調(diào)節(jié)劑含量對(duì)NAO盤(pán)式陶瓷剎車(chē)片性能影響研究

調(diào)節(jié)劑含量對(duì)NAO盤(pán)式陶瓷剎車(chē)片性能影響研究摘要?jiǎng)x車(chē)片全稱(chēng)為汽車(chē)制動(dòng)用襯片，是汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)盤(pán)與剎車(chē)片摩擦材料的摩擦作用，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦后的熱能，使汽車(chē)制動(dòng)或減速。剎車(chē)片摩擦材料的性能直接影響到汽車(chē)的制動(dòng)效果以及駕駛員的人生安全和財(cái)產(chǎn)安全。剎車(chē)片的材料也經(jīng)歷了石棉材料到金屬基復(fù)合材料再到現(xiàn)在的無(wú)石棉型材料。目前市場(chǎng)上的剎車(chē)片主要是無(wú)石棉型陶瓷纖維剎車(chē)片。剎車(chē)片由鋼背和摩擦材料組成，摩擦材料部分的摩擦性能決定了剎車(chē)片的摩擦性能。摩擦材料由粘結(jié)劑，摩擦性能調(diào)節(jié)劑，填料以及增強(qiáng)纖維組成。本實(shí)驗(yàn)選取了NAO盤(pán)式陶瓷剎車(chē)片作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究了摩擦性能調(diào)節(jié)劑含量硅酸鋯對(duì)NAO盤(pán)式陶瓷剎車(chē)片的性能影響，利用小樣試驗(yàn)法等實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)了剎車(chē)片的摩擦因數(shù)、磨損率、硬度、密度以及掃描電子顯微鏡成像圖，并依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車(chē)用制動(dòng)器襯片》GB/T5763-2008對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)定，檢驗(yàn)該剎車(chē)片是否符合合格標(biāo)準(zhǔn)。本次實(shí)驗(yàn)的地點(diǎn)為廣州東神汽車(chē)部件有限公司和廣東工業(yè)大學(xué)。關(guān)鍵詞：剎車(chē)片，摩擦性能調(diào)節(jié)劑，硅酸鋯，摩擦性能

AbstractBrakepadiscalledautomobilebrakelining,whichisanimportantpartofautomobilebrakesystem.Whenanautomobileisbraking,thefrictionbetweenthebrakediscandthefrictionmaterialofthebrakepadconvertsthekineticenergyintotheheatenergyafterthefriction,makingtheautomobilebrakeordecelerate.Theperformanceofbrakepadfrictionmaterialdirectlyaffectsthebrakingeffectofthecarandthesafetyofthedriver'slifeandproperty.Brakepadmaterialhasalsoexperiencedtheasbestosmaterialstometalmatrixcompositematerialstothepresentasbestos-freematerial.Atpresent,thebrakepadsonthemarketaremainlyasbestos-freeceramicfiberbrakepads.Brakepadiscomposedofsteelbackandfrictionmaterial.Thefrictionperformanceoffrictionmaterialdeterminesthefrictionperformanceofbrakepad.Thefrictionmaterialiscomposedofbinder,frictionregulator,fillerandreinforcingfiber.ThisstudyselectedtheNAOdiscceramicbrakepadsasexperimentalobject,studiedthefrictionperformanceregulatorcontentzirconiumsilicateeffectontheperformanceofNAOdiscceramicbrakepads,suchasusingthemethodofsmallsampletestexperimentmethodtotestthebrakepadfrictioncoefficientandwearrate,hardness,densityandscanningelectronmicroscope(sem)imagingfigure,accordingtothenationalstandard"brakeliningsforcaruse"GB/T5763-2008toassessthetestdata,testthebrakepadsmeetstheeligibilitycriteria.Thisexperimentwasconductedinguangzhoudongshenautomobilepartsco.,ltd.andguangdonguniversityoftechnology.Keywords:brakepad,frictionpropertiesregulator,zirconiumsilicate,frictionproperties

目錄第1章緒論 第1章緒論1.1題目背景及目的自汽車(chē)在世界上被發(fā)明出來(lái)之后，關(guān)于汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的研究就一直從未停止過(guò)，制動(dòng)系統(tǒng)一直隨著汽車(chē)的發(fā)展而不斷更新?lián)Q代。隨著車(chē)輛工程的迅速發(fā)展，中國(guó)汽車(chē)保有量也在逐日提高，僅2018年中國(guó)新注冊(cè)的汽車(chē)就達(dá)到3172萬(wàn)輛，截止至2018年，中國(guó)的汽車(chē)保有量已經(jīng)達(dá)到2.4億輛，平均相當(dāng)于每四個(gè)人就有一輛汽車(chē)，汽車(chē)駕駛員已達(dá)到3.69億。汽車(chē)的工業(yè)發(fā)展越來(lái)越快，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，一套合格的制動(dòng)系統(tǒng)必須能夠及時(shí)穩(wěn)定地使車(chē)輛停下來(lái)，并且其散熱能力和液壓傳遞能力也要足夠強(qiáng)，以避免高溫情況下使液壓失效，最終導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)故障，制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)系到所有駕駛員的人身安全以及路人的人身安全。在這種情況下，關(guān)于制動(dòng)系統(tǒng)摩擦材料的研究歷經(jīng)了幾十年，不斷取得新的研究成果，摩擦材料的變革也隨著研究的深入而不斷更新?lián)Q代。摩擦材料的成分與摩擦材料的性能有直接的聯(lián)系，而這又關(guān)系到整個(gè)剎車(chē)片的制動(dòng)性能。摩擦材料主要在傳動(dòng)裝置中起制動(dòng)作用，隨著研究和實(shí)際生產(chǎn)的進(jìn)步，逐步演變出剎車(chē)片。剎車(chē)片全稱(chēng)為汽車(chē)制動(dòng)器襯片，在日常生活中又被稱(chēng)為剎車(chē)片、剎車(chē)皮、剎車(chē)閘等，是汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中重要的安全部件。剎車(chē)片的摩擦性能直接影響汽車(chē)的制動(dòng)效果，所以剎車(chē)片的質(zhì)量不僅僅影響到汽車(chē)的制動(dòng)性能，更影響到駕駛員和行人的人生安全和財(cái)產(chǎn)安全。