钛酸铁纳片晶摩擦磨损性能及NAO型刹车片工艺优化研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lwllwl200315
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2014年中国汽车市场产销分别达到了2372.29万辆和2349.19万辆,比2013年增长了7.3%和6.9%。从数据可以看出,总体增长态势平稳。我国汽车产业的迅猛发展也成就了我国汽车配件市场,包括刹车片市场也进入爆发式的增长阶段。国内汽车摩擦材料行业积极学习国外先进厂商的技术管理经验,消化吸收了国际上先进的配方、工艺、生产线、试验检测设备等关键技术,为我国刹车片摩擦材料的发展起到了重要作用。  从刹车片摩擦材料行业总体看,我国刹车片厂家参差不齐,对于新材料新工艺的研发投入还不够,仅凭工程师的经验进行调控优化。这种情况造成了新品开发、新工艺、新设备等的投入使用情况与世界先进水平有着较大差距。同时,由于近些年我国环保形势的严峻,尤其是雾霾等对人民生活健康的影响越来越凸出,针对城市汽车尾气和刹车粉尘的研究也越来越被人们所关注。所以对于环保新材料、新配方、新工艺的研究开发势必成为新的发展方向。  针对针状晶须潜在的危害性,本文研究了课题组自主研制的不同尺寸钛酸铁钠(Na0.75Fe0.75Ti0.25O2,简称TFN)片晶对NAO型刹车片摩擦磨损性能的影响,并对比市售成熟片晶:大塚公司钛酸钾镁片晶(KxMgx/2Ti8-x/2O4,商品名TERRACESS)。针对国内厂家对刹车片工艺优化研究不够系统和深入的问题,研究了不同树脂基配方下热压成型工艺对刹车片摩擦磨损的影响,从而指导工厂实际生产和对工艺改进提供指导方向。  本文研究了大塚公司TERRACESS片晶和TFN大尺寸片晶(TFN-L)、TFN小尺寸片晶(TFN-S)填充摩擦材料的性能,其主要特点为具有较低的磨损率和较高的摩擦系数,而填充TFN样品的主要特点为具有相对低的摩擦系数、较高的磨损和比较平稳的摩擦系数。摩擦系数大小顺序为μTERRACESS>μTFN-S>μTFN-L;摩擦系数稳定性顺序为μ*TFN-S>μ*TFN-L>μ*TERRACESS;体积磨损率和质量磨损的大小顺序为WTERRACESS<WTFN-S<WTFN-L,MTERRACESS<MTFN-S<MTFN-L。TERRACESS片晶填充摩擦材料具有更加优异的机械强度性能,具有较高的摩擦系数和较低的磨损。同时由于TFN样品中含有Fe元素,因此TFN有助于在对偶面形成更加连续、稳定的转移膜,摩擦系数更加稳定。相比较大尺寸的TFN-L,TFN-S由于尺寸较小,分散性更好,因此拥有更加低的磨损和更加稳定的摩擦系数。  研究发现原配方NAO型刹车片摩擦材料热压成型工艺中保压时间、压制温度和后处理时间对摩擦系数大小的影响较大;工艺中保压时间对摩擦系数稳定性、力学强度性质也有较大影响,其中压制温度对硬度、冲击强度和压缩性能影响最大。经过工艺优化后的刹车片配方整体摩擦系数更加稳定,冷态的摩擦系数提高(0.33上升至0.36)磨损质量磨损下降了10%左右,下降至0.30g以内,基本达到了国外优异刹车片的同等水平。  通过对耐热性树脂基刹车片摩擦材料热压成型工艺研究发现:保压时间、后处理时间对摩擦系数的影响较大;工艺中保压时间对摩擦系数稳定性影响最明显;压制温度对质量磨损影响较大。与原树脂配方结论基本相同,具有一定普遍性和参考价值。经过工艺优化的耐热性树脂基刹车片配方的摩擦系数变化最小,为0.38~0.41。其冷态的摩擦系数也更高(0.33上升至0.38,上升了约15%)。经过工艺优化的树脂刹车片配方质量磨损最低,下降了20%左右。对比原树脂未优化配方,在350℃的体积磨损由0.16下降到0.07,下降了56%,高温磨损降低较为明显。通过工厂生产实践,减小保压时间,延长后处理时间可以提高生产效率。
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