A Pin-on-Disc Study Focusing on How Different Load Levels Affect the Concentration and Size Distribution of Airborne Wear Particles from the Disc Brake Materials

Airborne wear particles originating from disc brakes are one important contributor to the concentration of airborne particles in urban environments. It is therefore of interest to improve the knowledge of these particles. The purpose of this article is to investigate the concentration and size distribution of the airborne wear particles generated from the contact between a low-metallic pad material and a grey cast iron disc at different load levels. This is done on model level with a pin-on-disc machine that allows the cleanliness of the air surrounding the test specimens to be controlled, and thus the airborne portion of the wear particles to be studied separately. The concentration and size of airborne wear particles were measured online during testing with four particle instruments. In addition, airborne wear particles were collected on filters during the tests and afterward analysed using SEM. Trimodal size distributions with peaks around 280, 350 and 550 nm were registered during running-in for all load levels. After running-in bimodal size distributions with peaks around 350 and 550 nm were registered for all load levels with the exception of the highest load level where multimodal size distributions were registered. At the two highest load levels the concentration of ultrafine/fine particles showed an increase up to a factor hundred indicating a change in wear mechanism. SEM images show ultrafine, fine and coarse airborne wear particles.     

摩托车盘形制动器摩擦片材料磨损形貌分析

采用XDZ-A型摩擦材料制样机将有机石棉摩擦片材料制备成试验所需的标准试样,用X-DM型调压变速摩擦试验机模拟摩托车制动实际工况,对标准试样开展不同压力、滑动速度和温度下的组合试验.对扫描电子显微镜(SEM)观测到的有机石棉摩擦片材料与灰铸铁HT250摩擦盘对磨后的磨损形貌进行了分析.分析结果表明:无论是正压力、速度的增大还是温度的升高,都使得摩擦片磨损越来越严重,形貌越来越复杂.     

盘式制动摩擦片摩擦磨损特性的研究

进行了纤维增强合成摩擦片和现用合成摩擦片与QT450制动盘配副的制动摩擦试验,记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况,采用偏振光显微镜分析了磨损表面形貌.结果表明:纤维增强合成摩擦片的平均摩擦系数小于现用合成材料摩擦片,但摩擦系数稳定且耐磨性略高于现用合成材料摩擦片;在模拟制动工况下,纤维增强合成摩擦片比现用合成材料摩擦片所引起的制动盘温升略高;但都仍低于材料的热衰退温度。     

WC颗粒增强镍基涂层改善制动盘组织与磨损性能

为提高汽车制动盘耐磨和高温氧化性能,延长其使用寿命,采用激光熔覆技术在中碳钢表面制备了以WC颗粒为增强相的Ni基复合涂层.借助SEM和XRD等表征手段对制动盘表面涂层进行了组织和物相分析,利用维氏硬度计测试了制动盘表面涂层截面显微硬度分布,通过摩擦磨损实验研究了制动盘表面涂层的磨损性能.研究表明,制动盘表面涂层主要由γ-（Ni,Fe）固溶体、均匀分布WC颗粒和碳化物抗磨损相组成.涂层平均显微硬度HV0.2670,显微硬度值波动较小较为平稳,证明涂层组织比较均匀.在多种强化效果共同作用下,制动盘表面涂层的磨损量与基材相比明显减小,仅为基材的20％,抗磨损性能显著提高.     

列车制动闸瓦磨损与制动材料分析

从列车制动闸瓦的工作条件和磨损失效的分析出发，详细讨论了铸铁、合成材料、粉末冶金材料、复合材料等4大类摩擦制动材料的基本特性和应用范围，指出列车运行速度和运行环境是选择闸瓦材料时应考虑的两大主要因素。     

摩擦块形状对制动盘摩擦温度及热应力分布的影响

列车制动产生的摩擦热在制动盘表面的分布与闸片结构密切相关,并影响到制动盘的耐热疲劳程度.基于实际应用的圆形、六边形、三角形3种形状摩擦块的制动闸片,利用有限元分析软件ABAQUS,模拟制动时制动盘的温度及热应力分布情况.结果显示:制动盘摩擦表面温度及热应力呈环形带状分布,沿周向变化不明显,在径向上分布的均匀程度差异较大;其变化程度与摩擦块形状和位置有关,摩擦块为圆形时,盘面的温差和热应力最小,摩擦块为三角形时,盘面的温差和热应力最大;摩擦块的位置分布影响到摩擦副接触弧长度,接触弧长度增加,对应的摩擦环带温度升高;各环带对应的接触弧长度偏差越小,制动盘温度越低,分布也越均匀.     