剎車(chē)片摩擦材料的性能直接影響到整個(gè)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)效果。剎車(chē)片的工作原理主要就是摩擦，通過(guò)哈將車(chē)輛行進(jìn)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成摩擦后的熱能，迫使車(chē)輛停下來(lái)。所以好的剎車(chē)片應(yīng)該具備有在高溫或低溫下穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，磨損率小且噪音小等重要的性能特點(diǎn)。到目前為止，按剎車(chē)片的材料劃分，可大體分為三種類(lèi)型，分別為：石棉纖維填充酚醛樹(shù)脂剎車(chē)片，半金屬石墨復(fù)合材料剎車(chē)片，無(wú)石棉有機(jī)摩擦材料剎車(chē)片。按剎車(chē)片的結(jié)構(gòu)分為盤(pán)式剎車(chē)片，鼓式剎車(chē)片，蹄式剎車(chē)片。盤(pán)式剎車(chē)片目前主要廣泛應(yīng)用于轎車(chē)，現(xiàn)在大部分轎車(chē)用于全部車(chē)輪的盤(pán)式制動(dòng)器，少數(shù)轎車(chē)只用作前輪制動(dòng)器，與后輪的鼓式制動(dòng)器配合，以使汽車(chē)有較高的制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。在商用車(chē)中，目前盤(pán)式制動(dòng)器在新車(chē)型及高端車(chē)型中逐漸被采用。鼓式制動(dòng)器也叫塊式制動(dòng)器，是靠制動(dòng)塊在制動(dòng)輪上壓緊來(lái)實(shí)現(xiàn)剎車(chē)的。鼓式剎車(chē)片是早期設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)剎車(chē)片，1920年左右就開(kāi)始在汽車(chē)工業(yè)制動(dòng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。鼓式制動(dòng)器目前的主流是內(nèi)張式，它的制動(dòng)塊(剎車(chē)蹄)位于制動(dòng)輪內(nèi)側(cè)，在剎車(chē)的時(shí)候制動(dòng)塊向外張開(kāi)，摩擦制動(dòng)輪的內(nèi)側(cè)，達(dá)到剎車(chē)的目的。近三十年中，鼓式制動(dòng)器在轎車(chē)領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤(pán)式制動(dòng)器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)類(lèi)轎車(chē)中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車(chē)制動(dòng)，在一些大型卡車(chē)依舊保留了鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)。盤(pán)式剎車(chē)片由摩擦材料和鋼背組成，生產(chǎn)時(shí)依靠鋼背和摩擦材料通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合在一起。汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，汽車(chē)制動(dòng)機(jī)構(gòu)使剎車(chē)片摩擦面緊貼在制動(dòng)盤(pán)上，實(shí)現(xiàn)減速或者停車(chē)。盤(pán)式剎車(chē)片的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示：圖1.1汽車(chē)剎車(chē)片外觀圖鋼背的厚度一般為4.5mm-6.5mm，不同的車(chē)型使用的鋼背不同。鋼背的生產(chǎn)主要是依靠一大片鋼板的沖裁，然后清洗及拋丸就可用于剎車(chē)片的生產(chǎn)。大多數(shù)剎車(chē)片廠商都有獨(dú)立生產(chǎn)剎車(chē)片鋼背，但也有少部分剎車(chē)片廠商依靠向其他專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)鋼背的公司購(gòu)買(mǎi)鋼背用于自己的剎車(chē)片生產(chǎn)。一般情況下，鋼背的厚度對(duì)剎車(chē)片的摩擦性能和汽車(chē)的制動(dòng)性能沒(méi)有太大的關(guān)系，但是如果太薄，就可能在制動(dòng)過(guò)程中發(fā)生變形，導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)失效最終引發(fā)交通事故。優(yōu)質(zhì)的剎車(chē)片鋼背一般都在5.00mm以上，但低于5mm也是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的。剎車(chē)片的摩擦材料部分是決定剎車(chē)片摩擦性能的主要部分，汽車(chē)制動(dòng)時(shí)主要依靠制動(dòng)盤(pán)與摩擦材料的摩擦來(lái)減速或者停車(chē)，所以一般直接通過(guò)摩擦材料部分的摩擦性能來(lái)判斷剎車(chē)片的摩擦性能。摩擦材料主要由粘結(jié)劑、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、增強(qiáng)纖維和填料組成。有機(jī)粘結(jié)劑一般以酚醛類(lèi)樹(shù)脂為主，依靠酚醛類(lèi)樹(shù)脂在高溫下的軟化，流動(dòng)均勻后固化來(lái)實(shí)現(xiàn)摩擦材料與鋼背的粘結(jié)，形成強(qiáng)度符合要求的剎車(chē)片制品，不同的樹(shù)脂會(huì)得到不同的結(jié)構(gòu)性能和摩擦性能，目前常用的粘結(jié)劑主要是酚醛樹(shù)脂以及改性酚醛樹(shù)脂，比如橡膠改性樹(shù)脂和其他改性酚醛樹(shù)脂。摩擦性能調(diào)節(jié)劑，顧名思義就是調(diào)節(jié)摩擦性能的成分，根據(jù)調(diào)節(jié)效果的不同可以分為增摩劑和減摩劑。增摩劑的增摩效果與增摩劑本身的硬度成正比，硬度越高，其增摩效果越明顯。而減摩劑則通常為硬度較低的物質(zhì)，其莫氏硬度通常低于2，一般使用的減摩劑有：滑石、云母、石墨等。減摩劑的作用為通過(guò)減小對(duì)偶材料的磨損來(lái)提高摩擦材料的使用壽命。剎車(chē)片的摩擦性能及磨損性能受到增摩劑和減摩劑的共同影響，在制造剎車(chē)片時(shí)會(huì)添加不同含量的增摩劑和減摩劑，通過(guò)增摩劑和減摩劑的相互配合調(diào)節(jié)摩擦材料的摩擦性能。填料對(duì)于剎車(chē)片本身性能的影響較低，其作用為適當(dāng)調(diào)節(jié)摩擦性能，增加產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)過(guò)程中的成本。增強(qiáng)纖維的作用是使摩擦材料具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，避免摩擦材料在制動(dòng)過(guò)程中發(fā)生斷裂等現(xiàn)象。自剎車(chē)片面世以來(lái)，對(duì)剎車(chē)片摩擦性能的研究自始至終都沒(méi)有停止過(guò)，截止至目前，盤(pán)式制動(dòng)器摩擦性能學(xué)的理論仍未完善，人們對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器摩擦學(xué)性能的理論研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)仍然在發(fā)展當(dāng)中。