不含Cu、Sb环境友好型汽车制动材料的摩擦磨损性能

网址：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043164812004747

作者：Poh WahLee n et al

编译：郭明超

汽车制动材料的组成十分复杂，为提高制动材料的摩擦磨损性能，材料中含多元素（通常为5～30种）。这些元素通常被归纳为4种类型：粘合剂型、填充剂型、摩擦改进剂型以及增强剂型。其中，Cu是一种常用的摩擦改进剂，在材料中添加Cu主要是为了减轻或消除车辆在制动时制动器的热衰退，以及改善制动器的导热性。

Cu作为制动材料已经几十年，但直到最近几年，制动材料中Cu对环境的影响才受到关注。根据BPP机构的统计，近年在汽车制动摩擦材料中Cu的使用量增加近40%，且制动时产生的Cu屑被排放到街道或空气中，最终流入水里，对于水生生物而言Cu是有毒的，因此一旦作为食物链最底层的水生生物被污染，整个生态系统的健康都将受到影响。

一些机构指出，在汽车制动材料中应限制使用Cu、Sb等元素，有关国家还相应出台了各种法规等措施来限制材料中有害元素的使用量。可见，对于汽车制动环保型摩擦材料的研究已非常必要。鉴于目前的行业状况，主要研究了不含Cu、Sb的环保汽车制动摩擦材料（T303和T403）的摩擦磨损性能。

首先将目前通用的制动材料作为基本材料（T-基线），其次依照日本阿基波罗（Akebono）制动材料配方对不含Cu、Sb的制动材料进行改进，用环保的地质聚合物和天然麻纤维分别替代酚醛树脂和合成纤维凯芙拉纤维作为制动材料的一部分，由此形成的环保型材料为T303和T403。目前，汽车企业主要利用SAE J2430测试程序对制动摩擦材料模型进行测试，以衡量汽车制动功率。SAE推荐J2430测试程序可以提供制动效能评估程序（BEEP）所需要的数据。利用J2430测试程序对以上3种样品进行测试的结果表明，不含铜制动样品的摩擦水平高于T-材料。T-材料、T303和T403表现出的平均效能分别为0.32、0.41和0.33。除此之外，在测试制动消退阶段，随着制动温度的增加，T303和T403比T-材料样品表现出更好的性能，3种材料在制动消退阶段的平均效能分别为0.33、0.41和0.37。

在测试过程中，T303和T403 比T-材料表现出更高的磨损率。T-材料有0.37mm厚度损失，而T303和T403样品在厚度上分别损失1.43mm和2.37mm。使用扫描电子显微镜和能量分散型X射线微处理器对试验样品分析表明，T-材料样品的摩擦表面覆盖有稳定的摩擦层（称为第3体），这个摩擦层主要由铁氧化物、不同形式的C和化合物组成。在T303和T403样品中，由于组成成分中不含Cu和Sb，因此不能形成足够的摩擦层，而摩擦层可能是测试过程中影响样品磨损率的主要原因。

T-材料样品的摩擦层在摩擦垫和盘式铸铁件之间作为一种固体润滑剂，降低了附着力。而不含Cu和Sb的T403材料中含有很多地质聚合物，可提高摩擦时的附着力。因此，降低T303和T403的磨损程度以及增强其在表面形成摩擦层的能力是进一步研究的重点。