配方設(shè)計(jì)功能與材料性能

1、配方設(shè)計(jì)功能與材料性能摩擦密封材料協(xié)會(huì)濟(jì)南講座2010.03.06二、配方設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與發(fā)展配方設(shè)計(jì)功能與材料性能配方設(shè)計(jì)配方設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)基于基于原理原理設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法方法測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)1、摩擦磨損機(jī)理、摩擦磨損機(jī)理2、材料屬性、材料屬性 （特性、貢獻(xiàn)值）（特性、貢獻(xiàn)值）3、應(yīng)用原理、應(yīng)用原理 （研究對(duì)象）（研究對(duì)象）1、復(fù)合效應(yīng)原理、復(fù)合效應(yīng)原理2、有限元分析或三元圖方法、有限元分析或三元圖方法 （兩元素或三元素）（兩元素或三元素） 加和法加和法 （理論）（理論） 1.分子表面性能應(yīng)該等于 各原子的貢獻(xiàn)值之和。 接觸界面勢(shì)壘理論。接觸界面勢(shì)壘理論。 是一種新發(fā)展的理論， 有望取代摩擦系數(shù)成為 表

2、征指標(biāo)。3、模型、模型、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù) 1、測(cè)試設(shè)備和手段、測(cè)試設(shè)備和手段 物理化學(xué)物理化學(xué) 微觀到宏觀分析 （結(jié)構(gòu)和性能）摩擦磨損、機(jī)械物理性能摩擦磨損、機(jī)械物理性能動(dòng)力學(xué)模擬（慣性測(cè)力臺(tái)）動(dòng)力學(xué)模擬（慣性測(cè)力臺(tái)）噪音測(cè)試分析噪音測(cè)試分析2、分析技術(shù)和評(píng)估、分析技術(shù)和評(píng)估3、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用應(yīng)用材料機(jī)械物理特性摩擦副摩擦條件（PTV)IE 工程工程配方設(shè)計(jì)功能與材料性能一、配方設(shè)計(jì)功能與要求概要 纖維纖維 基體 填料填料材料結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè) 計(jì)復(fù)計(jì)復(fù) 合合 機(jī)機(jī) 理理功能和性能要求功能和性能要求三元組合材料三元組合材料 (三元體系三元體系)1. 配方配方- 有限元設(shè)計(jì)有限元設(shè)

3、計(jì)2.共混機(jī)理共混機(jī)理 - 混雜效應(yīng)的混合物混雜效應(yīng)的混合物 體積模壓法體積模壓法 熱壓法熱壓法:3.制造工藝制造工藝: （盤制動(dòng)器）（盤制動(dòng)器） 注塑法注塑法 冷壓法冷壓法 冷壓制后固化冷壓制后固化 輥壓法輥壓法 鼓制動(dòng)器鼓制動(dòng)器 模壓法模壓法功能功能:1.摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦力做摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦力做 功吸收動(dòng)能制動(dòng)停止功吸收動(dòng)能制動(dòng)停止;2.摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦力做摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦力做 功吸收動(dòng)能傳遞扭矩；功吸收動(dòng)能傳遞扭矩；基基 體體高分子高分子陶瓷陶瓷(無(wú)機(jī)無(wú)機(jī))金屬金屬CC, C-陶陶增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維有機(jī)纖維有機(jī)纖維 性能要求性能要求:合適的摩擦系數(shù)合適的摩擦

4、系數(shù); （設(shè)計(jì)名譽(yù)系數(shù)（設(shè)計(jì)名譽(yù)系數(shù)）摩擦系數(shù)穩(wěn)定性摩擦系數(shù)穩(wěn)定性; （動(dòng)摩擦系數(shù)）（動(dòng)摩擦系數(shù)）耐衰減性能；耐衰減性能； （PTV)制動(dòng)器噪音制動(dòng)器噪音 (NVH) 耐磨性能耐磨性能 (盤盤/片片); (壽命）壽命）不損傷盤不損傷盤(鼓鼓); 摩擦副相對(duì)性摩擦副相對(duì)性涉水恢復(fù)性涉水恢復(fù)性; 舒適性好舒適性好健康健康.安全安全.環(huán)保環(huán)保無(wú)機(jī)纖維無(wú)機(jī)纖維金屬纖維金屬纖維晶須晶須 ，納米，納米功能填料功能填料摩擦調(diào)節(jié)劑摩擦調(diào)節(jié)劑（有機(jī)無(wú)機(jī)）（有機(jī)無(wú)機(jī)）減磨和潤(rùn)滑劑減磨和潤(rùn)滑劑阻氧劑阻氧劑增塑劑增塑劑功能摩擦顆粒功能摩擦顆粒金屬粉末金屬粉末二、.基體: 高分子粘結(jié)劑-樹脂高分子粘結(jié)劑高分子粘結(jié)劑結(jié)結(jié)