目前，人們主要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)手段來(lái)了解和掌握各種不同因素對(duì)剎車(chē)片摩擦材料的摩擦性能影響，這些因素有剎車(chē)片摩擦材料自身的因素，比如硬度、密度以及酸堿度等物理及化學(xué)性能，也有一些外部環(huán)境的因素，比如汽車(chē)制動(dòng)的溫度和濕度、制動(dòng)時(shí)的摩擦力以及摩擦副與剎車(chē)片之間的相對(duì)摩擦速度。這些因素整合起來(lái)的影響比較復(fù)雜，目前仍然為掌握其對(duì)盤(pán)式剎車(chē)片摩擦材料的性能影響規(guī)律。長(zhǎng)期以來(lái)，大量的實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果也逐漸演變出一套評(píng)定摩擦性能的指標(biāo)，包含了摩擦因素、磨損率以及噪音等。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)摩擦性能的研究，逐漸演變出三種比較可靠的實(shí)驗(yàn)方法：小樣試驗(yàn)法、臺(tái)架試驗(yàn)法以及道路試驗(yàn)法。小樣試驗(yàn)法是實(shí)驗(yàn)室和工廠經(jīng)常選用的實(shí)驗(yàn)方法，其實(shí)驗(yàn)周期比較短、多參數(shù)可控等優(yōu)點(diǎn)讓它成為大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室和工廠的首選方法，也是本次實(shí)驗(yàn)所選擇的實(shí)驗(yàn)方法。臺(tái)架試驗(yàn)法的數(shù)據(jù)精確度和數(shù)據(jù)可靠性都要比小樣試驗(yàn)法更高，但是相對(duì)的缺點(diǎn)也更多。臺(tái)架試驗(yàn)法的實(shí)驗(yàn)過(guò)程極其復(fù)雜且實(shí)驗(yàn)周期很長(zhǎng)，不僅如此，臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)的價(jià)格十分昂貴，運(yùn)行的成本也不菲。道路試驗(yàn)法則是真實(shí)模擬汽車(chē)形式過(guò)程中制動(dòng)時(shí)的情況，實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝在汽車(chē)上面，是最能直觀表現(xiàn)出制動(dòng)效果的測(cè)試方式，數(shù)據(jù)也要比小樣試驗(yàn)法和臺(tái)架試驗(yàn)法可靠的多。本次實(shí)驗(yàn)基于預(yù)算、實(shí)驗(yàn)可行性以及試驗(yàn)場(chǎng)地等原因，最終選擇的實(shí)驗(yàn)方式是小樣試驗(yàn)法。摩擦材料必須具有以下性能要求：1）穩(wěn)定且適宜的摩擦因數(shù)。在評(píng)定剎車(chē)片的性能時(shí)，摩擦因數(shù)是最重要的指標(biāo)，摩擦因數(shù)是否穩(wěn)定且符合要求，直接關(guān)系到汽車(chē)的制動(dòng)效果好壞，更涉及駕駛員的人身是否安全。摩擦因數(shù)受諸多外界環(huán)境因素的影響，比如：溫度、表面狀態(tài)、壓力和周?chē)橘|(zhì)等。用于剎車(chē)片的摩擦材料的摩擦因素必須在汽車(chē)工作時(shí)的溫度區(qū)間內(nèi)盡可能地保持穩(wěn)定。不僅如此，在水或油的覆蓋下也得保持穩(wěn)定?？偠灾?，摩擦材料需要在各種情況下保持穩(wěn)定且適宜的摩擦因數(shù)。2）良好的耐磨性。摩擦材料的耐磨性是摩擦材料使用壽命的重要指標(biāo)。當(dāng)行駛的汽車(chē)開(kāi)始制動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)剎車(chē)片的摩擦面產(chǎn)生一個(gè)切應(yīng)力，在切應(yīng)力的作用下，剎車(chē)片會(huì)在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生磨損，且磨損情況受到工作溫度高低和切應(yīng)力大小的影響。一般情況下，溫度升高，磨損現(xiàn)象會(huì)越明顯。在生產(chǎn)過(guò)程中添加適宜的減摩劑，選用合適的填料都可以減小磨損現(xiàn)象，以提高摩擦材料的使用壽命。3）噪聲低。噪聲污染對(duì)城市環(huán)境和居民健康都有不小的影響。不僅如此，噪音大小還關(guān)系到車(chē)輛駕駛的舒適與否，影響到司機(jī)駕駛時(shí)的專(zhuān)注程度。所以，噪聲的大小也是剎車(chē)片性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。優(yōu)質(zhì)的盤(pán)式剎車(chē)片從外觀上看，其表面的致密度一致，沒(méi)有明顯的疏松凹陷的情況；剎車(chē)片的倒角也要對(duì)稱(chēng)；對(duì)于有開(kāi)槽的剎車(chē)片，應(yīng)該檢查其槽的兩邊會(huì)不會(huì)出現(xiàn)掉塊的情況，還要檢查槽的深淺是否一致。汽車(chē)剎車(chē)片屬于國(guó)家強(qiáng)制要求按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的產(chǎn)品，產(chǎn)品施行生產(chǎn)許可證制度?，F(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是《汽車(chē)用制動(dòng)器襯片》，標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為GB5763-2008。該標(biāo)準(zhǔn)由質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)驗(yàn)疫總局和標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)發(fā)布，于2008年進(jìn)行修訂。本實(shí)驗(yàn)主要研究了調(diào)節(jié)劑含量對(duì)無(wú)石棉有機(jī)摩擦材料剎車(chē)片即NAO陶瓷盤(pán)式剎車(chē)片的性能影響，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5763-2008的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)剎車(chē)片的摩擦因數(shù)，耐磨性，密度以及硬度進(jìn)行評(píng)定。本次實(shí)驗(yàn)所選取的調(diào)節(jié)劑為硅酸鋯ZrSiO?。硅酸鋯的英文名稱(chēng)為ZirconiumSilicate，是一種無(wú)機(jī)硅酸鹽，在剎車(chē)片行業(yè)是一種比較廉價(jià)的摩擦性能調(diào)節(jié)劑，硅酸鋯的強(qiáng)度和耐磨性都比較高，故經(jīng)常在剎車(chē)片生產(chǎn)中被當(dāng)做增摩劑使用。1.2剎車(chē)片研究發(fā)展歷程及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在二十世紀(jì)的二十年代，鼓式制動(dòng)器就已經(jīng)開(kāi)始有了雛形，這可能是世界上存在的最早的關(guān)于剎車(chē)片的記錄。作為最早設(shè)計(jì)出來(lái)的摩擦制動(dòng)裝置，一開(kāi)始鼓式制動(dòng)器并不用于汽車(chē)之上，而是最先被用于馬車(chē)上面，在之后，人們才開(kāi)始將鼓式制動(dòng)器裝在汽車(chē)上，并且在接下來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都作為汽車(chē)制動(dòng)方案的首要選擇。那個(gè)時(shí)候盤(pán)式制動(dòng)器才剛剛處于發(fā)展階段，還沒(méi)有大規(guī)模正式投入汽車(chē)行業(yè)地的生產(chǎn)和使用，而是被用于其他大型交通工具，如火車(chē)，坦克以及飛機(jī)的制動(dòng)裝置上面。