楊 陽(yáng)，吳 宏，劉伯威，瞿 輝，劉 詠

(1 中南大學(xué) 粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083；2 湖南博云汽車(chē)制動(dòng)材料有限公司，長(zhǎng)沙 410205)

近年來(lái)，樹(shù)脂基汽車(chē)摩擦材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但由于樹(shù)脂基汽車(chē)摩擦材料有機(jī)物含量多，導(dǎo)致其磨損率和高溫衰退率較大，越來(lái)越難以滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)摩擦材料的要求。樹(shù)脂基汽車(chē)摩擦材料一般通過(guò)加入纖維或粉末形式的金屬組元來(lái)提高材料的耐磨性、熱導(dǎo)率和強(qiáng)度，常見(jiàn)的金屬組元有鐵、紫銅、黃銅、青銅、鋁、鋅等。一方面，紫銅具有良好的塑性，在摩擦熱及應(yīng)力作用下，可以從摩擦材料轉(zhuǎn)移到對(duì)偶摩擦面上，形成固體潤(rùn)滑膜，有助于穩(wěn)定摩擦因數(shù)，減少磨損[1-2]；另一方面，紫銅具有較高的熱導(dǎo)率，制動(dòng)產(chǎn)生的熱量得以通過(guò)紫銅纖維快速?gòu)哪Σ帘砻鎸?dǎo)出，減少了摩擦材料中有機(jī)物的熱分解。同時(shí)，高溫下在摩擦表面生成氧化銅薄膜可以維持較高的摩擦因數(shù)，從而降低摩擦材料的熱衰退率[3]。一直以來(lái)，紫銅被廣泛應(yīng)用于樹(shù)脂基汽車(chē)摩擦材料[4]。

許多研究者對(duì)紫銅纖維應(yīng)用于摩擦材料進(jìn)行了研究，但大部分采用環(huán)塊試驗(yàn)機(jī)、縮比試驗(yàn)機(jī)、Chase試驗(yàn)機(jī)等進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)[5-8]，這些實(shí)驗(yàn)與實(shí)際工況差別較大且實(shí)驗(yàn)結(jié)果可重復(fù)性較差，難以反映摩擦材料的真實(shí)摩擦磨損性能。而關(guān)于紫銅纖維對(duì)摩擦材料整體性能，尤其是關(guān)于制動(dòng)噪聲性能影響的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本工作在系統(tǒng)地研究紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料物理和力學(xué)性能影響的基礎(chǔ)上，采用能高精度再現(xiàn)摩擦材料摩擦磨損性能的林克3000型汽車(chē)剎車(chē)慣量試驗(yàn)臺(tái)及3900型噪聲臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究了紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料摩擦磨損性能和噪聲性能的影響，并對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行了分析。期望研究結(jié)果能為紫銅纖維在汽車(chē)摩擦材料的應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 基本配方及原材料

本工作摩擦材料由摩擦性能調(diào)節(jié)劑、黏結(jié)劑、增強(qiáng)纖維以及其他成分組成，具體比例詳見(jiàn)表1。其中其他成分為黏結(jié)劑(酚醛樹(shù)脂)6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)；增強(qiáng)組元(芳綸、鋼纖維等)15%；摩擦潤(rùn)滑組元(氧化鋯、硅酸鋯、硫化銻、石墨等)24%；填料(摩擦粉等)24%。配方中，紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%～11%之間變化，同時(shí)調(diào)節(jié)沉淀硫酸鋇含量以保證各組分總含量不變。沉淀硫酸鋇穩(wěn)定性好，硬度適中，在摩擦材料中廣泛作為填料使用。加入沉淀硫酸鋇對(duì)摩擦材料的摩擦磨損和噪聲性能影響不明顯，因此可認(rèn)為配方中紫銅纖維的比例變化是影響摩擦材料性能變化的主要原因。本工作所用紫銅纖維直徑0.2 mm，長(zhǎng)度≤3 mm，密度為8.96 g/cm3，形貌如圖1所示。本工作所用硫酸鋇直徑<48 μm，密度為4.5 g/cm3，形貌如圖2所示。

