车载摩擦片发展到现在,大概分为四种类型：石棉基摩擦衬片、半金属摩擦制动衬片、无石棉摩擦制动衬片和金属基烧结摩擦制动衬片。

石棉基摩擦材料因为有致癌作用已遭淘汰。半金属摩擦材料中钢纤维容易生锈,锈蚀后易出现粘着对偶或者损伤对偶，使摩擦片强度降低，磨损加剧，摩擦系数稳定性变差；当摩擦温度高于℃时，易出现剥落现象，密封圈软化和制动液发生气化而造成制动失灵；易产生低速下的低频噪音。金属基摩擦材料磨损率高、摩擦传载力矩低、高温下性能衰退严重等，难以适用在重载

目前，虽然很多无石棉摩擦材料的综合性能已得到进一步提高，但仍存在很多问题，如有的材料在性能提高的同时，成本也大幅度提高,有的材料则出现粘结强度不够、噪声大等问题,所以全面提高新型摩擦材料的性能仍是亟待解决的一项任务。本课题利用硫化锡、三硫化二锑的熔点较低,以其为烧结剂,添加其它助剂在较低的温度下烧结制备金属硫化物陶瓷摩擦材料,有利于降低能耗及生产成本,使其具有良好的摩擦性能,有良好的应用前景。并研究了不同配比的原料对金属硫化物陶瓷性能的影响。

01实验部分

一、试样制备

金属硫化物陶瓷材料的配比见表1。

二、实验过程

按照表1所示配方配料,然后进行球磨原料装入模具中,在压力MPa用粉末压样机压制成型,于可控硅高温炉中常压烧结,温度℃。保温2h后自然冷却,再将烧结体磨切成所需尺寸进行各种性能测试

三、性能测试

用Archimedes法测定烧结体的体积密度以及气孔率,所用分析天平为FA/JA电子天平,精度为0.g。

用instron材料试验机对材料的抗压强度进行测试,试样的尺寸为直径13.0mm×10mm的圆柱体。

用HBa-I巴氏硬度计对材料的表面硬度进行测试。

用盘-销式摩擦试验机以对磨方式进行摩擦试验。试样的尺寸为直径10mm×18mm柱体,偶件盘试样为GCr15钢环,试验温度为常温,试验载荷为0.76MPa,转动速度为rPmin(0.84m/s),试验时间为15min,每30s取点一次。

用JSM-F扫描电镜观察试样的表面微观形貌。

02结果与讨论

一、体积密度、气孔率和膨胀率

图1、图2是不同配方试样的体积密度、气孔率和体积膨胀率变化图。从体积密度曲线上看,体积密度随硫与锡含量的增加,先增大后减小。原因是由于液相烧结促进材料的致密化,但随硫含量的增加,整体呈减小趋势。气孔率呈先减小后增大的规律,是由于锡液相的出现填充了部分气孔,但随着硫含量的增加膨胀加剧而导致气孔率增大。硫的熔点低密度小,含量过高时升温过程中膨胀会阻碍整体试样的收缩,故体积膨胀率随硫的增加不断增大。

二、力学性能

图3、图4是不同配方试样的抗压强度与硬度变化图。由曲线上可见,随硫与锡配比的增大,抗压强度与硬度曲线趋势大致相同,整体呈减小的趋势。4号样中,原料硫3%锡7%(质量%),抗压强度与硬度均较其他配比高。强度的提高可能是由于细粉有效地填充粗粉的孔隙,使得材料的表面比较光滑,接触条件优越。4号样与3号样相比,可能是因为硫与锡的量较多,生成的硫化锡烧结后有利于材料强度的提高。6号样,由于硫的含量过高,在升温过程中受热膨胀明显,从而导致了材料强度的降低。

三、摩擦性能

图5为不同试样的摩擦性能变化曲线。可以看出摩擦系数随硫含量的增加而降低,磨损率是先降低后增大。材料中锡的熔点很低,只有℃,制动中摩擦片的温度迅速上升,在℃左右时锡变为液态,在摩擦片和制动盘间形成液态润滑膜从而降低了材料的摩擦系数。随着温度的升高,析出的液体锡越多,润滑效果越明显,摩擦系数的降低同时也导致了磨损率的减小。

四、显微结构分析

图6和图7分别为4号样与6号样陶瓷摩擦材料的扫描材料的扫描电镜显微结构图。在烧结过程中硫与锡会反应生成硫化锡。配方中锡均过量,其液相的生成温度低,因而也促进了材料在较低烧结温度。硫化锡的烧结温度为℃。而随着温度的升高,达到硫化锡的烧结温度,从而使硫化锡被烧结形成类陶瓷烧结材料。根据烧结温度大概为0.9TC,硫化锑亦在较低温度下烧结。当烧结材料后,使得材料的颗粒细化、致密,颗粒的分布更加均匀,从而提高了材料的结合强度。

对比可以看出,4号样从显微结构上看比6号样的孔隙结构少,并烧结材料与钢钎的结合也比较紧密。这说明当硫的含量过高时,会导致封闭在气孔内的气体向外膨胀以及液相的外溢,而使得试样的致密性有所下降,这也是影响试样强度及性能的主要原因。

03结论

(1)在金属硫化物陶瓷摩擦材料中,随着原料中硫与锡配比的增大,材料的体积密度在小范围内增大但整体呈减小趋势,气孔率则呈先减小,后增大的趋势,体积膨胀率则随着硫含量的增加而增大。

(2)随硫锡配比增大,金属硫化物陶瓷摩擦材料的抗压强度与硬度整体呈减小趋势,在硫：锡：硫化锑为3：7：15(质量%)时各方面性能较其它配比理想。

(3)随硫锡配比增大,金属硫化物陶瓷摩擦材料的摩擦系数逐渐减小,磨损率呈先减后增的趋势,是由于当硫含量过高时,试样强度降低而导致。

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