慢慢地汽車(chē)工程師認(rèn)識(shí)到盤(pán)式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)，且因?yàn)槠?chē)行業(yè)制造技術(shù)飛速發(fā)展，盤(pán)式制動(dòng)器開(kāi)始逐漸走入汽車(chē)制動(dòng)領(lǐng)域，人們對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器的認(rèn)識(shí)也逐漸提高。汽車(chē)工程師最開(kāi)始先使用液壓型的盤(pán)式制動(dòng)器，，但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的限制，液壓型盤(pán)式制動(dòng)器一開(kāi)始只被用于輕型貨車(chē)以及小轎車(chē)。直到二十世紀(jì)八十年代，氣壓型盤(pán)式制動(dòng)器被發(fā)明出來(lái)后，盤(pán)式制動(dòng)器才開(kāi)始在制動(dòng)器領(lǐng)域占有重要位置。其優(yōu)秀的制動(dòng)性能、高效的制動(dòng)效率，使得其在市場(chǎng)上的需求量迅速提高。在之后，各大汽車(chē)行業(yè)強(qiáng)國(guó)開(kāi)始大力研發(fā)盤(pán)式制動(dòng)器，盤(pán)式制動(dòng)器在汽車(chē)行業(yè)開(kāi)始制霸。自汽車(chē)被發(fā)明以來(lái)，摩擦材料的成分變化及發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)時(shí)期：1）20世紀(jì)70年代前，在這段時(shí)期里，幾乎所有的剎車(chē)片材料都是石棉型材料，極少數(shù)為金屬基復(fù)合材料或金屬-陶瓷基復(fù)合材料，可以說(shuō)是石棉型摩擦材料占領(lǐng)了幾乎整個(gè)剎車(chē)片市場(chǎng)2）20世紀(jì)70年代中期至20世紀(jì)80年代，這是剎車(chē)片摩擦材料發(fā)展的第二個(gè)時(shí)期，在這段時(shí)期里，人們開(kāi)始發(fā)現(xiàn)石棉材料的害處，石棉型材料被研究證實(shí)具有強(qiáng)致癌性，美國(guó)甚至出臺(tái)相關(guān)法案規(guī)定禁止使用石棉型材料。隨著石棉型摩擦材料的沒(méi)落，這段時(shí)期關(guān)于金屬基復(fù)合摩擦材料的研究進(jìn)展飛快，很快金屬基復(fù)合材料就在剎車(chē)片市場(chǎng)占據(jù)了重要的地位。3）20世紀(jì)80年代到現(xiàn)在的時(shí)期為第三時(shí)期，這段時(shí)期無(wú)石棉型摩擦材料的研究進(jìn)展飛快，各國(guó)各剎車(chē)片企業(yè)都在致力于研究無(wú)石棉摩擦材料，并且大量投入生產(chǎn)及使用，無(wú)石棉型摩擦材料開(kāi)始取代其他類(lèi)型的材料成為剎車(chē)片行業(yè)的首選材料。截止至2015年，日本是世界上擁有剎車(chē)片相關(guān)專(zhuān)利最多的國(guó)家，總共擁有剎車(chē)片專(zhuān)利2200篇，幾乎占了剎車(chē)片相關(guān)專(zhuān)利總量的40%，其次中國(guó)和美國(guó)緊隨其后。這也可以看出中日美目前在剎車(chē)片領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。除了中日美之外，歐洲國(guó)家的生產(chǎn)技術(shù)也非常成熟，研究也有取得明顯的成果。我國(guó)汽車(chē)工業(yè)起步較晚，但隨著我國(guó)工業(yè)的進(jìn)步，汽車(chē)行業(yè)的技術(shù)也在飛速發(fā)展，汽車(chē)零部件的生產(chǎn)水平也有顯著的提高，對(duì)剎車(chē)片摩擦材料的研究也逐漸取得成果。在進(jìn)入21世紀(jì)后，剎車(chē)片行業(yè)也取得了明顯的進(jìn)步。在20世紀(jì)末和21世紀(jì)初，我國(guó)的剎車(chē)片還在大量依靠進(jìn)口及外國(guó)技術(shù)，全球排名前列的剎車(chē)片生產(chǎn)商和經(jīng)銷(xiāo)商紛紛涌入中國(guó)，在中國(guó)建立了相應(yīng)的生產(chǎn)工廠、經(jīng)銷(xiāo)基地和技術(shù)研發(fā)中心。我國(guó)對(duì)剎車(chē)片的研究也有進(jìn)展，隨著技術(shù)的發(fā)展和中國(guó)制造業(yè)的崛起，我國(guó)剎車(chē)片產(chǎn)品制造水平已經(jīng)逐漸追上世界先進(jìn)水平，并且除了制造方面，我國(guó)在剎車(chē)片的研究也已經(jīng)走在世界前列。在國(guó)外，剎車(chē)片的出現(xiàn)最早可以追述到19世紀(jì)早期，當(dāng)時(shí)的專(zhuān)利就已經(jīng)有含石棉的剎車(chē)片。含石棉剎車(chē)片作為最早的一批剎車(chē)片開(kāi)始被廣泛使用，且石棉剎車(chē)片的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和耐熱性都符合汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的要求。石棉摩擦材料廣義上泛指所有以將石棉用于增強(qiáng)材料的摩擦材料，包括有：1）石棉纖維摩擦材料，主要用于剎車(chē)片。2）石棉線質(zhì)摩擦材料，主要用于工程機(jī)械和大型設(shè)備上的摩擦片。3）石棉布質(zhì)摩擦材料，主要用于剎車(chē)帶。石棉材料的成本低，可以被大量投入生產(chǎn)。除此之外，石棉材料的熔點(diǎn)高，力學(xué)強(qiáng)度也高。但是，石棉材料也有不少的缺點(diǎn)，比如說(shuō)石棉材料的摩擦因數(shù)一般僅為0.45左右，有的石棉材料在實(shí)驗(yàn)中甚至僅測(cè)出0.35的摩擦因數(shù)，且石棉材料的摩擦因數(shù)并不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)摩擦性能熱衰退。除此之外，摩擦材料的導(dǎo)熱性也比較差，摩擦產(chǎn)生的熱可能會(huì)導(dǎo)致磨損加劇。不僅如此，在此后隨著研究發(fā)現(xiàn)，石棉材料會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，且被實(shí)驗(yàn)證明其具有強(qiáng)致癌性，到了1989年，美國(guó)已經(jīng)有法案禁止了石棉材料的使用。所以，在此后的幾年里，人們開(kāi)始致力于尋找石棉材料的替代品來(lái)制作剎車(chē)片。從1980年開(kāi)始，半金屬石墨復(fù)合材料就被開(kāi)始用于替代石棉材料來(lái)制造剎車(chē)片。半金屬材料里一般含有30%-40%的鐵類(lèi)金屬，如還原鐵粉，鋼纖維等。半金屬?gòu)?fù)合材料擁有較高的摩擦系數(shù)和耐磨性耐熱性，但也有明顯的缺點(diǎn)，比如噪音大、容易生銹，會(huì)傷害到剎車(chē)盤(pán)等。于是，減少剎車(chē)片中的金屬含量就成為了主流研究方向，這也促進(jìn)了NAO剎車(chē)片的發(fā)展。其實(shí)早在1975年就有出現(xiàn)過(guò)NAO剎車(chē)片的研究，在當(dāng)時(shí)的專(zhuān)利記載了一種包含碎玻璃纖維的摩擦材料，這種材料包含碎玻璃纖維（浸漬有１％的酚醛樹(shù)脂）、樹(shù)脂、填料、有機(jī)粉末、潤(rùn)滑劑、金屬粉末和一些其他的纖維，具有良好的耐磨性和抗衰退性能，并且分散了噪音的集中產(chǎn)生，這就是最早期的NAO剎車(chē)片。早期的NAO剎車(chē)片只適用于溫度不太高的環(huán)境下，隨著20世紀(jì)八、九十年代的研究和改進(jìn)，NAO剎車(chē)片也逐步得到改良。目前NAO剎車(chē)片已經(jīng)能完全滿足剎車(chē)片的性能要求，且已經(jīng)成為剎車(chē)片市場(chǎng)重要的組成部分。1.3剎車(chē)片的研究方向和發(fā)展趨勢(shì)目前，在剎車(chē)片行業(yè)，美國(guó)、日本，歐洲的技術(shù)及研究仍然是走在世界前列，對(duì)剎車(chē)片的研究也日益進(jìn)步。