表1 基礎(chǔ)研究配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

圖1 紫銅纖維形貌

圖2 硫酸鋇形貌

1.2 試樣制備

按表1基礎(chǔ)配方，采用實(shí)驗(yàn)用臥式混料機(jī)混料，犁刀轉(zhuǎn)速30 r/min，鉸刀轉(zhuǎn)速為1400 r/min。以大眾帕薩特后剎車(chē)片(D1348)作為研究對(duì)象，在悅創(chuàng)等比壓機(jī)上熱壓成型，壓制溫度為上模：155 ℃，中模：148 ℃，下模：150 ℃，單位面積壓強(qiáng)：45 MPa。采用六段工藝壓制，保壓時(shí)間10 s，排氣時(shí)間6 s，硫化保壓時(shí)間240 s。再經(jīng)熱處理、后續(xù)機(jī)加工制得成品。

1.3 性能測(cè)試

按JASO C441制動(dòng)襯片孔隙率測(cè)量方法，樣品開(kāi)孔率采用排水法測(cè)量。試樣硬度采用HRS標(biāo)尺，在HR-150A洛氏硬度計(jì)上測(cè)試，壓頭材質(zhì)為鋼球，直徑為12.7 mm，施加力980 N。按照GB/T 22311-2008 摩擦材料可壓縮性實(shí)驗(yàn)方法，采用林克1620型試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試剎車(chē)片樣品的可壓縮性。內(nèi)剪切強(qiáng)度測(cè)試按GB/T 22309-2008在萬(wàn)能剪切試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，樣品長(zhǎng)寬高尺寸分別為25 mm×25 mm×10 mm。按照J(rèn)C/T 685-2009實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，利用排水法檢測(cè)摩擦材料的密度。按照J(rèn)ASO C458-1986測(cè)試程序，利用pH計(jì)檢測(cè)摩擦材料的pH值。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 11108-2017，采用熱脈沖法測(cè)量摩擦材料的導(dǎo)熱系數(shù)，所用儀器為JR-3激光導(dǎo)熱儀。采用林克3000型摩擦試驗(yàn)機(jī)，按SAE J2522-2003標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行摩擦性能實(shí)驗(yàn)，考察摩擦材料在不同制動(dòng)工況(速度、溫度、壓力)下摩擦因數(shù)和磨損量的變化趨勢(shì)。采用林克3900型噪聲臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)，按SAE J2521-2013程序執(zhí)行噪聲測(cè)試，測(cè)試紫銅纖維在不同實(shí)驗(yàn)條件(速度、溫度、壓力、方向)對(duì)摩擦材料制動(dòng)噪聲的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料物理和力學(xué)性能的影響

摩擦材料的物理和力學(xué)性能隨紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化情況詳見(jiàn)表2。隨著紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，材料的密度、硬度、內(nèi)剪切強(qiáng)度、室溫?zé)釋?dǎo)率和高溫?zé)釋?dǎo)率逐漸增大，而氣孔率、壓縮量則剛好相反，隨其含量的增加而減少，pH值隨其含量的變化沒(méi)有明顯的區(qū)別。

表2 摩擦材料的物理和力學(xué)性能

由于紫銅纖維的密度比硫酸鋇的密度高，隨著紫銅纖維的增加及硫酸鋇的減少，摩擦材料的密度也隨之增加。隨著材料的密度增大，而樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，則單位質(zhì)量的黏結(jié)劑樹(shù)脂體積分?jǐn)?shù)增加，可以填充更多的空隙，因此導(dǎo)致氣孔率下降。同時(shí)，隨著紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，摩擦材料纖維體積和顆粒體積配比發(fā)生改變，增加了堆積密度，導(dǎo)致氣孔率下降。紫銅具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，因此，隨著摩擦材料中紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，摩擦材料的室溫?zé)釋?dǎo)率和高溫?zé)釋?dǎo)率逐漸增加。材料氣孔率的下降導(dǎo)致了材料硬度的上升和壓縮量的下降。纖維材料在摩擦材料中主要起增強(qiáng)作用，紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其對(duì)材料的強(qiáng)化效果越明顯，材料的內(nèi)剪切強(qiáng)度越高。紫銅纖維和硫酸鋇均為中性，兩者質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增減對(duì)材料的pH值沒(méi)有顯著影響。

