用于汽车制动盘的新型天然纤维增强铝复合材料

刊名：Solid State Phenomena（英）

刊期：2015年第254期

作者：CRACIUN Andrei Lucian et al

编译：朱会

汽车制动盘是可减慢或停止车轮运动的装置。制动盘的材料一般采用铸铁，但由于其高密度而会消耗大量的燃料，因此为了减轻汽车质量和提高燃料效率，增加铝的使用量。研究了用于汽车制动盘的新型天然纤维增强铝复合材料。利用粉末冶金技术使用不同的椰棕纤维、摩擦改进剂、研磨材料和固体润滑剂来开发新型天然纤维增强铝复合材料。开发的4种新型材料如表1所示，其中椰棕纤维和铝的含量都不同。

测量4种制动盘新材料的密度和孔隙率（自然状态下材料中的的孔隙体积与材料体积之比，材料中的孔隙能够吸收能量和热量并维持制动盘的性能）。根据EN ISO 6508-1标准：2002，在Rockwell的PH-C-01/02试验台上对这4种新材料在9806N的试验负荷下进行硬度测试。其中，对样本进行试验时需要试验球，其直径为1.58mm，试验时将试验球从一定距离的高处向下自由落体落在试样表面而形成压痕，利用个压痕的算术平均值计算试样的硬度。试验结果表明，含5%椰棕纤维的制动盘材料硬度较高，含15%椰棕纤维的制动盘材料硬度较低，而铝含量较多的制动盘材料硬度最高（51.3HRB）。分析表明，材料中铝和椰棕纤维含量的不同，所制成制动盘的硬度也不相同，CP2和CP3具有更高的密度、更低的孔隙率和更高的硬度，可用于制动盘的制造。天然椰子纤维是汽车制动盘的潜在候选纤维或填充材料。

性等特征。由于微孔聚氨酯材料存在特有的选择性振幅阻尼特性，因此其在承受小振幅运动时可产生较低的阻尼，而在承受大振幅运动时可产生较高的阻尼。将该材料用在发动机和电机支架上后，汽车行驶在崎岖路面时能显著降低发动机或电机振动，从源头上改善了汽车的NVH特性。为验证上述微孔聚氨酯材料的性能，对材料进行了有限元仿真。考虑到电动汽车作为未来汽车的发展趋势，因而选择电动汽车电机支架进行分析。采用微孔聚氨酯材料替代原本的橡胶材料，采用有限元软件ANSYS对微孔聚氨酯电机支架的频率响应进行仿真，并与橡胶电机支架的频率响应进行对比。结果显示，与橡胶电机支架的频率响应相比，微孔聚氨酯电机支架的频率响应峰值约下降20%，且向出现峰值的速度区间左移，即在汽车低速时出现峰值。对两种电机支架的质量进行分析，微孔聚氨酯电机支架的质量约减轻了30%。除此之外，微孔聚氨酯材料还可以用在变速器支架、齿轮轴承等处。需要注意，将微孔聚氨酯材料用在其它部位时，可通过控制微孔密度改变材料密度，进而改变材料特性，并适应相应部位的特性要求，这不同于成本较高的橡胶材料只能应用材料原型。