新材料在汽车刹车片上的应用

新材料在汽车刹车片上的应用

Summary：经济的发展，人民生活水平的提高，促进人们对汽车需求量的不断增多。当前，随着我国汽车保有量的不断增加，交通事故的发生率也大大增加，大部分原因与汽车制动系统的刹车有关，这就需要不断开发新材料，使汽车的制动系统发挥更好的制动性能。另外，由于全球的能源危机和石油资源日益减少，为了节约能源，也为了保护人们的健康，就需要研究新的材料，使汽车的燃油消耗率降低，以保护环境，节约能源。这就对汽车制动系统中的材料提出了更高的要求。本文就新材料在汽车刹车片上的应用展开探讨。Keys：新材料；刹车片；陶瓷；碳纤维引言汽车刹车片一般由钢板、粘接隔热层和摩擦块构成，钢板要经过涂装来防锈，涂装过程用SMT－4炉温跟踪仪来检测涂装过程的温度分布来保证质量。其中隔热层是由不传热的材料组成，目的是隔热。摩擦块由摩擦材料、粘合剂组成，刹车时被挤压在刹车盘或刹车鼓上产生摩擦，从而达到车辆减速和制动的目的。1汽车对“刹车片”应具备的性能要求在汽车的刹车系统中，刹车片是最关键的安全零件，车辆的减速、停止全靠它与制动盘的摩擦来实现，所以对其材料性能要求是：（1）应具有良好的制动性能，摩擦系数是决定刹车片的制动性能的关键，摩擦系数太高(高于0．4)，制动过程中车轮容易突然抱死，方向失控，造成翻车事故或烧片;摩擦系数太低(低于0．3)，刹车时制动距离过长甚至刹车失灵；（2）合适的硬度，硬度太高刹车时就会产生噪音；（3）寿命长，通常刹车片应能保证3～5万公里的使用寿命;（4）比较低的磨损率（5）较高的孔隙率；（6）抗高温性，应在1000℃左右保证刹车片性能参数不变；⑺无噪音、低损耗；⑻环保化等。刹车片是汽车的安全零件，但又是易损零件，车辆配件维修需用量比较大，所以对汽车刹车片的质量进行研究不仅对驾乘人员生命财产的安全具有一定的意义，而且对我国汽车工业的发展具有现实意义。2新材料在汽车刹车片上的应用2.1金属混合物刹车片半金属性混合刹车片。“半金属”混合物型刹车片采用粗糙的钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物。金属材质的钢丝绒的强度较大，导热性较好，而且还具有磁性，这使得半金属混合型刹车片和传统的刹车片有不同的刹车特性，呈现出鲜明的特点：很好的温度控制能力；较好的散热性和良好的经济性和能承受较高的制动温度。它的缺点是耐热性不好，容易产生噪音，磨损比较厉害。这种刹车片材料是现在家用轿车常用的。因为其价格便宜，性价比高，所以比较受欢迎。（2）少金属性混合刹车片。少金属混合刹车片采用少量的金属原料和其他物质的混合物。由于金属的含量较低，所以它的优点是：摩擦性能相对于半金属型混合刹车片更好，较好的舒适性，承受更高的制动温度。但是它也有缺点，比较容易生锈。由于它的优点比较突出，因此它的价格比半金属混合物刹车片贵。2.2碳纤维增强复合材料的性能特点碳纤维复合材料是碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成的结构材料。其增强体是:碳纤维或碳纤维织物，基体为:碳或石墨化的树脂。其主要性能特点是:（1）比模量、比强度高，比模量是钢和铝合金的1．5～2倍、比强度是钢和铝合金的2．5～5倍。（2）抗疲劳性能好，碳纤维与基体间的界面能够有效地阻止疲劳裂纹的扩展，从而很好地提高了碳纤维复合材料的抗疲劳性能。