2.2 紫銅纖維含量對(duì)摩擦材料摩擦磨損性能的影響

SAE J2522-2003標(biāo)準(zhǔn)考察了摩擦材料在不同制動(dòng)速度、不同制動(dòng)壓力、不同制動(dòng)溫度下摩擦性能的變化情況。本工作依據(jù)SAE J2522-2003標(biāo)準(zhǔn)主要考察了紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料名義摩擦因數(shù)和衰退性能的影響，并研究了不同制動(dòng)溫度及制動(dòng)壓力條件下，紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料磨損的影響。

2.2.1 對(duì)名義摩擦因數(shù)的影響

在SAE J2522-2003標(biāo)準(zhǔn)中，名義摩擦因數(shù)是指除去衰退和溫度爬坡部分外其他所有制動(dòng)條件下的平均摩擦因數(shù)。紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料名義摩擦因數(shù)的影響詳見(jiàn)圖3。由圖3可知，紫銅纖維含量變化對(duì)摩擦材料的名義摩擦因數(shù)沒(méi)有明顯影響，其基本處于同一水平。

圖3 紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料名義摩擦因數(shù)的影響

由于本工作所用實(shí)驗(yàn)配方紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低為3%，且含有鋼纖維，配方體系導(dǎo)熱性較好。同時(shí)，由于名義摩擦因數(shù)測(cè)試時(shí)的溫度較低(250 ℃以下)，而摩擦材料中的黏結(jié)劑如酚醛樹(shù)脂等有機(jī)物要在250 ℃以上才會(huì)開(kāi)始發(fā)生分解[9]，因此，摩擦材料因有機(jī)物熱分解而產(chǎn)生的摩擦因數(shù)變化非常小。此時(shí)，摩擦材料的摩擦因數(shù)主要由摩擦材料與對(duì)偶件的實(shí)際接觸面積決定。雖然隨著紫銅纖維含量的增加，摩擦材料的氣孔率逐漸減小，但減小幅度不大，同時(shí)，隨著紫銅纖維含量增加，摩擦材料壓縮量逐漸減小，這說(shuō)明摩擦材料與對(duì)偶件的實(shí)際接觸面積隨著紫銅纖維含量增加有一定程度提高。因此，紫銅纖維含量的增加沒(méi)有對(duì)名義摩擦因數(shù)產(chǎn)生明顯影響。

2.2.2 對(duì)衰退性能的影響

為進(jìn)一步研究紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料衰退性能的影響，選取第一次衰退實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。衰退實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)為以0.4 g的減速度進(jìn)行100 km/h到5 km/h急剎15次，且制動(dòng)初始溫度不斷增加。不同紫銅纖維含量樣品衰退實(shí)驗(yàn)段制動(dòng)曲線詳見(jiàn)圖4。

