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計院有限公司，陜西 咸陽 712000)

0 引 言

剎車片是汽車制動系統中的重要零部件，它是影響汽車剎車性能好壞的關鍵性因素。理想的剎車片摩擦材料應具有較好的穩定性、摩擦系數變化小、磨損小，提高制動可靠性，延長剎車片使用壽命的優點。我國剎車片的研究起步較晚，與世界發達國家還有一些差距，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的4類轎車所使用的同批次盤式剎車片，在試驗方法上，每項試驗做三組平行試驗取其平均值作為最后參數。

1 試驗設備及樣品制備

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臺上，為排除測量誤差，測定點均勻分布在整個試樣表面(必須避開孔和槽)，各測定點間距不小于4 d(d為壓痕直徑)，并離試樣邊緣的距離不小于2.5 d，重復測量5次取平均值作為最終測量結果。

利用XD-MSM(11-075)改進型定速式摩擦試驗機進行剎車片的摩擦磨損試驗，參照GB5763—2008標準，剎車片對偶盤的硬度為HT202，試驗前用丙酮或酒精清洗對偶盤。試樣在100℃±10℃的條件下進行磨合，轉速為500 r/min，當磨合后試樣接觸面積達到95%以上開始正式試驗，每個溫度段測定摩擦盤旋轉5 000轉期間的摩擦力，載荷為1 225 N，試驗過程中通過向對偶盤及其軸承進行風冷和噴水來控制剎車過程的工作環境，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量磨損量表示，每種剎車片試樣重復實驗3次，取平均值作為最終試驗結果，見表1、表2。

表1 摩擦系數對比表

表2 磨損率對比

(磨損率的單位為10-7cm3/N.M)

2 試驗結果與分析

2.1 摩擦性能與磨損率

根據摩擦性能(表1、表2)可以看出，AB兩組試驗的摩擦系數均呈現低溫階段系數較低，高溫階段系數較高，A組試驗在同一溫度段的升溫和降溫階段摩擦系數不穩定，而B組試驗在同意溫度段的升溫和降溫階段摩擦系數很穩定，并隨著溫度的升高系數逐漸升高。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隨著溫度的升高磨損率增大的趨勢。對兩組試驗進行質量磨損得出的結果為A組試驗質量磨損的平均值為0.403 7 g，B組試驗質量磨損的平均值為1.170 6 g。

剎車片經過經過350℃高溫之后進入降溫階段，從300℃開始每1 500轉為一個溫度段，降溫階段采取吹風冷卻和噴水冷卻共同作用。剎車片經過高溫后其內部的有機物會揮發出來，更有利于判斷其性能，通過圖1、圖2可以看出A組剎車片呈現低溫階段摩擦系數較低，隨著穩定的升高摩擦系數隨之升高，在噴水降溫時其摩擦系數會有所下降波動頻率較大有一定的規律性；B組剎車片在低溫和高溫階段摩擦系數基本保持一致未出現較大變浮，性能較穩定優于A組剎車片。

圖1 A組剎車片連續降溫摩擦性能曲線

圖2 B組剎車片連續降溫摩擦性能曲線

研究表明剎車片摩擦系數最好適中，過大過小都不利于制動，摩擦系數大于0.40容易發生突然抱死，嚴重的可能導致翻車；摩擦系數小于0.35，剎車時就會超過安全制動距離甚至剎車失靈，當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

洛氏硬度的測量點為靠近四周測四個點中間測一個點，由表3可以看出AB兩組試驗硬度均呈現四周的硬度較小中間較大，B組試驗均大于A組試驗。A組樣品的標準偏差為3.67，B組樣品的標準偏差為9.44，標準偏差越小穩定性越好。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，大量試驗表明洛氏硬度在40～70之間達到性能最優，有利于制動操作的平穩舒適、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果的摩擦表面，減少碳化層連續相的生成，并不斷磨去舊的工作面產生新的表面，從而減輕熱衰退和減少制動噪音。

3 結 語

綜上所述，NAO剎車片的特點是質量輕、密度小、硬度較小，同時摩擦系數易受高溫影響引起熱衰退，因為在高溫狀態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或產生制動噪音。半金屬剎車片熱穩定性好，在高溫時摩擦系數保持穩定，無熱衰退現象，磨損率較低。

隨著我國節能環保政策的落實，新版GB5763國家標準也會隨之而來，新標準不僅對原有的強制性標準提出更嚴格的參數，還在噪音、粉塵、異味、重金屬等方面提出了要求。同時，消費者也在舒適度、穩定性、使用壽命等方面提出意見。因此，研制新型環保節能的剎車片成為當今迫切而重要的課題，需要業內的同仁積極配合共同研發。