NAO剎車片與半金屬剎車片摩擦磨損性能研究淺析

吳軍鵬

(咸陽非金屬礦研究設(shè)計院有限公司，陜西 咸陽 712000)

0 引 言

剎車片是汽車制動系統(tǒng)中的重要零部件，它是影響汽車剎車性能好壞的關(guān)鍵性因素。理想的剎車片摩擦材料應(yīng)具有較好的穩(wěn)定性、摩擦系數(shù)變化小、磨損小，提高制動可靠性，延長剎車片使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。我國剎車片的研究起步較晚，與世界發(fā)達(dá)國家還有一些差距，同時歐洲和日本的制造理念不同。該次主要研究的是德系奔馳系列兩組無石棉-非鋼纖維型剎車片(A型剎車片)和半金屬剎車片(B型剎車片)。該次研究均選取德國生產(chǎn)的4類轎車所使用的同批次盤式剎車片，在試驗(yàn)方法上，每項試驗(yàn)做三組平行試驗(yàn)取其平均值作為最后參數(shù)。

1 試驗(yàn)設(shè)備及樣品制備

室溫下用XHRD-150電動塑料洛氏硬度計測試試樣的洛氏硬度，測定硬度前用砂輪打磨鋼背表面的鉚釘使其可以平整地放在試驗(yàn)臺上，為排除測量誤差，測定點(diǎn)均勻分布在整個試樣表面(必須避開孔和槽)，各測定點(diǎn)間距不小于4 d(d為壓痕直徑)，并離試樣邊緣的距離不小于2.5 d，重復(fù)測量5次取平均值作為最終測量結(jié)果。

利用XD-MSM(11-075)改進(jìn)型定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剎車片的摩擦磨損試驗(yàn)，參照GB5763—2008標(biāo)準(zhǔn)，剎車片對偶盤的硬度為HT202，試驗(yàn)前用丙酮或酒精清洗對偶盤。試樣在100℃±10℃的條件下進(jìn)行磨合，轉(zhuǎn)速為500 r/min，當(dāng)磨合后試樣接觸面積達(dá)到95%以上開始正式試驗(yàn)，每個溫度段測定摩擦盤旋轉(zhuǎn)5 000轉(zhuǎn)期間的摩擦力，載荷為1 225 N，試驗(yàn)過程中通過向?qū)ε急P及其軸承進(jìn)行風(fēng)冷和噴水來控制剎車過程的工作環(huán)境，用精度為0.01 mm的千分尺和分度值不低于0.001 g 的電子天平秤測量試樣厚度及重量磨損(g/克)，磨損率以單位長度的質(zhì)量磨損量表示，每種剎車片試樣重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，取平均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果，見表1、表2。

表1 摩擦系數(shù)對比表

表2 磨損率對比

(磨損率的單位為10-7cm3/N.M)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 摩擦性能與磨損率

根據(jù)摩擦性能(表1、表2)可以看出，AB兩組試驗(yàn)的摩擦系數(shù)均呈現(xiàn)低溫階段系數(shù)較低，高溫階段系數(shù)較高，A組試驗(yàn)在同一溫度段的升溫和降溫階段摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，而B組試驗(yàn)在同意溫度段的升溫和降溫階段摩擦系數(shù)很穩(wěn)定，并隨著溫度的升高系數(shù)逐漸升高。在磨損率方面，由于剎車片表面有一層燒蝕層可能在100℃階段磨損率較大，在升溫階段的磨損率基本呈現(xiàn)隨著溫度的升高磨損率增大的趨勢。對兩組試驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量磨損得出的結(jié)果為A組試驗(yàn)質(zhì)量磨損的平均值為0.403 7 g，B組試驗(yàn)質(zhì)量磨損的平均值為1.170 6 g。

剎車片經(jīng)過經(jīng)過350℃高溫之后進(jìn)入降溫階段，從300℃開始每1 500轉(zhuǎn)為一個溫度段，降溫階段采取吹風(fēng)冷卻和噴水冷卻共同作用。剎車片經(jīng)過高溫后其內(nèi)部的有機(jī)物會揮發(fā)出來，更有利于判斷其性能，通過圖1、圖2可以看出A組剎車片呈現(xiàn)低溫階段摩擦系數(shù)較低，隨著穩(wěn)定的升高摩擦系數(shù)隨之升高，在噴水降溫時其摩擦系數(shù)會有所下降波動頻率較大有一定的規(guī)律性；B組剎車片在低溫和高溫階段摩擦系數(shù)基本保持一致未出現(xiàn)較大變浮，性能較穩(wěn)定優(yōu)于A組剎車片。

圖1 A組剎車片連續(xù)降溫摩擦性能曲線

圖2 B組剎車片連續(xù)降溫摩擦性能曲線

研究表明剎車片摩擦系數(shù)最好適中，過大過小都不利于制動，摩擦系數(shù)大于0.40容易發(fā)生突然抱死，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致翻車；摩擦系數(shù)小于0.35，剎車時就會超過安全制動距離甚至剎車失靈，當(dāng)然這是在行車過程中保持一定行車距離的前提下。

表3 洛氏硬度

(洛氏硬度單位為HRM)

2.2 摩擦性能與洛氏硬度

洛氏硬度的測量點(diǎn)為靠近四周測四個點(diǎn)中間測一個點(diǎn)，由表3可以看出AB兩組試驗(yàn)硬度均呈現(xiàn)四周的硬度較小中間較大，B組試驗(yàn)均大于A組試驗(yàn)。A組樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.67，B組樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差為9.44，標(biāo)準(zhǔn)偏差越小穩(wěn)定性越好。硬度對摩擦材料有很大影響，硬度過高易引起制動噪音，過小則可以使磨損率增大減少使用壽命，大量試驗(yàn)表明洛氏硬度在40～70之間達(dá)到性能最優(yōu)，有利于制動操作的平穩(wěn)舒適、對偶盤的損傷。兩組試樣在21℃條件下A組測得的密度的平均值為2.21 g/cm3，B組試樣的密度為3.03 g/cm3。降低剎車片的密度可以形成松散結(jié)果的摩擦表面，減少碳化層連續(xù)相的生成，并不斷磨去舊的工作面產(chǎn)生新的表面，從而減輕熱衰退和減少制動噪音。

3 結(jié) 語

綜上所述，NAO剎車片的特點(diǎn)是質(zhì)量輕、密度小、硬度較小，同時摩擦系數(shù)易受高溫影響引起熱衰退，因?yàn)樵诟邷貭顟B(tài)下摩擦材料中的一些高分子聚合物(酚醛樹脂及橡膠)形成碳化層降低摩擦系數(shù)或產(chǎn)生制動噪音。半金屬剎車片熱穩(wěn)定性好，在高溫時摩擦系數(shù)保持穩(wěn)定，無熱衰退現(xiàn)象，磨損率較低。

隨著我國節(jié)能環(huán)保政策的落實(shí)，新版GB5763國家標(biāo)準(zhǔn)也會隨之而來，新標(biāo)準(zhǔn)不僅對原有的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)提出更嚴(yán)格的參數(shù)，還在噪音、粉塵、異味、重金屬等方面提出了要求。同時，消費(fèi)者也在舒適度、穩(wěn)定性、使用壽命等方面提出意見。因此，研制新型環(huán)保節(jié)能的剎車片成為當(dāng)今迫切而重要的課題，需要業(yè)內(nèi)的同仁積極配合共同研發(fā)。