文章链接:https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.107608
在汽车行业的成熟与发展过程中,刹车片作为保障人们生命安全的重要部件,其性能的重要性不言而喻。通常通过添加高硬度的增摩填料以增加摩擦系数,提高摩擦材料性能。然而,高硬度的增摩填料会造成刹车片不必要的磨损,产生大量的灰尘和污染物,降低刹车片的使用寿命,污染环境,这为绿色环保型高性能刹车片的制备提出了更高的要求。本文首次系统研究了萤石在摩擦材料中的作用,为摩擦材料的发展提供理论指导。
文章要点
要点一:萤石能够提高摩擦材料摩擦系数
萤石莫氏硬度为4,硬度适中,是一种天然的战略性非金属矿产。在摩擦复合材料配方中可以占有较大的比例,但品位要求较高,伴随矿物石英因硬度较高会产生较大的噪音。当萤石含量为20 wt.%时,刹车片的摩擦系数提高20%,达到0.42,为刹车片提供合格的摩擦系数,防止刹车过程中制动失效。
图1 萤石含量对摩擦系数的影响
要点二:萤石能够降低摩擦材料的磨损率
萤石含量的提高并不会提高摩擦材料的磨损率,相反还会提高摩擦材料的耐磨性。含15 wt.%萤石刹车片的磨损率仅为0.21×10-7
cm3/(N·m),相较于传统的增摩填料氧化铝、锆英石等,表现出优秀的耐磨性。
图2 萤石含量对磨损率的影响
要点三:萤石的两性作用机理
萤石在摩擦材料中同时起到增摩和减摩的双重作用,得益于萤石适宜的硬度及其独特的表面形貌。萤石为不规则颗粒状,但断层表面呈阶梯层状结构,这为提高摩擦材料耐磨性提供了可能。在摩擦过程中,萤石在剪切力和载荷的作用下,被压碎成更小的颗粒,一部分压入基体中作为锚点,产生大量次级平台,提供更高的摩擦系数;另一部分作为磨损颗粒存在于第三体层中,影响第三体层的组成,在高温的作用下,萤石的胶结作用能够增加第三体层的韧性,提高致密性。同时与酚醛树脂紧密结合,增加热稳定性,能够有效降低摩擦材料的磨损和噪音的产生。
图3 萤石及磨损表面微观形貌
图4 萤石的作用机理