圖4 不同紫銅纖維含量摩擦材料的衰退性能與衰退溫度曲線

從圖4(a)可以看出，第二次制動(dòng)過(guò)后，所有摩擦材料摩擦因數(shù)均開(kāi)始明顯下降，隨后摩擦因數(shù)趨于穩(wěn)定，最后摩擦因數(shù)又逐漸升高。摩擦因數(shù)的降低與樹(shù)脂等有機(jī)物在高溫下的熱分解關(guān)聯(lián)較大，從圖4(b)可以看出，衰退實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，制動(dòng)末溫逐漸升高。第二次制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)盤(pán)的溫度從190 ℃升高到280 ℃，此時(shí)摩擦材料表面的有機(jī)物開(kāi)始分解，產(chǎn)生焦油狀物質(zhì)、液態(tài)水及小分子氣體[10]。隨著有機(jī)物分解增多，樹(shù)脂分解產(chǎn)生焦油狀物質(zhì)增多，焦油狀物質(zhì)附在摩擦材料表面，形成了一層液態(tài)潤(rùn)滑膜，摩擦狀態(tài)由干摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈衲Σ粒瑢?dǎo)致摩擦因數(shù)降低[11]。從第5次制動(dòng)開(kāi)始，制動(dòng)盤(pán)的制動(dòng)初溫超過(guò)360 ℃，此時(shí)摩擦塊表面的有機(jī)物基本分解完成，不再有焦油狀物質(zhì)產(chǎn)生，因此摩擦因數(shù)沒(méi)有明顯降低。隨著制動(dòng)次數(shù)繼續(xù)增加，摩擦面之間的焦油狀物質(zhì)消失，液態(tài)水、小分子氣體揮發(fā)，摩擦狀態(tài)又變?yōu)楦赡Σ?。此外，?shù)脂分解后，摩擦材料中的硬質(zhì)填料脫離出來(lái)形成磨粒，因此摩擦因數(shù)開(kāi)始升高。紫銅纖維含量越高，越快進(jìn)入平穩(wěn)期，這是因?yàn)樽香~纖維含量越高，摩擦材料的導(dǎo)熱系數(shù)越高(如表2所示)，制動(dòng)產(chǎn)生的熱量可更快速地導(dǎo)出，摩擦材料表面的溫度也就越低，同時(shí)，紫銅纖維含量越高，摩擦材料表面涂抹的銅越多，表面可分解的有機(jī)物越少，因此有機(jī)物分解完后可更快速地轉(zhuǎn)變?yōu)楦赡Σ翣顟B(tài)。在摩擦因數(shù)平穩(wěn)期，隨著紫銅纖維含量增加，摩擦因數(shù)先升高后降低。這是因?yàn)樽香~纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，摩擦材料表面焦油狀物質(zhì)較多，而摩擦材料表面涂抹的銅較少，因此摩擦因數(shù)較低。紫銅纖維含量增加，焦油狀物質(zhì)減少，摩擦膜被破壞，摩擦材料中的填料脫落在摩擦表面形成磨粒和凹坑，摩擦因數(shù)升高，在紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí)達(dá)到最高。紫銅纖維含量繼續(xù)增加，雖然表面焦油狀物質(zhì)繼續(xù)減少，但同時(shí)有更多的銅在摩擦表面發(fā)生涂抹，摩擦表面形成了新的摩擦膜，起到了固態(tài)潤(rùn)滑作用，因此摩擦因數(shù)又降低。

圖5(a),(b)分別為紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%和5%的摩擦材料做完衰退實(shí)驗(yàn)后的表面微觀形貌。從圖5(a)可看出，紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的摩擦材料做完衰退實(shí)驗(yàn)后只有少量的表面連續(xù)膜，且出現(xiàn)了大量的摩擦碎塊和凹坑。紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的摩擦材料做完衰退實(shí)驗(yàn)后摩擦面依然比較平整(圖5(b))，這主要是因?yàn)殂~在摩擦表面發(fā)生了涂抹[12]。

圖5 不同紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的摩擦材料衰退實(shí)驗(yàn)后的摩擦材料表面形貌 (a)3%；(b)5%

2.2.3 不同制動(dòng)初溫和制動(dòng)壓力條件下的摩擦性能

為進(jìn)一步研究不同制動(dòng)初溫和制動(dòng)壓力下，紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料摩擦因數(shù)的影響。選取了制動(dòng)初溫分別為100 ℃和500 ℃，進(jìn)行從80 km/h到30 km/h點(diǎn)剎時(shí)，各樣品摩擦因數(shù)與制動(dòng)壓力的相關(guān)性數(shù)據(jù)進(jìn)行討論，具體數(shù)據(jù)分別如圖6(a)，(b)所示。

