钛酸钾在摩擦材料的运用

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1、钛酸钾粉末在摩擦材料中运用的研究 1 钛酸钾粉末在摩擦材料中运用的研究 *徐仁泉徐仁泉 龙德武龙德武 廖兵廖兵 俞飞俞飞 关键词关键词：摩擦磨损摩擦磨损 陶瓷型陶瓷型 噪音噪音 提要提要： 粉末钛酸钾用于摩擦材料粉末钛酸钾用于摩擦材料， 对提高摩擦材料的摩擦磨损性能对提高摩擦材料的摩擦磨损性能,提高刹车片高温性能提高刹车片高温性能, 和速度特性和速度特性,减少制动噪音减少制动噪音,减少黑灰污染减少黑灰污染,提高摩擦材料的安全性提高摩擦材料的安全性，舒适性和耐磨性舒适性和耐磨性，有着十有着十 分重要的作用分重要的作用， 特别适用于替代昂贵的重金属硫化物和和昂贵的钛酸钾晶须的低成本浅色陶特别适用于

2、替代昂贵的重金属硫化物和和昂贵的钛酸钾晶须的低成本浅色陶 瓷型摩擦材料瓷型摩擦材料. 一一：概况概况：陶瓷型摩擦材料是近十年来发展较快的摩擦材料,特别在汽车摩擦材料中，陶瓷 型摩擦材料以摩擦磨损性能稳定，噪音低，黑灰少等特点迅速发展，本文作者在陶瓷型摩擦 材料中用粉末钛酸钾进行了试验研究，取得了良好的效果. 二二：试验的基本配方试验的基本配方： 1 盘式刹车片，其基本配方如下： 芳倫 (韩国可隆)和有机纤维 广东鑫冶5-8% 无机纤维华东特种5-10% 金属纤维或粉末 常州华宇和北京5 -20% 黏合剂和橡胶十拿和黄山5-12% 高碳材料天然石墨人造石墨煅烧石油焦等5-25% 钛酸钾粉末钛酸钾

3、粉末宜兴市振奋药用化工有限公司宜兴市振奋药用化工有限公司5-20% 其他功能填料 硫酸钡,多孔填料,硫化物,蛭石,云母,摩擦调整剂等。 粉末钛酸钾技术指标如下粉末钛酸钾技术指标如下（K2TiO3質量指標：一型） TiO260-65% K2O25-32% S0.04% P0.04% 細度(200 目篩余)0.5% 外觀：白色或微黃色粉末 2鼓式刹车片基本配方 有机粘合剂和橡胶 8-15% 无机纤维15-35% 有机纤维3-8% 粉末钛酸钾 5-20% 功能填料适量 样品均采用普通的正模的热压工艺压制。 徐仁泉徐仁泉 高级工程师高级工程师， 摩擦密封材料协会专家委员会会员摩擦密封材料协会专家委员会

4、会员， 长期从事摩擦材料的开发研究长期从事摩擦材料的开发研究. 龙德武龙德武广州东神汽车配件有限公司开发部广州东神汽车配件有限公司开发部 廖兵廖兵东莞安驰汽车配件有限公司研究所东莞安驰汽车配件有限公司研究所 俞飞俞飞宜兴市振奋药用化工有限公司宜兴市振奋药用化工有限公司 三三：试验方法和试验结果试验方法和试验结果： 1 试验方法试验方法 除按照SAE J661进行摩擦磨损试验外，盘式刹车片按照美国的SAE J 2522 钛酸钾粉末在摩擦材料中运用的研究 2 Dynamometer Global Brake Effectiveness (AK MASTER)进行摩擦性能试验和按照SAE J 252

5、1 Disc and Drum Brake Dynamometer Squeal Noise Matrix盘式和鼓式刹车片噪音台架 试验方法进行了噪音试验,试验盘式刹车片用广州东神汽车配件公司生产,帕萨特D555超静 陶瓷型刹车片,试验台采用长春晨禹科技有限公司的HA202惯性试验台惯性试验台,测试结果见图1，图 2，试验过程每片刹车片质量磨损16.5克。按照SAEJ2521 噪音试验结果见图3和图4。鼓式刹 车片由东莞安驰汽车配件有限公司生产的FMSI -S514刹车片，在美国Chevy S10制动器上 进行试验，试验按照ISO26867, RoadRoad vehiclesvehicles