5、 構(gòu)構(gòu) 特特 性性 樹脂性能的要求樹脂性能的要求合成機(jī)埋合成機(jī)埋酚醛樹脂酚醛樹脂因主鍵是剛性,對(duì)材料硬度,彈性模量.柔性等不利影響.1.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度.力學(xué)性 能拉伸,抗壓,模量.2.耐熱性.( 熱分解, 熱氧化,熱降解)3.次摩擦層的強(qiáng)度4.活化能E5.良好的工藝性能1.TGA, DSC 熱分析1、縮聚反應(yīng)主鍵剛性,次鍵接枝長(zhǎng)鏈柔性. 合成工藝合成工藝- 控制平均分控制平均分子量子量 2、物理共混柔性粒子,界面,吸收應(yīng)力 增加柔性。3、懸浮法合成4. 毛細(xì)管合成改性酚醛樹脂改性酚醛樹脂柔性基團(tuán),金屬鍵改性丁晴橡膠改性丁晴橡膠改性對(duì)材料硬度.彈性模量.柔性等有很好的改善,腰果殼油改性腰果殼油改性三聚

6、氰胺改性三聚氰胺改性1.金屬鍵改性樹脂有很高的耐熱性.分解溫度410硼硼.鉬鉬.鈦鈦 磷磷 改性改性聚酰亞胺改性聚酰亞胺改性二苯甲烷二苯甲烷雙馬來(lái)酰亞胺雙馬來(lái)酰亞胺1.雙鍵能樹脂有很高的耐熱性.分解溫度440有機(jī)硅樹脂有機(jī)硅樹脂配方設(shè)計(jì)功能與材料性能二、.基體: 高分子粘結(jié)劑-樹脂（范例）配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1.1.三元圖的制動(dòng)性能試驗(yàn)（摩擦和磨損）以及熱性能的試驗(yàn)評(píng)價(jià)三元圖的制動(dòng)性能試驗(yàn)（摩擦和磨損）以及熱性能的試驗(yàn)評(píng)價(jià) 研究配比的三元圖研究配比的三元圖 制動(dòng)試驗(yàn)制動(dòng)試驗(yàn) 熱性能試驗(yàn)熱性能試驗(yàn) GTA 和和 TGA溫度曲線溫度曲線配方設(shè)計(jì)功能與材料性能三、增強(qiáng)纖維:國(guó)內(nèi)外使用纖維類別國(guó)內(nèi)外

7、使用纖維類別物理力學(xué)性能纖維物理力學(xué)性能纖維抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(Mpa)楊氏模楊氏模 (Gpa)密度密度 g/cm3溫度極限溫度極限 ( ) 纖維分類和性能要求纖維分類和性能要求:芳綸纖維芳綸纖維Aramid, Kevlar fiber2600-380062-1601.45200-300一、增強(qiáng)纖維分類一、增強(qiáng)纖維分類: 有機(jī)纖維有機(jī)纖維. 無(wú)機(jī)纖維無(wú)機(jī)纖維. 金屬纖維金屬纖維, 陶瓷纖維陶瓷纖維. 碳纖維碳纖維聚炳烯晴纖維聚炳烯晴纖維Polyacrylonitrile ( Pan) fiber25036010-1901.17-1.40285纖維素纖維纖維素纖維Cellulose fiber30

8、0860101.26-1.45120-232玻璃纖維玻璃纖維(E)Glass fiber1250360075-952.45-2.70300-540陶瓷纖維陶瓷纖維Ceramic fiber1400-1700103-41011200-1800二、纖維的性能要求二、纖維的性能要求: 力學(xué)性能力學(xué)性能(比強(qiáng)度比強(qiáng)度), 工藝性能工藝性能(松解松解). 浸潤(rùn)性浸潤(rùn)性,吸附性吸附性. 比表面積等比表面積等礦物纖維礦物纖維Rock wool180700碳纖維碳纖維Carbon fiber1650-3200200-7001.76-1.91400-3500鋼纖維鋼纖維 Steel fiber4501707.8