目前一個(gè)比較熱門(mén)的研究方向就是剎車(chē)片的改性，及耐熱性和韌性。截止到現(xiàn)在，酚醛樹(shù)脂的耐熱性改性一般有銨類(lèi)改性酚醛樹(shù)脂、鉬改性酚醛樹(shù)脂、硼酸改性酚醛樹(shù)脂和有機(jī)硅改性酚醛樹(shù)脂。而目前韌性改性的主要途徑有：在酚醛樹(shù)脂中添加外增韌物質(zhì)，比如丁腈橡膠、天然橡膠、熱塑性樹(shù)脂和丁苯橡膠等；在酚醛樹(shù)脂中添加內(nèi)增韌物質(zhì)，如引入柔性基團(tuán)，或者是酚羥基醚化。在更加重視環(huán)境保護(hù)的21世紀(jì)，剎車(chē)片勢(shì)必會(huì)往更環(huán)保更綠色更健康的方向發(fā)展。晶須類(lèi)、海綿類(lèi)等有毒物質(zhì)肯定也會(huì)隨著發(fā)展而逐漸被其他更環(huán)保的成分取代，其替代品就是目前和未來(lái)的主要研究方向。所以，可以預(yù)見(jiàn)的是，剎車(chē)片的發(fā)展必將是越來(lái)越環(huán)保。1.4本文研究的內(nèi)容和目的本文主要研究了調(diào)節(jié)劑含量對(duì)NAO盤(pán)式陶瓷剎車(chē)片的性能影響。本次實(shí)驗(yàn)選定的調(diào)節(jié)劑為增摩劑硅酸鋯ZrSiO?。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了四組不同梯度硅酸鋯含量的剎車(chē)片實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)剎車(chē)片式樣進(jìn)行硬度測(cè)試、密度測(cè)試、定速摩擦測(cè)試以及掃描電子顯微鏡測(cè)試，來(lái)對(duì)比硅酸鋯調(diào)節(jié)劑含量對(duì)剎車(chē)片摩擦性能的影響。本次實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5763-2008。GB5763-2008相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下表1.4所示：圖表1.4汽車(chē)制動(dòng)襯片國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5763-2008第2章剎車(chē)片的原料設(shè)計(jì)與制備2.1實(shí)驗(yàn)材料2.1.1剎車(chē)片的原料剎車(chē)片由粘結(jié)劑、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、增強(qiáng)纖維和填料組成。本次實(shí)驗(yàn)所選取的材料如下：粘結(jié)劑10%，增強(qiáng)纖維15%，摩擦性能調(diào)節(jié)劑35%，填料40%本次實(shí)驗(yàn)的變量是摩擦性能調(diào)節(jié)劑硅酸鋯，設(shè)置的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)梯度為4.0%、5.0%、6.0%和8.0%。通過(guò)改變對(duì)摩擦性能沒(méi)有影響的填料重晶石的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)保持剎車(chē)片的總質(zhì)量不變。對(duì)應(yīng)的重晶石質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置為5.5%，4.5%，3.5%和2.5%。2.1.2剎車(chē)片的制備過(guò)程剎車(chē)片由鋼背和摩擦材料組成。本次實(shí)驗(yàn)剎車(chē)片制備所用的鋼背均采用工廠的成品鋼背，即已經(jīng)經(jīng)過(guò)沖壓、清洗、拋丸及涂膠的鋼背，可以直接用于和摩擦材料的熱壓工序。剎車(chē)片的制備過(guò)程如圖2.1.2所示。圖2.1..2剎車(chē)片的生產(chǎn)過(guò)程2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備本次實(shí)驗(yàn)材料制備所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有：配料秤（精確到0.1kg）、5L犁耙式混料機(jī)、剎車(chē)片80t熱壓機(jī)、熱處理爐、平面磨床、倒角開(kāi)槽機(jī)等。2.3剎車(chē)片的制備過(guò)程配料：NAO型摩擦材料由粘結(jié)劑、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、增強(qiáng)纖維、調(diào)料組成。將上述選取好的剎車(chē)片原料按設(shè)計(jì)好的比例在配料秤上配好混料：將配好的料放入混料機(jī)，開(kāi)啟混料機(jī)，使料混均勻，如果料出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，則打開(kāi)混料機(jī)的高速鉸刀，使結(jié)塊的料分散均勻，如果混拌的原料過(guò)多，沒(méi)有開(kāi)啟高速鉸刀則可能造成材料的纖維結(jié)塊現(xiàn)象。混料過(guò)程中，攪拌工作主要由犁刀完成，鉸刀則負(fù)責(zé)將塊狀原料粉碎。攪拌后將混合好的料放置于恒溫室內(nèi)靜置一個(gè)晚上。鋼板沖壓：本次實(shí)驗(yàn)采用工廠已經(jīng)沖裁完畢，且經(jīng)過(guò)清洗拋丸和涂膠的鋼背。熱壓：將兩塊鋼背放置于熱壓機(jī)的凹槽處，并將料均勻倒入凹槽，并用毛刷清掃凹槽表面，掃平料的表面。開(kāi)啟熱壓機(jī)，在高溫作用下，混好的料開(kāi)始固化，鋼背上的酚醛樹(shù)脂類(lèi)膠固化，使鋼背與摩擦材料粘結(jié)在一起。熱壓的時(shí)間、溫度、壓力是影響熱壓效果的三個(gè)重要因素。溫度會(huì)影響粘結(jié)劑的熔化和硬化過(guò)程，如果熱壓的溫度過(guò)低，則酚醛樹(shù)脂的物理形態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，容易在摩擦塊與鋼背的粘結(jié)處形成裂紋，甚至可以會(huì)導(dǎo)致摩擦塊與鋼背分離。時(shí)間參數(shù)也是生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的參數(shù)，如果加壓時(shí)間和排氣時(shí)間參數(shù)沒(méi)有控制好，容易導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的剎車(chē)片有氣孔或者整個(gè)剎車(chē)片疏松，這樣的剎車(chē)片在使用過(guò)程中容易因?yàn)閼?yīng)力集中而斷裂。壓力參數(shù)則會(huì)影響剎車(chē)片的致密度，如果致密度控制的不好，則會(huì)影響到剎車(chē)片的磨損率。本次熱壓過(guò)程的參數(shù)為成型溫度150℃，保壓時(shí)間300s，每間隔20s放一次氣，保壓壓力400KG。熱處理：將熱壓好的剎車(chē)片進(jìn)行熱處理，剎車(chē)片的熱處理采用的是分級(jí)熱處理，緩慢加熱至185℃.保溫1.5h。噴漆和磨削：對(duì)熱處理后的剎車(chē)片摩擦材料一面進(jìn)行倒角處理和開(kāi)槽。2.4本章小結(jié)剎車(chē)片主要由鋼背和摩擦材料組成，在本次實(shí)驗(yàn)主要對(duì)剎車(chē)片的摩擦材料部分進(jìn)行原料設(shè)計(jì)和制備，鋼背采用的均為工廠生產(chǎn)的鋼背。將制備好的剎車(chē)片進(jìn)行編號(hào)，依據(jù)硅酸鋯的質(zhì)量百分比遞增依次編號(hào)，硅酸鋯含量4.0%的記為A，5.0%的記為B，6.0%的記為C，7.0%的記為D。