圖6 不同制動(dòng)初溫和制動(dòng)壓力下紫銅纖維含量對(duì)摩擦材料摩擦因數(shù)的影響 (a)100 ℃；(b)500 ℃

由圖6(a)可知，當(dāng)制動(dòng)初溫為100 ℃時(shí)，摩擦材料樣品的摩擦因數(shù)隨紫銅纖維含量的增加而增加。這是因?yàn)殂~具有良好的塑性，在摩擦熱及摩擦力的作用下，銅很容易在摩擦材料表面及其對(duì)偶摩擦表面上發(fā)生涂抹，使實(shí)際摩擦接觸面積增加，因此摩擦因數(shù)隨銅含量的增加而增加[13]。同時(shí)，摩擦材料樣品隨著制動(dòng)壓力增加，摩擦因數(shù)均逐漸升高，紫銅纖維含量越低，升高越明顯。這與紫銅纖維含量越低，壓縮量越大有關(guān)，制動(dòng)壓力增加，提高了摩擦材料的實(shí)際摩擦接觸面積，摩擦因數(shù)增加。當(dāng)制動(dòng)初溫為500 ℃時(shí)各樣品摩擦因數(shù)與制動(dòng)壓力的相關(guān)性數(shù)據(jù)如圖6(b)所示。由圖6(b)可以看出，制動(dòng)初溫為500 ℃時(shí)，摩擦材料的摩擦因數(shù)比制動(dòng)初溫為100 ℃時(shí)的摩擦因數(shù)明顯增大，這是因?yàn)?00 ℃時(shí)，摩擦材料中的酚醛樹(shù)脂等有機(jī)材料會(huì)大量分解，對(duì)摩擦材料的黏結(jié)作用減弱，摩擦材料中的填料大量脫落，在摩擦界面形成磨粒，導(dǎo)致連續(xù)的表面摩擦膜被破壞，因此摩擦因數(shù)明顯提高。隨紫銅纖維含量增加，不同摩擦材料樣品摩擦因數(shù)先降后升，這是因?yàn)樽香~纖維含量增加，更多的銅在摩擦表面發(fā)生涂抹，摩擦表面的摩擦膜也相對(duì)更完整，因此摩擦因數(shù)降低。而當(dāng)紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%時(shí)，摩擦材料表面分布的銅纖維較多，摩擦材料在摩擦過(guò)程中，銅纖維容易被拉拔和剝離出摩擦材料，在摩擦面上形成新的犁削阻力。圖7為實(shí)驗(yàn)后紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%的摩擦材料的表面微觀形貌，從圖中可以看到裸露在外的紫銅纖維和摩擦材料脫落后形成的凹坑，這些紫銅纖維和凹坑會(huì)使摩擦阻力大大增加，摩擦因數(shù)也因此增加[14]。圖8為紫銅纖維含量為11%的摩擦材料實(shí)驗(yàn)后產(chǎn)生的磨屑的形貌及能譜圖，磨屑中同樣可以看到摩擦過(guò)程中被拉拔出的紫銅纖維。

圖7 紫銅纖維含量為11%的摩擦材料實(shí)驗(yàn)后的表面微觀形貌

圖8 紫銅纖維含量為11%的摩擦材料實(shí)驗(yàn)后產(chǎn)生的磨屑的形貌(a)及能譜圖(b)

2.2.4 對(duì)磨損量的影響

本工作將實(shí)驗(yàn)前后樣品厚度差的平均值作為樣品的磨損量，不同摩擦材料樣品厚度磨損如圖9所示。隨著紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其磨損量呈先下降后略微上升的趨勢(shì)。

圖9 不同紫銅纖維含量的摩擦材料厚度磨損

摩擦材料磨損分為常溫磨損和高溫磨損，不同摩擦材料樣品常溫磨損區(qū)別不大，高溫磨損主要與材料的導(dǎo)熱及有機(jī)物分解相關(guān)。當(dāng)紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，摩擦材料導(dǎo)熱性較差(10.64 W·m-1·K-1)，摩擦產(chǎn)生的熱量無(wú)法快速導(dǎo)出，使摩擦片內(nèi)部溫度急劇升高，有機(jī)物分解，對(duì)填充顆粒的黏結(jié)作用減弱，一些較硬的磨粒從摩擦材料中脫落，在摩擦界面引發(fā)磨粒磨損，導(dǎo)致磨損較大。隨著紫銅纖維含量升高，摩擦材料導(dǎo)熱性逐漸提高(如表2所示)，有機(jī)物分解減少，磨粒磨損減弱，因此磨損量逐漸減少。當(dāng)紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%時(shí)，從摩擦材料中脫落和剝離的銅纖維增多，摩擦材料表面抗剪強(qiáng)度減弱，填料在摩擦力的作用下更容易脫落出來(lái)，因此磨損量又有一定程度的提高。

2.3 紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)摩擦材料制動(dòng)噪聲的影響

為了盡可能接近實(shí)際工況，本工作測(cè)試在不同的實(shí)驗(yàn)條件下(制動(dòng)壓力、制動(dòng)溫度、制動(dòng)速度、制動(dòng)方向等)，摩擦材料整體噪聲發(fā)生概率，臺(tái)架實(shí)驗(yàn)按SAE J2521-2006程序執(zhí)行。采集頻率范圍為2000～17000 Hz，分貝值大于70 dB的聲音記為制動(dòng)噪聲。紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的試樣制動(dòng)噪聲發(fā)生概率及評(píng)分詳見(jiàn)圖10。