9、6400-600酞酸鉀纖維酞酸鉀纖維(晶須晶須)70002803.31200配方設(shè)計(jì)功能與材料性能四、功能填料:添加劑類型添加劑類型作作 用用 機(jī)機(jī) 理理應(yīng)應(yīng) 用用 技技 術(shù)術(shù)摩擦調(diào)節(jié)劑摩擦調(diào)節(jié)劑（低摩、高摩）（低摩、高摩）1、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的界面由材料的固有特性,粘著.分子引力,機(jī)械剪切力等產(chǎn)生的摩擦阻力,用于摩擦控制.2、分非磨蝕類、磨磨蝕類1、金屬氧化物,鉻合物,摩擦粒子,高聚物.金屬粒子C-碳等.2、不同運(yùn)用有弱摩擦，強(qiáng)摩擦，低溫摩擦和高溫摩擦減摩固體潤(rùn)骨劑減摩固體潤(rùn)骨劑1、能有效地改善衰退,提高部件的磨損壽命,摩擦的穩(wěn)定性,改善摩擦副的工作狀態(tài),還能提高剎車的舒適性.金屬硫化物在高溫下分解

10、生成各種氧化膜, 能夠很好地穩(wěn)定摩擦,降低磨損.2、石墨對(duì)金屬的粘附性不好,不易成膜能力.3、極性石墨表現(xiàn)出非常好的粘附性和成膜能力1、金屬硫化物包括二硫化鉬、硫化鉛、硫化錫、硫化鈦、硫化銅、三硫化二銻、硫化鋅等.2、合成：C-復(fù)合物3、石墨: 天然和合成抗氧劑抗氧劑抗氧劑是聚合物對(duì)熱氧化作用的防護(hù),當(dāng)抗氧劑被各種形式的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)消耗完時(shí)就終止.降解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行芳香胺類, 氫氧化物，硫化物 等增塑劑增塑劑促進(jìn)聚合物物理形態(tài)的穩(wěn)定性,改善工藝性,流動(dòng)性,分散性,可塑性.有機(jī)和無(wú)機(jī)型增塑劑金屬粒子金屬粒子改善熱傳導(dǎo), 熱效應(yīng),擴(kuò)散熱能量;自潔對(duì)偶和控制轉(zhuǎn)移膜金屬粒子: 鐵、鋁、鋅. 銅. 鈦. 等新

11、型功能添加劑新型功能添加劑新發(fā)展的摩擦控制添加劑, 對(duì)降低片和盤的磨損,穩(wěn)定摩擦,降低衰退,降低噪音,提高剎車的舒適性和安全性.1、有機(jī)復(fù)合物（橡膠顆粒）2、C- C復(fù)合物3 .C- 陶復(fù)合物無(wú)機(jī)固體潤(rùn)滑劑類型無(wú)機(jī)固體潤(rùn)滑劑類型: LUBOLID穩(wěn)定摩擦降低磨損降低熱磨損(鐵路剎車)降低噪音提高剎車的舒適性 摩擦產(chǎn)品組分性能綜合評(píng)評(píng)估：摩擦產(chǎn)品組分性能綜合評(píng)評(píng)估：摩擦水平摩擦水平片的磨損片的磨損噪音噪音振動(dòng)振動(dòng) 盤的狀態(tài)盤的狀態(tài)樹脂樹脂有機(jī)纖維有機(jī)纖維無(wú)機(jī)纖維無(wú)機(jī)纖維摩蝕摩蝕潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑填充劑填充劑配方設(shè)計(jì)功能與材料性能 慣性測(cè)力試驗(yàn)：慣性測(cè)力試驗(yàn)：綜合綜合性能性能Pa Vb (T)（P-,

12、v -, T- ) 復(fù)合效應(yīng)復(fù)合效應(yīng)配方設(shè)計(jì)功能與材料性能五、配方設(shè)計(jì)程序五、配方設(shè)計(jì)程序&方法方法&工具工具:確定目標(biāo)功能1.車型 ： 轎車.輕卡.重卡2.確定動(dòng)能： （動(dòng)能量級(jí)）3.制動(dòng)器型號(hào)結(jié)構(gòu)最大制動(dòng)力矩 盤/鼓直徑(mm)盤/鼓厚度(mm)名譽(yù)摩擦系數(shù)機(jī)械效率(%)3.摩擦產(chǎn)品功能4.客戶標(biāo)準(zhǔn)材料屬性產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)模型技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)化1. 合成化學(xué)物理性能組分材料性質(zhì)密度孔隙率比熱熱傳導(dǎo)，熱容量升溫速率2. 材料力學(xué)性質(zhì)硬度彈性模量抗壓.繞.彎.剪強(qiáng)度3. 摩擦特性1.化學(xué)物理性能抗腐蝕，防銹2. 摩擦性能合適的摩擦系數(shù); （設(shè)計(jì)系數(shù)）摩擦系數(shù)穩(wěn)定性; （動(dòng)摩擦系數(shù)）耐衰減