第3章剎車(chē)片摩擦性能的測(cè)試3.1實(shí)驗(yàn)方法1）硬度測(cè)試試驗(yàn)2）密度測(cè)試試驗(yàn)因?yàn)閯x車(chē)片的造型屬于不規(guī)則造型，所以本次密度測(cè)試試驗(yàn)采用阿基米德原理，通過(guò)計(jì)算排開(kāi)水的體積來(lái)計(jì)算剎車(chē)片的體積。因?yàn)樗拿芏圈阉?g/cm3，所以剎車(chē)片的密度ρ剎車(chē)片＝m剎車(chē)片/(m水-m剩下的水).3）摩擦材料的摩擦因數(shù)測(cè)定目前，用于檢測(cè)剎車(chē)片摩擦性能的方法主要有三種：小樣試驗(yàn)法、臺(tái)架試驗(yàn)法以及道路試驗(yàn)法?；陬A(yù)算和實(shí)驗(yàn)條件考慮，本次實(shí)驗(yàn)采用的是小樣試驗(yàn)法。小樣試驗(yàn)法是目前剎車(chē)片行業(yè)運(yùn)用最多的剎車(chē)片摩擦性能測(cè)試方法，主要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有定速試驗(yàn)機(jī)。小樣試驗(yàn)法的實(shí)驗(yàn)周期比較短，各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)在試驗(yàn)中都容易控制，且實(shí)驗(yàn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于臺(tái)架試驗(yàn)法和道路試驗(yàn)法，所以目前被許多剎車(chē)片企業(yè)和剎車(chē)片研究機(jī)構(gòu)采用。小樣試驗(yàn)法的基本原理是將剎車(chē)片的摩擦材料按照試驗(yàn)要求制成規(guī)格為25mm×25mm×6mm的小方塊，接著如圖3.1.3所示，機(jī)器對(duì)式樣施加一個(gè)恒定的力，使其被緊壓在以恒定速度旋轉(zhuǎn)的摩擦盤(pán)表面，此時(shí)摩擦盤(pán)的切線方向產(chǎn)生一個(gè)摩擦力，以此模擬汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中剎車(chē)片的受力情況，并通過(guò)對(duì)壓力及摩擦力的測(cè)定便可確定摩擦材料的摩擦因數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)?zāi)M了兩種汽車(chē)行駛中的環(huán)境情況，一種是升溫過(guò)程中的摩擦因數(shù)變化，設(shè)置的溫度變化梯度分別為100℃、150℃、200℃、250℃、300℃以及350℃。另一種是降溫情況下的溫度變化梯度，所設(shè)置的溫度分別為350℃、300℃、250℃、200℃、150℃以及100℃。通過(guò)分別對(duì)比溫度上升過(guò)程中和下降過(guò)程中的摩擦因數(shù)的變化情況，以及溫度上升和溫度下降過(guò)程中同一溫度點(diǎn)的摩擦因數(shù)對(duì)比，如對(duì)比升溫過(guò)程中250℃和降溫過(guò)程中250℃的摩擦因數(shù)變化，判斷該摩擦材料的摩擦因數(shù)穩(wěn)定性是否符合要求，并對(duì)比不同硅酸鋯含量的剎車(chē)片的摩擦因數(shù)變化情況。本次摩擦性能的測(cè)定實(shí)驗(yàn)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車(chē)用制動(dòng)器襯片》（GB/T5763-2008），該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定小樣試驗(yàn)法的各項(xiàng)參數(shù)及指標(biāo)。本次實(shí)驗(yàn)依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用0.98MPa的壓力和100℃至350℃的溫度區(qū)間。摩擦線速度為7m/s。圖3.1.3小樣試驗(yàn)法原理圖4）磨損率測(cè)試試驗(yàn)如圖3.1.4所示，取式樣中心點(diǎn)及四個(gè)角，測(cè)量其厚度，隨后，進(jìn)行小樣試驗(yàn)法，試驗(yàn)結(jié)束之后，再次測(cè)量各個(gè)點(diǎn)的厚度。本次實(shí)驗(yàn)由小樣試驗(yàn)法直接得出數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比磨損率的不同來(lái)判定硅酸鋯含量對(duì)摩擦材料磨損性能的影響。圖3.1.4磨損率測(cè)試原理圖5）掃描電子顯微鏡磨損表面觀察試驗(yàn)掃描電子顯微鏡主要依靠電子的成像原理，來(lái)觀察剎車(chē)片摩擦材料的表面磨損形貌。通過(guò)對(duì)比不同硅酸鋯含量的剎車(chē)片摩擦材料的磨損形貌來(lái)判斷硅酸鋯含量對(duì)摩擦材料的磨損性能影響。3.2實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備3.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備本次實(shí)驗(yàn)所需要的設(shè)備有：XHRD-150電動(dòng)塑料洛氏硬度計(jì)，XD-MSM定速摩擦試驗(yàn)機(jī)，S-3400N型掃描電子顯微鏡。3.2.2XD-MSM定速摩擦試驗(yàn)機(jī)XD-MSM定速摩擦試驗(yàn)機(jī)采用的是盤(pán)-塊式的摩擦副形式，模擬了汽車(chē)形式過(guò)程中的制動(dòng)情況，主要提供的模擬參數(shù)有壓力，速度以及溫度。XD-MSM定速摩擦試驗(yàn)機(jī)具有功能多、自動(dòng)化程度高等特征。XD-MSM定速摩擦試驗(yàn)機(jī)主要由強(qiáng)電控制柜、正壓力加載系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和主機(jī)四個(gè)部分組成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要可以對(duì)溫度、摩擦線速度、正壓力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。涉及到的控制部件包括電機(jī)變頻器、電加熱器、水閥和氣閥以及風(fēng)機(jī)。而XD-MSM定速摩擦試驗(yàn)機(jī)依靠電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)株洲進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)速可控。而實(shí)驗(yàn)所需的壓力則由正壓片的氣壓通過(guò)氣缸對(duì)式樣進(jìn)行加壓。門(mén)架上裝有測(cè)力桿，上面的壓力傳感器可以測(cè)試摩擦力矩，而摩擦表盤(pán)上的熱電偶則可以傳出溫度數(shù)據(jù)。在小樣試驗(yàn)的過(guò)程中，摩擦因數(shù)和磨損率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)直接計(jì)算得出，以表格和折線圖的形式呈現(xiàn)。XD-MSM定速摩擦試驗(yàn)的功能比較多，主要包括：（1）在溫度相同和速度相同的情況下進(jìn)行不同正壓力的實(shí)驗(yàn)測(cè)摩擦因數(shù)和磨損率。（2）在壓力相同和速度相同的情況下，測(cè)試溫度為變量的摩擦因數(shù)和磨損率實(shí)驗(yàn)。（3）在壓力和溫度不變的情況下測(cè)試速度變化的實(shí)驗(yàn)。（4）進(jìn)行強(qiáng)制磨損實(shí)驗(yàn)和模擬制動(dòng)實(shí)驗(yàn)。3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)3.3.1洛氏硬度實(shí)驗(yàn)硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表3.3.1.1所示：實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)次數(shù)A(硅酸鋯含量4.0%)B(硅酸鋯含量5.0%)C(硅酸鋯含量6.0%)D(硅酸鋯含量7.0%)161HRS60HRS50HRS65HRS260HRS60HRS52HRS65HRS361HRS60HRS51HRS65HRSAVERAGE61HRS60HRS52HRS65HRS表3.3.1.1硬度測(cè)試數(shù)據(jù)圖3.3.1.2不同硅酸鋯含量的摩擦材料硬度折線圖3.3.2密度測(cè)試試驗(yàn)剎車(chē)片的造型屬于難以測(cè)量不規(guī)則造型，所以本次密度測(cè)試試驗(yàn)采用阿基米德排水原理，通過(guò)計(jì)算排開(kāi)水的體積來(lái)計(jì)算剎車(chē)片的體積。