6、 BrakeBrake lininglining frictionfriction materialsmaterials FrictionFriction behaviourbehaviour assessmentassessment forfor automotiveautomotive brakebrake systemssystems道路车辆制动系统刹车片 摩擦材料摩擦性能的评定。 按照SAE2522盘式和鼓式刹车片噪音台架试验方法进行了噪音试 验,按照SAE2707 Wear Test Procedure on Inertia Dynamometer for Brake Frictio

7、n Materials 摩擦材料磨损台架试验程序摩擦材料磨损台架试验程序进行磨损试验。在美国Centric公司进行了ISO26867 测试性能的概要见表1,试验结果见图5-1和图5-2，和 国内外公司在同一条件下测的摩擦特 性，噪音和磨损试验的结果见表2 其中包括摩擦性能,噪音和磨损的台架试验结果，表中是 部分比较好的国内外公司的数据,排序分别从99-59 ,以高的为好。. 四 试验结果分析讨论 (1)关于材料的制动性能 评价制动性能一般以速度稳定性,压力稳定性和和高温和衰退恢复等性能来评估，台架 试验结果表明,无论是盘式刹车片和鼓式刹车片,在试验台上都有比较好的摩擦性能，见图 1, 盘式刹车

8、片的压力和速度特性平稳，二次衰退较好，高温 100 到 500 度和 500 度高温制动系 数较好，我们在质量控制的小样试验摩擦系数随温度升高稍微升高,指定摩擦系数 0.38， SAEJ661 摩擦系数为 FF。从台架试验数据看摩擦系数不高，但十分平稳，只有平稳的摩擦 系数才能保证制动的舒适性。而且数据分散带小，见图 2 图 2 广州东神广州东神 10%粉末钛酸钾的盘式刹车片粉末钛酸钾的盘式刹车片 AK MASTER 台架试验结果台架试验结果 由于高温时摩擦系数较好，500 度高温和二次衰退到 600 度都有较好的摩擦系数，这样保证 制动的安全，摩擦系数如果需要提高，可以用摩擦调整剂进行调整。

9、鼓式刹车片各种工况的 制动性能见图 5，与国外较好的鼓式刹车片相比，也有较好的摩擦性能，平均效能，衰退试 验的制动系数较接近，表 1 中是摩擦材料的各个试验程序的实验结果，在各个试验段，无论 是高速或低速低压性能都比较好，数据同国外比较好的公司接近或稍好。见表 2。 (2)关于磨损:在试验台上都比较小,在美国磨损的测试比较结果,磨损较好,无论是刹车片磨 损或对偶磨损，表 2 的比较结果充分说明了这一点，磨损试验中制动系数高，但刹车片和刹 钛酸钾粉末在摩擦材料中运用的研究 3 车鼓的磨损小，灰度低。其他对比的样品中，没有一个是全部 90 以上的。盘式刹车片试验 结果也类似,我们在盘式刹车片的实际

10、装车中很少有客户反应不耐磨的,由于磨损较低和刹车 片颜色较浅,又不用或者减少了硫化物如硫化锑等低熔易分解材料的用量，因此黑灰较少.台 架对比结果也也说明了这一点,灰度系数为 2,见表 2。 （3） 关于噪音, 表 2 中有鼓式刹车片在美国比较测试结果,测试表明,在相同的条件下含 有粉末钛酸钾的样品较好,发生噪音的次数较少,而且摩擦性能稳定,磨损小,有的刹车片虽 然噪音较小 ,但在摩擦性能方面制动效能不好,或磨损很大盘式刹车片的试验结果相似, 见图 3 和图 4 ，多个含有钛酸钾的样品按照 SAE2521 测试.都有很好的效果.噪音也比较 小,对于 2000HZ 70 分贝以上的在全部试验中一般

11、不到 10%。 Frequency RangeThresholdThresholdOverallOverall DragDrag DecelDecel Back/FBack/F wdwd OverallOverall DragDragDecelDecel Back/FwBack/Fw d d 頻率範圍分貝數全部拖磨剎車進退全部拖磨剎車進退 70 dB(A)1290008.3%0.0%0.0%0.0% 80 dB(A)510003.3%0.0%0.0%0.0% 70 dB(A)30000.2%0.0%0.0%0.0% 80 dB(A)10000.1%0.0%0.0%1.0% 70 dB(A)30