13、性能； （PTV)制動(dòng)器噪音 (NVH) 耐磨性能 ， (壽命） 摩擦副相對(duì)性差異涉水恢復(fù)性; 舒適性好健康.安全.環(huán)保1.化學(xué)物理特性密度(g/cm3) PH 值氣孔率, 抗腐蝕粘附性硬度強(qiáng)度(M.Pa)粘結(jié)強(qiáng)度(M.Pa)冷熱壓縮(m)熱膨脹(10min) (m)熱傳導(dǎo)()2. 摩擦系數(shù)和磨損 （各類標(biāo)準(zhǔn)） 冷態(tài).工作.系數(shù)3.制動(dòng)性能 臺(tái)架標(biāo)準(zhǔn)（按類別要求）1. 摩擦磨損模型：靜摩擦動(dòng)摩擦磨損2. 配方體系模型配方體系模型3.產(chǎn)品模型4.設(shè)計(jì)試驗(yàn)5.試驗(yàn)測(cè)試6. 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法: 有限元分析設(shè)計(jì)有限元分析設(shè)計(jì) &（三角坐標(biāo)法）（三角坐標(biāo)法）+ 數(shù)據(jù)庫(kù)模型數(shù)據(jù)庫(kù)模型

14、+ 經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)工具工具: DFMEA 分析，優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析，優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，6SD設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1、設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)模型 - 摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念 摩擦磨損摩擦磨損古典摩擦定律古典摩擦定律摩擦理論發(fā)展的應(yīng)用概念摩擦理論發(fā)展的應(yīng)用概念古典摩擦定律 阿蒙頓阿蒙頓- -庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律1.摩擦力和載荷成正比，即F=fN；2.摩擦系數(shù)與（名義）接觸面積無(wú)關(guān)；3.靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù);4.摩擦系數(shù)與滑動(dòng)速度無(wú)關(guān)。1.摩擦力與名義接觸面積無(wú)關(guān)，而與真實(shí)接觸面積有關(guān),2.有一定屈服限的材料（如金屬），其摩擦力才與（名義）接觸面積無(wú)關(guān)，粘彈性材

15、料的摩擦力與接觸面積有關(guān)；3.粘彈性材料的靜摩擦系數(shù)不大于動(dòng)摩擦系數(shù)。4.摩擦力與滑動(dòng)速度有關(guān). 一般，速度對(duì)金屬的摩擦力的影響不像對(duì)粘彈性顯著的彈性體的摩擦力那樣明顯。 一般認(rèn)為，f=F/Nk，k=2/31。(盤.鼓)制動(dòng)摩擦副動(dòng)摩擦動(dòng)摩擦設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)：F = FF = F1 1F F2 2F -F - 摩擦力F F1 1- - 粘著阻力+剪切F F2 2- - 變形阻力純金屬與鐵的表面會(huì)產(chǎn)生”粘著”作用;不同金屬對(duì)鐵的”粘著”力不同;如Al 和 Fe 的粘著”力最大.”粘著”力將隨著表面的極性或極性分子地增加而增大.摩擦副”粘著”力即產(chǎn)生摩擦力的主要部分之一, F粘 = si*i= S*5

16、5 摩擦副”粘著”力即產(chǎn)生的摩擦力與實(shí)際接觸面積相關(guān), 接觸面積隨著外 載荷大小, 擦擦副材質(zhì)不同,形變不同, 接觸面積也不同. 制動(dòng)擦擦副可看作塑性接觸. 故故”粘著粘著”項(xiàng)摩擦阻力系數(shù)為項(xiàng)摩擦阻力系數(shù)為: F =: F =粘著阻力系數(shù)粘著阻力系數(shù)+ +變形阻力系數(shù)變形阻力系數(shù)動(dòng)摩擦系數(shù)動(dòng)摩擦系數(shù)動(dòng)摩擦系數(shù)對(duì)速度動(dòng)摩擦系數(shù)對(duì)速度, ,壓壓力力, ,溫度的敏感性溫度的敏感性摩擦副的摩擦力定性分析: 摩擦力的幾種機(jī)理組成, 粘著,機(jī)械-撕裂,犁削,彈性和塑性變形,這些單獨(dú)機(jī)理作用與溫度溫度, ,速度速度. .壓力密切相關(guān)壓力密切相關(guān). . 摩擦力為: F = Pa Vb (T) P-, v -,