因?yàn)樗拿芏圈阉?g/cm3，所以剎車(chē)片的密度ρ剎車(chē)片＝m剎車(chē)片/(m水-m剩下的水).實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表3.3.2所示：實(shí)驗(yàn)序號(hào)A(硅酸鋯含量4.0%)B(硅酸鋯含量5.0%)C(硅酸鋯含量6.0%)D(硅酸鋯含量7.0%)密度g/cm32.222.232.212.32表3.3.2.1密度測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)表圖3.3.2.2不同硅酸鋯含量的摩擦材料密度折線圖3.3.3摩擦因數(shù)小樣試驗(yàn)依據(jù)升溫過(guò)程設(shè)置六個(gè)溫度梯度等級(jí)，分別為100℃、150℃、200℃、250℃、300℃和350℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖表如下圖3.3.3.1所示升溫階段摩擦系數(shù)變化規(guī)律：溫度編號(hào)100℃150℃200℃250℃300℃350℃A0.4510.4530.4800.5190.5270.527B0.4400.4750.5110.5200.5190.519C0.4510.4650.4810.5190.4970.480D0.4500.4760.4950.5080.4900.475表3.3.3.1升溫階段摩擦因數(shù)數(shù)據(jù)表表3.3.3.2升溫階段摩擦因數(shù)數(shù)據(jù)折線圖將降溫過(guò)程分為5個(gè)溫度梯度：300℃、250℃、200℃、150℃和100℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表3.3.3.3所示：降溫階段摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)及變化規(guī)律：溫度編號(hào)300℃250℃200℃150℃100℃A0.5400.5500.5230.5200.449B0.5270.5250.5240.5120.449C0.5110.5240.5230.5130.470D0.5000.5250.5390.5280.477表3.3.3.3降溫溫階段摩擦因數(shù)數(shù)據(jù)表表3.3.3.4降溫溫階段摩擦因數(shù)數(shù)據(jù)折線圖3.3.4磨損率測(cè)試試驗(yàn)測(cè)得的磨損率如下表所示：溫度編號(hào)100℃150℃200℃250℃300℃350℃A0.0600.0800.0790.0850.1050.098B0.0600.0800.0980.0950.0980.125C0.1000.0890.0650.0980.1400.098D0.0520.0630.1200.0400.0880.118表3.3.4.1磨損率測(cè)試數(shù)據(jù)表不同含量的硅酸鋯對(duì)應(yīng)升溫階段的磨損率變化規(guī)律：表3.3.4.2不同溫度下磨損率測(cè)試數(shù)據(jù)折線圖3.3.5掃描電子顯微鏡磨損表面觀察試驗(yàn)（1）式樣A在掃描電子顯微鏡下的表面磨損形貌如圖3.3.5.1所示：圖3.3.5.1式樣A的掃描電子顯微鏡成像圖（2）式樣B在掃描電子顯微鏡下的表面磨損形貌如圖3.3.5.2所示：圖3.3.5.2式樣B的掃描電子顯微鏡成像圖（3）式樣C在掃描電子顯微鏡下的表面磨損形貌如圖3.3.5.3所示：圖3.3.5.3式樣C的掃描電子顯微鏡成像圖（4）式樣D在掃描電子顯微鏡下的表面磨損形貌如圖3.3.5.4所示：圖3.3.5.4式樣D的掃描電子顯微鏡成像圖3.4本章小結(jié)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)剎車(chē)片摩擦材料進(jìn)行硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)、密度測(cè)試實(shí)驗(yàn)、摩擦因數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，磨損率測(cè)試實(shí)驗(yàn)以及掃描電子顯微鏡磨損形貌觀察，研究了剎車(chē)片摩擦性能在摩擦性能調(diào)節(jié)劑硅酸鋯含量的影響下的性能變化。

第4章實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.1洛氏硬度試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析由圖表可以看出實(shí)驗(yàn)最開(kāi)始時(shí)，含4.0%硅酸鋯的硬度為61HRS，隨著硅酸鋯含量的增加，剎車(chē)片摩擦材料的硬度先呈現(xiàn)出緩慢下降趨勢(shì)，當(dāng)硅酸鋯含量大于5.0%的時(shí)候，摩擦材料的硬度急劇下降，在硅酸鋯含量6.0的時(shí)候達(dá)到一個(gè)最低峰，此時(shí)的硬度為52HRS，此后，隨著硅酸鋯含量的增加，摩擦材料的硬度開(kāi)始急劇上升，最終在硅酸鋯含量達(dá)到7.0%的時(shí)候達(dá)到65HRS?？偟膩?lái)說(shuō)，隨著硅酸鋯含量的增加，剎車(chē)片摩擦材料的硬度先呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，然后再急劇上升，當(dāng)硅酸鋯含量為6.0%的時(shí)候，剎車(chē)片摩擦材料的硬度達(dá)到最低值。4.2密度測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果由圖表可以看出，含4.0%硅酸鋯的剎車(chē)片摩擦材料的密度為2.22g/cm3，隨著硅酸鋯含量的增加，密度呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是增長(zhǎng)趨勢(shì)比較平緩。當(dāng)硅酸鋯含量超過(guò)5.0%的時(shí)候，摩擦材料的密度開(kāi)始下降，下降趨勢(shì)比較緩慢。當(dāng)硅酸鋯含量到達(dá)6.0%的時(shí)候，摩擦材料的密度下降到最低點(diǎn)，此后隨著硅酸鋯含量的增加，摩擦材料的密度重新開(kāi)始呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且上升趨勢(shì)明顯?？偨Y(jié)：隨著硅酸鋯含量的增加，摩擦材料的密度先上升，然后開(kāi)始下降，在硅酸鋯含量達(dá)到6.0%時(shí)，密度達(dá)到最小值2.21g/cm3。此時(shí)摩擦材料的致密度最小，與之前硬度測(cè)試試驗(yàn)的結(jié)果相關(guān)聯(lián)，符合情況。4.3摩擦因數(shù)小樣試驗(yàn)法結(jié)果分析從折線圖看：（1）在溫度上升的實(shí)驗(yàn)中，含4.0%硅酸鋯含量的摩擦材料和含5.0%硅酸鋯含量的摩擦材料在溫度上升的過(guò)程中，其摩擦因數(shù)在100℃—200℃的溫度區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)出比較明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，在之后200℃—350℃的溫度區(qū)間內(nèi)趨于平緩，保持穩(wěn)定。而含5.0%硅酸鋯的摩擦材料和含6.0%硅酸鋯的摩擦材料在100℃—250℃這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，其摩擦因數(shù)均有非常明顯的上升趨勢(shì)，而在250℃—350℃均呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。