從圖10可以看出，摩擦材料的噪聲頻率主要分布在2000，4000，8000，14000 Hz附近，噪聲大部分在拖磨和減速制動(dòng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生，分貝值最高達(dá)到105 dB。其中紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%和5%的摩擦材料90 dB以上的高分貝噪聲及10000 Hz以上的高頻噪聲較多，當(dāng)紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%和9%時(shí)，制動(dòng)噪聲較少。從圖10中還可以看到，紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，摩擦材料制動(dòng)噪聲發(fā)生概率最高，評(píng)分最低。隨著紫銅纖維含量升高，噪聲發(fā)生概率逐漸降低，評(píng)分增加，當(dāng)紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí)，噪聲發(fā)生概率最低。隨著紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加，制動(dòng)噪聲發(fā)生概率又略微上升，評(píng)分則繼續(xù)增加，在紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時(shí)達(dá)到最高。當(dāng)紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加到11%時(shí)，評(píng)分又略微降低。

圖10 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)紫銅纖維的摩擦材料制動(dòng)噪音發(fā)生概率及評(píng)分

制動(dòng)噪聲的產(chǎn)生與摩擦材料和制動(dòng)盤(pán)及周?chē)考g的共振相關(guān)，也與摩擦材料本身的材料組成、氣孔率、壓縮率等屬性有關(guān)[15-16]。由于本工作的摩擦材料組成基本一致，氣孔率和壓縮率等雖有一定變化，但不會(huì)對(duì)摩擦材料的制動(dòng)噪聲產(chǎn)生很大影響，因此可以認(rèn)為本工作摩擦材料制動(dòng)噪聲的變化主要來(lái)自摩擦材料和制動(dòng)盤(pán)及周?chē)考g的共振。振動(dòng)的產(chǎn)生與摩擦材料的表面狀態(tài)有關(guān)。摩擦材料各部分表面狀態(tài)不同會(huì)引起真實(shí)摩擦接觸面積及制動(dòng)力矩的變化，從而引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲[17]。圖11(a),(b),(c)分別為紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%,7%,11%的摩擦材料實(shí)驗(yàn)后的掃描電鏡圖。如前所述，紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的摩擦材料因表面樹(shù)脂分解較多，黏結(jié)作用減弱，摩擦材料中的填料大量脫落，在摩擦界面產(chǎn)生大量不規(guī)則凹坑和摩擦碎塊，摩擦表面因此凹凸不平，制動(dòng)噪聲也因此較高[18]。隨著紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，摩擦材料的導(dǎo)熱性提高，樹(shù)脂分解減少，同時(shí)由于銅在摩擦材料及制動(dòng)盤(pán)表面的涂抹，摩擦材料表面變得平整(如圖11(b)所示)，摩擦材料與制動(dòng)盤(pán)的接觸比較均勻，產(chǎn)生的振動(dòng)較少，因此制動(dòng)噪聲也減少。而當(dāng)紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%時(shí)，由于摩擦材料表面分布的銅纖維較多，摩擦材料在摩擦過(guò)程中，銅纖維容易被拉拔和剝離出摩擦材料，在摩擦面上留下凹坑和斷裂的纖維，摩擦表面又變?yōu)榘纪共黄降臓顟B(tài)，因此制動(dòng)噪聲又增加。

圖11 不同紫銅纖維含量的摩擦材料實(shí)驗(yàn)后的掃描電鏡圖 (a)3%；(b)7%；(c)11%

3 結(jié)論

(1)隨紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，材料的密度、硬度、內(nèi)剪切強(qiáng)度逐漸增大，而氣孔率、壓縮量則是隨其含量的增加而逐漸降低，pH值隨著其含量的變化沒(méi)有明顯區(qū)別。

(2)添加適量紫銅纖維有利于改善摩擦材料與摩擦副表面的接觸狀態(tài)，穩(wěn)定摩擦因數(shù)，降低摩擦材料的熱衰退率。

(3)隨紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，摩擦材料的厚度磨損逐步降低后穩(wěn)定在一定水平，紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時(shí)，磨損量最小。

(4)紫銅纖維可以降低制動(dòng)噪聲的發(fā)生概率，紫銅纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí)，摩擦材料具有最佳的噪聲性能。