17、 T- F - 摩擦力 - 摩擦系數(shù) P 壓力 V - 速度動(dòng)摩擦系數(shù)：動(dòng)摩擦系數(shù)： = （P-, v -, T- ） 配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1、設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)模型 - 摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念 動(dòng)摩擦系數(shù)系統(tǒng)影響因素：動(dòng)摩擦系數(shù)系統(tǒng)影響因素： 材料的機(jī)械特性材料的機(jī)械特性 摩擦副摩擦副材料屬性材料屬性 對(duì)偶屬性對(duì)偶屬性 條件屬性條件屬性 接觸面形態(tài)尺寸接觸面形態(tài)尺寸 （PTV) 彈性模量彈性模量 E泊桑比泊桑比剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度抗壓屈服強(qiáng)度抗壓屈服強(qiáng)度q/q 比值比值 F = Pa Vb (T)盤片：平面盤片：平面/平面平面鼓片：曲面鼓片：曲面/曲面曲面摩擦界面摩擦

18、界面尺寸尺寸制動(dòng)效率制動(dòng)效率 鼓鼓 盤盤 P M 配方設(shè)計(jì)功能與材料性能磨損類型磨損類型( (機(jī)理機(jī)理) )磨損表面外觀磨損表面外觀失效模式失效模式失失 效效 機(jī)機(jī) 理理粘著磨損粘著磨損錐刺、鱗尾、麻點(diǎn)錐刺、鱗尾、麻點(diǎn) 接觸的不均勻性和分散性,接觸點(diǎn)在高壓.高溫下而形成局部”粘著”,當(dāng)粘著”受剪切所產(chǎn)生的摩擦阻力大于表面膜與基體結(jié)合力或基體材料本身的流動(dòng)極限時(shí),表面膜破裂.擠出,剪斷總在不平的表面.一般是較軟材料轉(zhuǎn)移到較硬材料表面.磨料磨損磨料磨損擦傷、溝紋、條痕擦傷、溝紋、條痕 磨料磨損是由硬顆?；蛴餐蛊鹨鸬哪Σ帘砻嫫茐?，能分離出磨屑或形成劃傷的過(guò)程。疲勞磨損疲勞磨損裂紋、點(diǎn)蝕裂紋、點(diǎn)蝕

19、在制動(dòng)高溫作用下,表面層.變項(xiàng)的晶界面或界面將產(chǎn)生熱疲勞裂紋,裂紋擴(kuò)展至磨粒脫落,在熱應(yīng)力的作用下,出現(xiàn)疲勞磨瑣損摩擦化學(xué)磨損摩擦化學(xué)磨損（磨蝕磨損） 反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)產(chǎn)物 （膜、微粒）（膜、微粒） 摩擦化學(xué)磨損是在摩擦促進(jìn)作用下，摩擦副的一方或雙方與中間物質(zhì)或環(huán)境介質(zhì)中的某些成分發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)的過(guò)程，有時(shí)也稱為磨蝕磨損?；瘜W(xué)磨損區(qū)分為氧化磨損和磨蝕磨損兩種基本類型。氧化磨損和磨蝕磨損兩種基本類型。1、設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)模型 - 摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念 磨損類型磨損類型產(chǎn)生磨損的根本原因：產(chǎn)生磨損的根本原因： 在于受摩擦負(fù)荷作用的物體與摩擦副系在于受摩擦負(fù)荷作用的物體與

20、摩擦副系統(tǒng)中相關(guān)元素之間發(fā)生的機(jī)械、物理和化統(tǒng)中相關(guān)元素之間發(fā)生的機(jī)械、物理和化學(xué)作用的結(jié)果學(xué)作用的結(jié)果。 配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1、設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)模型 - 摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念 磨損類型磨損類型“氫脆氫脆”磨損和斷裂形成磨損和斷裂形成 在摩擦剎車的制動(dòng)過(guò)程中，有機(jī)剎車片與鑄鐵的剎車盤之間為滑動(dòng)接觸。在更高的摩擦溫度下, 有機(jī)物的熱降解和力化學(xué)反應(yīng),氫從有機(jī)樹脂中脫離出來(lái)，致使剎車片表面發(fā)生碳富集。氫擴(kuò)散到鑄鐵表面，導(dǎo)致氫濃度的增加,很輕易地氫濃度會(huì)超越臨界濃度(飽和狀態(tài))后, 即產(chǎn)生”氫脆氫脆”現(xiàn)象現(xiàn)象。還有，剎車盤上的水或蒸汽也會(huì)導(dǎo)致氫擴(kuò)散到剎車盤表面。剎車