Evaluation of Disc Brake Materials for Squeal Reduction

A nontraditional evaluation tool is introduced to examine the effects of different materials, in practical applications, that are used in fabricating disc brake components for commonly used or special requirements such as heavy-duty performance and racing cars. As an extension to earlier finite element (FE) disc brake models, a detailed FE model of the whole disc brake corner that incorporates the wheel hub and steering knuckle is developed and validated using experimental modal analysis. Stability analysis of the disc brake corner using the finite element software ABAQUS is carried out to predict squeal occurrence also taking into account the negative and positive damping effects and friction material real surface to increase the accuracy of prediction. A Taguchi method–based design of experiment is used to better assess the contributions of different materials and its interaction effects for effective reduction of brake squeal. The results showed that the pad friction material contributes 56% to the total system instability (squeal generation). The rotor material contributes 22% of the system instability. Caliper and bracket materials participate 11 and 11%, respectively.     

两种不同材料的列车制动盘温度场分析

以列车制动盘为研究对象,建立其三维有限元模型,考虑不同的材料,分析了材料对制动盘温度场的影响。     

盘式制动器的原理与应用

桥式起重机起升机构制动器的摩擦零部件,以一定的作用力压紧机构中某一根轴上的制动轮,产生制动力矩,利用这个制动力矩使物体质量和惯性力等所产生的力矩减小,直至两个力矩平衡,达到调速或制动的要求。盘式制动器由于制动转矩大,性能稳定可靠,外形尺寸小,磨损小,正广泛应用在起重机械设备上。     

原材料对制动摩擦材料磨损性能的影响

采用组合摩擦材料研究的组合筛选原材料方法,研究原材料对制动摩擦材料磨损性能的影响,提出用原材料的摩擦磨损性能谱及磨粒磨损和黏着磨损2种磨损机制的竞争关系(V机制)解释制动摩擦材料的磨损性能。根据摩擦磨损性能谱,基于原材料在制动摩擦材料中的作用和对磨损性能的贡献,可把原材料分为润滑区、过渡区和磨料区,处在润滑区的固体润滑剂的耐磨性最好,处在磨料区的陶瓷磨料的耐磨性次之,处在过渡区的纤维和填料的耐磨性最差;有机合成、天然纤维和树脂基体在高温的摩擦化学反应导致热磨损。根据V机制,通过对摩擦断裂表面形态观察,可判断原材料的耐磨性。     

材料匹配性对盘式制动器摩擦温度场的影响

采用有限元法模拟盘式制动器制动过程瞬态温度场,研究了材料匹配性对制动器温度场的影响.研究表明:匹配性对摩擦表面温度场的影响主要反映在材料密度、比热容和热导率方面,即使同类铸铁制动盘,其材料密度、比热容和热导率不同,摩擦表面温度也不同;铸铁材料密度越低,则摩擦表面温度越低,且温度分布较均匀;就配对副而言,制动片性能参数对摩擦表面温度的贡献要比制动盘的大.     

铜基复合制动材料摩擦磨损性能研究进展

我国高速列车的不断提速,对制动盘材料的性能提出了更高的要求。铜基复合制动盘材料由于具有高比刚度、高比强度、优良的高温性能,以及良好的摩擦磨损性能等优点,被认为是最有应用前景的制动盘材料。在介绍高速列车制动盘材料发展的基础上,进一步论述了铜基复合制动盘材料的构成组元、制备方法及发展历程;阐述了铜基复合制动盘材料摩擦磨损性能的研究现状;最后展望了铜基复合制动盘材料的发展趋势,为高性能铜基复合制动盘材料的研制提供参考。     

提升机盘形制动器闸瓦材料摩擦性能实验研究

用XDZ-A型摩擦材料制样机将石棉闸瓦材料制备成试验所需的标准试样,用X-DM型调压变速摩擦试验机模拟实际工况,对标准试样开展不同正压力、不同滑动速度和多种温度下的组合实验,全面研究了石棉闸瓦材料与16Mn钢摩擦盘对磨的摩擦学特性。实验结果表明:随着正压力、滑动速度和温度的变化,闸瓦材料摩擦因数均发生变化;摩擦因数随正压力的升高而增大,随滑动速度的增加而减小,但滑动速度对摩擦因数的影响大于正压力的影响;摩擦因数随温度的升高而减小,在200℃左右,摩擦因数下降比较明显。     