（3）减震性好，碳纤维复合材料的界面吸收震动能量的能力很好，有较高的自震频率，从而使材料的震动阻尼较高。（4）有良好的加工工艺性能，可模压成型、挤压成型也可注射成型。（5）具有良好的耐化学腐蚀性能，除强氧化性外，在室温、常压下几乎呈化学惰性。（6）刚性大、应变小。（7）抗摩擦性能好、环保。（8）耐高温、耐油、耐水。（9）经济性方面:汽车刹车片摩擦材料所用的碳纤维是短切的，即可以使用其他领域淘汰的边角料，我们市场调查得知随着碳纤维应用领域的扩大，生产它的厂家就会像雨后春笋般的数量增多，这将会使碳纤维的价格将大幅下降。从而就使碳纤维复合材料使用成本降低，被普通汽车车辆所接受。根据以上分析，最终确定选择碳纤维增强复合材料为制造汽车新型刹车片的材料。2.3陶瓷刹车片作为摩擦材料中的新品,陶瓷刹车片具有无噪声、无落灰、不腐蚀轮毂、使用寿命长、环保等优点。陶瓷刹车片最初由日本刹车片企业于20世纪90年代研制成功,逐渐成为刹车片市场的新宠,目前占据了北美、日本大部分汽车厂商原装配套的市场份额。日本和北美汽车市场现在使用非常广泛，欧洲新车型也开始装配陶瓷刹车片。国际市场对陶瓷摩擦材料的认可，加速了我国对陶瓷刹车片的研发。目前，国内主流刹车片企业已经具备了中高端陶瓷刹车片的自主研发与生产能力，并已为国外一些大汽车制造商配套，逐步进入国外中高端市场。但是，国内市场尚未得到很好的开发。原因在于首先陶瓷摩擦材料价格高，主机厂很难接受。其次国外对噪声、环保要求较高，陶瓷摩擦材料因其无噪声、耐用、环保等优点在国外备受青睐，而国内没有这方面的要求，消费者这方面的意识也比较欠缺。国内汽车刹车片的发展还停留在注重制动效果与安全性的阶段，没有发展到注重舒适性、环保性的阶段。陶瓷刹车片虽然短期内不太可能替代传统刹车片，但现代汽车正朝着高性能、高速度、安全舒适等方向发展，这就要求作为汽车重要组成部分的制动系统必须安全可靠，同时必须不断开发新的刹车材料以满足更严格的要求，陶瓷刹车片必然成为今后的一个发展趋势。2.4摩擦性能调节剂摩擦性能调节剂是一类添加到摩擦材料中能改进摩擦系数和磨损率的物质，主要分为润滑剂和研磨剂两大类。润滑剂的主要目的是减小制动时摩擦系数的变化。常用的润滑剂包括石墨和各种类型的金属硫化物。金属硫化物被认为是比石墨更好的润滑剂，因为酚醛树脂黏结剂与石墨的低黏结强度不能满足现代汽车工业高效制动的要求，会加速摩擦材料的磨损，而金属硫化物不存在这个问题。但是一些化合物如铅和锑的硫化物是有毒的，所以更加安全的金属硫化物如锡、铜、钼的硫化物有可能成为理想的润滑剂。研磨剂能增加摩擦材料的摩擦系数，但同时也会增加对偶件的磨损。它们可移除对偶材料上的铁氧化物以及制动时产生的有不利影响的表面膜，但高含量的研磨剂会增加摩擦系数的波动性。研磨剂主要是金属氧化物、石英粉和硅酸盐化合物的坚硬颗粒。其莫氏硬度值一般为7~8；常用研磨剂有锆氧化物、硅酸锆、氧化铝、碳化硅、二氧化硅和铬氧化物等。结语在科技发展日新月异的今天，新型材料为汽车在未来的发展提供了很大的帮助。新型刹车片可减轻汽车的质量，保障驾乘人员的安全，且满足人们对于燃油经济性和环保的要求，正在被全球各大汽车厂使用和检验。新能源汽车的起步和其行驶速度快、行驶里程短等特点，对汽车的刹车系统提出了更高的要求，包括可回收能量、吸收能量和储存能量。未来汽车刹车系统会随着新能源汽车产业的发展不断突破，不断提升。Reference[1]张文毓.汽车刹车片研究进展[