面孔隙率增加，铝基盘表面出现热软化现象。此时磨损机制以剥层磨损为主，磨损率呈指数增长。通过引入环氧改性酚醛树脂（EMPF）提高基体耐热性，可使热失效临界温度提升至350℃，同时配合碳纤维的导热网络设计，将高温磨损率控制在0.05mm³/MJ以内。
三、未来研究方向与展望
当前研究虽在界面设计与磨损控制上取得突破，但仍需解决以下问题：
开发低成本、可大规模生产的纳米颗粒分散技术；
建立铝基制动盘-树脂基摩擦材料的全寿命周期磨损预测模型；
探索生物基树脂在摩擦材料中的应用，降低对石油基资源的依赖。
通过材料-结构-工艺的多尺度协同创新，铝基制动盘用高性能树脂基摩擦材料有望在轨道交通、新能源汽车等领域实现更广泛的应用，为轻量化制动技术的发展提供关键材料支撑。