（2）在溫度下降的實(shí)驗(yàn)中，硅酸鋯含量為4.0%、6.0%和7.0%的摩擦材料的摩擦因數(shù)均隨著溫度的下降，其數(shù)值先上升之后再下降。而5.0%硅酸鋯的摩擦材料在300℃降溫到200℃的過(guò)程中，其摩擦因數(shù)保持穩(wěn)定，數(shù)值基本沒(méi)大波動(dòng)，但是在隨后繼續(xù)降溫的過(guò)程中，其摩擦因數(shù)開(kāi)始急劇下降。從數(shù)值上看（1）在溫度上升的小樣試驗(yàn)中，A、B、C、D的摩擦因數(shù)方差分別為1.304×10-3、1.085×10-3、5.7×10-4、4.03×10-4，從方差看，硅酸鋯含量7.0%的摩擦材料的摩擦因數(shù)最為穩(wěn)定，而含4.0%硅酸鋯的摩擦材料的摩擦因數(shù)最不穩(wěn)定。（2）在溫度下降的小樣試驗(yàn)中，A、B、C、D的摩擦因數(shù)方差分別為5.26×10-4、1.807×10-3、4.90×10-4和6.27×10-4。從方差來(lái)看，在整體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，含6.0%硅酸鋯的摩擦材料的摩擦因數(shù)最穩(wěn)定，含5.0%硅酸鋯的摩擦材料的摩擦因數(shù)最不穩(wěn)定。選取上升過(guò)程中和下降過(guò)程中的150℃、200℃和250℃分別進(jìn)行對(duì)比，可以看出，在同一溫度下，升溫時(shí)的摩擦因數(shù)均小于降溫時(shí)的摩擦因數(shù)。所以，在降溫過(guò)程中，摩擦材料的摩擦因數(shù)會(huì)有稍微增大。由表1.4可知，本次實(shí)驗(yàn)所有樣本均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5763-2008對(duì)剎車(chē)片摩擦材料摩擦因數(shù)的要求。所有的樣品在不同溫度下的摩擦因數(shù)均在合格區(qū)間范圍內(nèi)。4.4磨損率測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析從折線圖看，大致趨勢(shì)如下：含4.0%硅酸鋯的摩擦材料的磨損率在溫度100℃到150℃的區(qū)間明顯上身，在150℃到200℃的區(qū)間整體趨于平緩，隨后，在200℃到300℃的區(qū)間內(nèi)磨損率有明顯地提高，在300℃之后磨損率開(kāi)始下降。5.0%硅酸鋯含量的摩擦材料的磨損率在100℃到200℃的區(qū)間內(nèi)隨溫度增高而提高，在200℃到300℃區(qū)間內(nèi)，整體趨于平緩，隨后開(kāi)始上升。整體趨勢(shì)上升。6.0%硅酸鋯含量的摩擦材料的磨損率在100℃到200℃的區(qū)間內(nèi)隨溫度增高而下降，在200℃到300℃區(qū)間內(nèi)，其磨損率急劇上升，并在300℃之后開(kāi)始急劇下降。7.0%硅酸鋯含量的摩擦材料的磨損率在100℃到200℃的區(qū)間內(nèi)隨溫度增高而提高，在200℃到250℃區(qū)間內(nèi)，磨損率急劇下降，并在250℃之后開(kāi)始急劇下降。從數(shù)值上看，6.0%硅酸鋯含量的摩擦材料在300℃擁有最大的磨損率，而7.0%硅酸鋯含量的摩擦材料在250℃具有最低的磨損率。從方差來(lái)看，A、B、C、D的方差分別為2.51×10-4、4.67×10-4、5.87×10-4、1.156×10-3?？梢钥闯鯝式樣的磨損率在不同溫度下最為穩(wěn)定，D式樣的磨損率最不穩(wěn)定。由表1.4可以看出本次實(shí)驗(yàn)所有式樣的磨損率均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5763-2008對(duì)剎車(chē)片摩擦材料磨損率的要求。所有的樣品在不同溫度下的磨損率均在合格區(qū)間范圍內(nèi)。4.5掃描電子顯微鏡磨損表面觀察試驗(yàn)結(jié)果分析從掃描電子顯微鏡的圖像可以看出，當(dāng)硅酸鋯的含量為4.0%時(shí)，試樣在經(jīng)過(guò)小樣測(cè)試后，表面幾乎都有磨損，僅僅留有小部分比較光滑，在光滑區(qū)域上存在的劃痕也比較明顯。當(dāng)硅酸鋯的含量為5.0%時(shí)，經(jīng)過(guò)小樣試驗(yàn)后，整體表面仍然存在大部分平坦未磨損的表面，磨損造成的凹坑很小且非常少，表面的劃痕細(xì)且密。當(dāng)硅酸鋯的含量為6.0%時(shí)，經(jīng)過(guò)小樣試驗(yàn)后，表面整體都比較光滑，存在大塊的未磨損表面，整體表面有比較明顯的劃痕，因?yàn)槟p存在的凹坑比較少且比較小。當(dāng)硅酸鋯的含量為7.0%時(shí)，經(jīng)過(guò)小樣試驗(yàn)后，表面的劃痕粗大，存在較大的凹坑，大部分表面均被磨損?？偨Y(jié)：從掃描電子顯微鏡的成像來(lái)看，當(dāng)硅酸鋯的含量為5.0%或者6.0%的時(shí)候，表面存在的平坦區(qū)域比較大，因磨損形成的凹坑都比較少，且凹坑面積都比較小。當(dāng)硅酸鋯的含量為4.0%或者7.0%的時(shí)候，表面存在的磨損比較大，因磨損造成的凹坑比較大。

結(jié)論汽車(chē)行業(yè)飛速發(fā)展，而剎車(chē)片的材料也隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了兩次更新迭代。目前市場(chǎng)上存在比較多的剎車(chē)片材料為無(wú)石棉型陶瓷剎車(chē)片，即NAO型陶瓷剎車(chē)片。本次實(shí)驗(yàn)選擇了NAO型陶瓷盤(pán)式剎車(chē)片為研究對(duì)象，研究了摩擦性能調(diào)節(jié)劑含量硅酸鋯對(duì)剎車(chē)片摩擦材料的摩擦性能的影響。本次實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)洛氏硬度、密度、摩擦因數(shù)以及磨損率等摩擦性能相關(guān)的指標(biāo)來(lái)評(píng)定硅酸鋯對(duì)剎車(chē)片摩擦性能的影響。主要的實(shí)驗(yàn)方法為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的小樣試驗(yàn)法。對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)論如下：（1）從洛氏硬度測(cè)試結(jié)果來(lái)看，隨著硅酸鋯含量的增加，剎車(chē)片摩擦材料的硬度先呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，然后再急劇上升，當(dāng)硅酸鋯含量為6.0%的時(shí)候，剎車(chē)片摩擦材料的硬度達(dá)到最低值。（2）從密度測(cè)試結(jié)果來(lái)看，隨著硅酸鋯含量的增加，摩擦材料的密度先上升，然后開(kāi)始下降，在硅酸鋯含量達(dá)到6.0%時(shí)，此時(shí)摩擦材料的致密度最小，達(dá)到最小值2.21g/cm3。（3）在摩擦因數(shù)升溫測(cè)試試驗(yàn)中，當(dāng)硅酸鋯含量為7.0時(shí)，摩擦材料的摩擦因數(shù)方差最小，其摩擦因數(shù)最為穩(wěn)定；當(dāng)硅酸鋯含量為4.0時(shí)，摩擦材料的摩擦因數(shù)方差最大，其摩擦因數(shù)最不穩(wěn)定。在摩擦因數(shù)降溫測(cè)試試驗(yàn)中，含6.0%硅酸鋯的摩擦材料的摩擦因數(shù)最穩(wěn)定，含5.0%硅酸鋯的摩擦材料的摩擦因數(shù)最不穩(wěn)定。對(duì)比降溫過(guò)程和升溫過(guò)程同一溫度下的摩擦因數(shù)可以看出，降溫過(guò)程的摩擦因數(shù)偏大。（4）在磨損率測(cè)試試驗(yàn)中，4.0%硅酸鋯含量的摩擦材料的磨損率最穩(wěn)定，而7.0%硅酸鋯含量的摩擦材料的摩擦因數(shù)最不穩(wěn)定。（5）從SEM的成像圖來(lái)看，當(dāng)硅酸鋯的含量為5.0%或者6.0%的時(shí)候，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)之后表面存在的平坦區(qū)域比較