材料匹配性对盘式制动器接触应力分布的影响

通过有限元方法分析了盘式制动器接触应力分布状况,研究了材料匹配性对摩擦副接触应力分布的影响.结果表明:弹性模量和热膨胀系数是影响制动器接触应力分布的重要因数,在不影响其它参数的情况下适当降低摩擦片的弹性模量可以使接触应力降低,并且使其分布更为平均,较小的热膨胀系数也有利于改善接触应力分布状况;摩擦副热流参数则通过影响整体热流输入影响制动器接触应力,同时较大的比热容和热传导系数能有效降低接触应力的不均匀性.     

在线测量气溶胶大小和化学组分的质谱技术与应用

介绍了在线连续监测大气单粒子气溶胶的粒径和化学组分的飞行时间质谱仪。本装置采用喷嘴加两个skimmer构成的差分真空进样,双光束空气动力学测量技术,激光解吸附电离和双极飞行时间质谱技术。利用这套装置对室内外的空气进行了实际的测量,该技术可以在线测量气溶胶的粒径分布,并同时对气溶胶的化学组分进行实时监测。     

Effect of Matrix Alloying of Fe on Friction and Wear Properties of Cu-Based Brake Pad Materials

Abstract

Argon-gas-atomized Cu–Fe prealloyed powder was used to prepare Cu-based composites, and the effect of matrix alloying of Fe on microstructure and friction and wear properties of the brake pad material was systematically investigated on an MS3000 friction and wear tester. The results indicate that matrix alloying of Fe induces the precipitation of a uniformly distributed iron-rich phase at the interior of grains, the segregation of the iron-rich phase along SiO₂–matrix interface, and the formation of pearlite in the vicinity of the graphite–matrix interface, which favors the strengthening of copper matrix, improves interfacial bonding, and protects the third body. The prealloyed sample exhibits relatively high friction coefficient and enhanced friction stability, as well as reduced wear loss when the braking speed is lower than 200?km/h. At higher braking speed (>200?km/h), the breakage of the iron-rich phase leads to an unstable friction coefficient and high wear loss.     

食物粒度和硬度对人牙釉质三体磨粒磨损特性的影响

在往复滑动摩擦磨损试验台上对比考察了三体磨粒磨损过程中,食物颗粒的粒度和硬度对人牙釉质摩擦学特性的影响。结果表明:当食物颗粒硬度较高时,随着粒度减小,稳态摩擦因数略有降低,牙釉质磨损表面形貌逐渐由剥落为主转变为犁削效应;对于低硬度食物颗粒,随着粒度增加,稳态摩擦因数显著降低,牙釉质磨损表面形貌则由犁削效应转变为轻微擦伤。当食物颗粒粒度相同时,食物硬度对牙釉质的摩擦与磨损行为均有明显影响,食物颗粒硬度越高,稳态摩擦因数越高,磨损越严重。     

烧结温度对铁基粉末冶金航空刹车材料摩擦磨损性能的影响

研究了不同烧结温度(900,930,950,980,1020℃)对飞机铁基粉末冶金刹车材料材料显微组织、致密化和摩擦磨损性能的影响。借助于材料组织结构、摩擦试验后的材料表面观察及理论分析,阐述了材料组织结构及摩擦磨损变化的机制。结果表明:900℃的试样由于烧结不够充分,材料密度较低,珠光体的数量较少,硬度低,耐磨性差,经过摩擦试验后,摩擦材料表面大面积剥落和点蚀比较严重,材料磨损量较大,磨屑以大块状及条状为主;930℃试样的材料密度增加,珠光体数量增加,硬度及耐磨性增加,经摩擦试验后,试样表面比较光滑,但仍有大量的点状剥落,材料磨损量较900℃的试样有所降低;当烧结温度由950℃升高至1020℃时,由于原子扩散的加剧,材料的基体具有足够强度,珠光体的数量显著增加,显著提高了材料的耐磨性,经摩擦试验后,材料表面生成了完整的氧化膜,材料的磨损量变化不大,相对于950℃和980℃的试样而言,1020℃时的材料摩擦表面出现更少的点状脱落并形成了多层叠加的工作层。