21、盤表面溫度在200600范圍內(nèi)時(shí)，可以觀測(cè)到氫與碳化鐵之間的反應(yīng)。該反應(yīng)的結(jié)果是甲烷和鐵，方程式如下： Fe3C + 4H CH4 + 3Fe這意味著，該反應(yīng)導(dǎo)致了剎車盤表面的脫碳化。不含碳的鐵比基質(zhì)的其它部分表現(xiàn)出更低的硬度。這會(huì)導(dǎo)致兩種不同類型的鐵之間的張力。雖然剎車盤表面不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，但物理結(jié)構(gòu)變?yōu)轳R氏鐵。斷裂會(huì)沿與剎車盤表面平行的方向發(fā)生，剎車盤材質(zhì)的薄膜會(huì)從剎車盤轉(zhuǎn)移到剎車片內(nèi)。 為了防止氫在剎車過(guò)程中向剎車盤表面的大量擴(kuò)散，推薦在剎車片中用其他添加劑來(lái)“束縛（捆綁）”氫。另一種可能是通過(guò)在剎車盤表面形成一層轉(zhuǎn)移膜作為壁壘以防止氫擴(kuò)散。剎車片中的一定添加劑在摩擦表面形成納米級(jí)的轉(zhuǎn)

22、移膜作為壁壘防止了氫的擴(kuò)散,降低了剎車盤的表面磨損發(fā)生裂痕、裂紋的危險(xiǎn)性. 火車閘瓦是典型的案例。配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1、設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)模型 - 摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念摩擦在制動(dòng)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)概念 磨損類型磨損類型“氫脆氫脆”磨損和斷裂形成磨損和斷裂形成失效模式失效模式作用機(jī)理作用機(jī)理原因原因 制動(dòng)盤制動(dòng)盤 裂紋和形成裂紋和形成1 1、氫脆、氫脆”現(xiàn)象現(xiàn)象該反應(yīng)導(dǎo)致了剎車盤表面的脫碳化,降低表面硬度, 這會(huì)導(dǎo)致兩種不同類型的鐵之間的張力, 雖然剎車盤表面不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，但物理結(jié)構(gòu)變?yōu)轳R氏鐵, 斷裂和裂痕會(huì)沿與剎車盤表面平行的方向發(fā)生. 有機(jī)剎車片與鑄鐵的剎車盤之間為滑動(dòng)接觸。在更高的摩擦

23、溫度下, 有機(jī)物的熱降解和力化學(xué)反應(yīng),氫從有機(jī)樹脂中脫離出來(lái)，致使剎車片表面發(fā)生碳聚集。氫擴(kuò)散到鑄鐵表面,即產(chǎn)生”氫脆氫脆”現(xiàn)象現(xiàn)象剎車盤表面溫度在200600范圍內(nèi)時(shí),氫與碳化鐵之間的反應(yīng): FeFe3 3C + 4H CHC + 4H CH4 4 + 3Fe + 3Fe剎車盤中氫含量的擴(kuò)散,隨著壓力和速度的增大而增加,當(dāng)達(dá)到相變溫度時(shí)(t 1000), 氫的容解度增大一個(gè)數(shù)量極1.剎車片和剎車盤接觸處的彈性或塑性變型,可加速氫的擴(kuò)散. 金屬鑲嵌金屬鑲嵌剎車盤磨損剎車盤磨損 同樣的機(jī)理, 剎車盤材質(zhì)的薄膜脫落,聚積,會(huì)從剎 車盤轉(zhuǎn)移到剎車片內(nèi),形成金屬鑲嵌, 在更高的摩擦溫度作用下,磨粒磨損

24、會(huì)擦傷對(duì)偶.配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1、材料屬性 材料結(jié)構(gòu)與性能材料結(jié)構(gòu)與性能 材料屬性材料屬性 設(shè)計(jì)模型1、化學(xué)材料 組成化學(xué)性能理論密度孔隙率比熱熱傳導(dǎo)，熱容量升溫速率2. 材料力學(xué)性質(zhì)硬度彈性模量抗壓.繞.彎. 剪強(qiáng)度3. 摩擦特性配方體系結(jié)構(gòu)和和功能功能橋架作用橋架作用理論密度理論密度 材料類型材料類型 半金屬半金屬 低金屬低金屬 NAO-陶陶導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) 高高 中中高高 低低 較高較高 中高中高 低低理論密度理論密度 產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能 1.化學(xué)物理性能抗腐蝕，防銹2. 摩擦性能合適的摩擦系數(shù); （設(shè)計(jì)系數(shù)）摩擦系數(shù)穩(wěn)定性; （動(dòng)摩擦系數(shù)）耐衰減性能； （PTV)制動(dòng)器噪音

25、(NVH) 耐磨性能 ， (壽命） 摩擦副相對(duì)性差異涉水恢復(fù)性; 舒適性好健康.安全.環(huán)保壓實(shí)密度壓實(shí)密度 相關(guān)性和摩擦貢獻(xiàn)值相關(guān)性和摩擦貢獻(xiàn)值 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 1.產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)和控制產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)和控制2.產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的轉(zhuǎn)化3.工藝技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)化4. 成本成本&性價(jià)比分析性價(jià)比分析 （1 1）密度：特性參數(shù)的意義：）密度：特性參數(shù)的意義： 密度參數(shù)對(duì)摩擦和磨損、升溫速率、熱導(dǎo)性及壓縮模量等材料特性有著敏感性，是保證原型產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型后集中反映材料屬性的非常重要指標(biāo)。 原型產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型后，將配方確定的理論密度和相對(duì)密度即是將結(jié)果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)過(guò)程控制的重要特性參數(shù)。并

26、給出參數(shù)的偏差。相對(duì)密度是根據(jù)車型概念、產(chǎn)品特性要求并由化學(xué)材料組成和工藝條件確定的，它反映了配方的固有屬性，并用于生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制 ，保證投產(chǎn)的產(chǎn)品和原始配方的一致性。配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1、材料屬性 密度特性參數(shù)密度特性參數(shù)&性能性能 （2）如密度低于要求密度時(shí)的影響：）如密度低于要求密度時(shí)的影響：偏低密度偏低密度 標(biāo)準(zhǔn)密度標(biāo)準(zhǔn)密度 偏低密度偏低密度 標(biāo)準(zhǔn)密度標(biāo)準(zhǔn)密度 磨損磨損 制動(dòng)力矩制動(dòng)力矩 2、用于過(guò)程的質(zhì)量控制用于過(guò)程的質(zhì)量控制 用離散度大小和偏離中心值，用離散度大小和偏離中心值，評(píng)價(jià)質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。評(píng)價(jià)質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。 1、用于配方材料屬性的控、用于配方材

27、料屬性的控制和結(jié)果轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)：制和結(jié)果轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)： 偏離密度降低了制動(dòng)力矩和增加磨損?？刂坪娃D(zhuǎn)化控制和轉(zhuǎn)化密度的功能和物理意義密度的功能和物理意義 關(guān)于壓縮性在制動(dòng)特性方面的物理意義：關(guān)于壓縮性在制動(dòng)特性方面的物理意義： 問(wèn)題的提出：?jiǎn)栴}的提出：1、摩擦片需要做壓縮測(cè)試的意義？是因?yàn)樵胍魡?？如果是，?huì)有什么影響呢？、摩擦片需要做壓縮測(cè)試的意義？是因?yàn)樵胍魡幔咳绻?，?huì)有什么影響呢？2、不同的材料，如、不同的材料，如NAO和低金屬，在壓縮上會(huì)有顯著區(qū)別嗎？和低金屬，在壓縮上會(huì)有顯著區(qū)別嗎？ 壓縮性是衡量壓縮性是衡量NVH的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。 壓縮性即壓縮率（Compressibili

28、ty）是二十一世紀(jì)才被定義為摩擦材料的一個(gè)新的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，由Honeywell公司提出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并被廣大業(yè)界接受和成為衡量噪聲、振動(dòng)、舒適性（NVH）的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。 壓縮性會(huì)有什么影響呢？壓縮性會(huì)有什么影響呢？ 對(duì)制動(dòng)噪音的研究已建立實(shí)際制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，從理論上對(duì)制動(dòng)噪音進(jìn)行了定量和定對(duì)制動(dòng)噪音的研究已建立實(shí)際制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，從理論上對(duì)制動(dòng)噪音進(jìn)行了定量和定性的分析。這一階段較成熟的觀點(diǎn)認(rèn)為制動(dòng)噪音是由摩擦閉環(huán)耦合誘發(fā)制動(dòng)器各組成部件動(dòng)態(tài)特性性的分析。這一階段較成熟的觀點(diǎn)認(rèn)為制動(dòng)噪音是由摩擦閉環(huán)耦合誘發(fā)制動(dòng)器各組成部件動(dòng)態(tài)特性匹配不當(dāng)引起的自激振動(dòng)。匹配不當(dāng)引起的自激振動(dòng)。

29、 基于此觀點(diǎn)，對(duì)盤式制動(dòng)器的制動(dòng)噪音的研究中，建立了包括制動(dòng)鉗、制動(dòng)片和制動(dòng)盤在內(nèi)的藕基于此觀點(diǎn)，對(duì)盤式制動(dòng)器的制動(dòng)噪音的研究中，建立了包括制動(dòng)鉗、制動(dòng)片和制動(dòng)盤在內(nèi)的藕合模型，此模型分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噪音傾向的影響，定義出控制壓縮性是控制摩擦片產(chǎn)生噪音的一合模型，此模型分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噪音傾向的影響，定義出控制壓縮性是控制摩擦片產(chǎn)生噪音的一個(gè)合適范圍。個(gè)合適范圍。 顯然，壓縮性是在研究制動(dòng)器系統(tǒng)中控制噪音的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。而摩擦片的壓縮性對(duì)噪音會(huì)顯然，壓縮性是在研究制動(dòng)器系統(tǒng)中控制噪音的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。而摩擦片的壓縮性對(duì)噪音會(huì)有什么影響呢？有什么影響呢？配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1、材料屬性

30、壓縮性參數(shù)壓縮性參數(shù) & 性能性能 配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1、材料屬性 壓縮性參數(shù)壓縮性參數(shù) & 性能性能 這些因素在制動(dòng)摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生高頻振動(dòng)及相應(yīng)噪音，但這些因素可以通過(guò)控制壓縮性即壓縮率在合理的范圍內(nèi)來(lái)避免這些因素?？刂茐嚎s率，實(shí)際上還可以控制制動(dòng)片的整體硬度在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，盡量減少制動(dòng)噪音，同時(shí)兼顧摩擦材料的耐磨性。 因此，普遍認(rèn)為制動(dòng)片的壓縮率與整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的噪音有直接關(guān)系，實(shí)際中表現(xiàn)為壓縮率值高則噪音小，壓縮率值低則噪音大，但沒(méi)有明確的相關(guān)性和相關(guān)指標(biāo)。 在制動(dòng)器系統(tǒng)中，藕和振動(dòng)頻率（共振）是產(chǎn)生噪音的主要原因，因此摩擦片的壓縮率指標(biāo)范圍因此摩擦片的壓縮率指標(biāo)范圍

31、是根據(jù)藕和振動(dòng)頻率匹配的，是根據(jù)藕和振動(dòng)頻率匹配的，如測(cè)試制動(dòng)盤和卡鉗在系統(tǒng)中的振動(dòng)頻率，測(cè)試摩擦片的振動(dòng)頻率和壓縮率指標(biāo)范圍，這樣可以吸收共振頻率而減少噪音。當(dāng)然，這些指標(biāo)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就已確這些指標(biāo)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就已確定并在生產(chǎn)過(guò)程中加以控制。定并在生產(chǎn)過(guò)程中加以控制。1、摩擦系數(shù)過(guò)高；摩擦系數(shù)過(guò)高；2、摩擦材料硬度高；3高硬度材料含量高；高硬度材料含量高；4、高溫制動(dòng)后摩擦材料表面形 成光滑而硬的氧化層5、碳化膜；6、摩擦材料氣孔率；7、制動(dòng)速度負(fù)阻尼制動(dòng)速度負(fù)阻尼8、摩擦材料高溫蠕變性和塑性摩擦材料高溫蠕變性和塑性 變形；變形；摩擦片的壓縮性對(duì)噪音會(huì)摩擦片的壓縮性對(duì)噪音會(huì)會(huì)有什么影響呢

32、？會(huì)有什么影響呢？ 產(chǎn)生噪音因素產(chǎn)生噪音因素噪音噪音NVH配方設(shè)計(jì)功能與材料性能1、材料屬性 壓縮性參數(shù)壓縮性參數(shù) & 性能性能 從材料力學(xué)性能研究，壓縮率與材料的彈性模量有關(guān)，但也所不同。彈性模量E 是彈性應(yīng)力和彈性應(yīng)變之間的比值，如下公式：彈性模量彈性模量E =/ = 彈性應(yīng)力彈性應(yīng)力 =彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變壓縮性與彈性模量的相關(guān)性壓縮性與彈性模量的相關(guān)性摩擦材料的彈性模量主要有三大因素的影響：1、摩擦材料的組成；2、摩擦材料的化學(xué)鍵；3、摩擦材料的氣孔率；壓縮率不同壓縮率不同彈性模量彈性模量不同不同 壓縮性與材料噪音相關(guān)因素的影響： 從壓縮性的影響，半金屬到低金屬材料對(duì)噪音的影響因素，尤其鋼纖維對(duì)低頻和高頻噪音的顯著性影響，其解決方案更多的技術(shù)是從材料結(jié)構(gòu)上改進(jìn)匹配，如底料、消音片，通過(guò)控制壓縮率范圍從而達(dá)到減少噪音的目的，所以控制壓縮率是顯著的。 而NAO則不同，它從材料結(jié)構(gòu)上不同與低金屬材料，本身材料性質(zhì)已減少降低了對(duì)噪音的影響因素，也降低了對(duì)壓縮性敏感性。所以壓