12、000.2%0.0%0.0%3.0% 80 dB(A)20000.1%0.0%0.0%2.0% 70 dB(A)1229413157.9%11.8%3.5%15.0% 80 dB(A)481073.1%0.1%0.0%7.0% 70 dB(A)10000.1%0.0%0.0%0.0% 80 dB(A)00000.0%0.0%0.0%0.0% 70 dB(A)10000.1%0.0%0.0%0.0% 80 dB(A)00000.0%0.0%0.0%0.0% 剎車总次数Total # of Stops1554798368100 图图4 :含有含有10%钛酸钾粉末的帕萨特盘式刹车片钛酸钾粉末的帕萨特

13、盘式刹车片SAE 2521 噪音分析结果噪音分析结果 制动噪音频率范围分析Number of Noisy Stops (per frequency range / apply type) 10 kHz to 14 kHz 14 kHz to 18 kHz 發生次數發生百分比 4 kHz to 6kHz 2 kHz to 18 kHz 2 kHz to 4kHz 6 kHz to 10 kHz 图 6 宜兴振奋粉末钛酸钾（左图）和日本晶须（右图）的电镜照片对比 我们在多个车型装车中也有比较好的效果,制动效能稳定,噪音较少,黑灰少,耐磨性好。 目前中低摩擦系数的陶瓷型摩擦材料更能适应市场的需要,由

14、于陶瓷型的摩擦材料摩擦稳定 钛酸钾粉末在摩擦材料中运用的研究 4 性能如压力特性,速度特性和温度特性度比较好,.这样容易保证摩擦材料的制动安全性,平稳 的摩擦系数可以减少和降低制动噪音 （4） 关与钛酸钾粉末,宜兴钛酸钾粉末与日本晶须的电镜对比见图 5，(图片由日本公 司提供)，从图可见，钛酸钾晶须纤维较长较粗，粉末钛酸钾实际上也有大量的小晶片，虽 然，在倍率较低的显微镜或用肉眼观看时是粉末，在陶瓷烧结中，一般都用比较细的粉末， 较细的粉末更容易陶瓷化。钛酸钾是有碳酸钾和钛白粉在 1200 度左右经过高温固相反应制 成,是一种晶片和粉末的混合物 ，在刹车片在高温制动时,表面恒定温度在 600

15、度,但实际上 表面闪火温度在 1000 度以上,加上有 较高的制动压力,实际接触点的压力远远大于制动的平 均压力.因此表面会进一步固相反应,和其他材料相互作用生成稳定的摩擦表面层，以达到稳 定摩擦系数,提高耐磨性等目的，.当然，摩擦材料的配方是一个十分复杂的理论，陶瓷型摩 擦材料一般含有多种材料，钛酸钾在其中的作用机理也比较复杂，虽然加入钛酸钾的摩擦材 料有很好的摩擦磨损性能，但其机理尚需要进一步试验研究如晶须，晶片粉末在固相反应后 的状态， 。目前在市场比较多试用晶须,但在美国,钛酸钾晶须也属于限制使用的材料,目前 市场的叫晶片,从摩擦磨损性能和作用机理和粉末钛酸钾相类似.由于有些钛酸钾中加

16、有改性 的成分,如日本的 PM 是钛酸镁钾。或非钛酸钾成分的添加剂或其他成分如氧化钛矿物金红 石，钛铁矿等其他杂质元素，,可以提高摩擦系数,因此粉末钛酸钾的摩擦系数稍微低一些,这 完全可以用摩擦调整剂调整.，在一些工程塑料中,钛酸钾晶须能增加强度,但在摩擦材料中, 钛酸钾晶须或晶片对强度并没有较大的作用，因为刹车片不是致密的塑料。因此，,一般还 得用芳倫，碳纤维予氧絲或其他无机纤维等增强。由于摩擦材料在制动中的固相反应,因此 在实际上,所有在表面层的材料都发生物理或化学变化,象陶瓷烧结一样,即使是晶体，晶须等 或如石膏（硫酸钙晶须）石棉，硅酸钙，水镁石，矿物纤维等纤维状材料，或一些氧化物， 硫化物硅酸盐，金属 也不可能保持原来的形态和结构，因为其中有物理变化，也有化学变 化。我们摩擦材料的烧结是动态的,不连续的。而陶瓷的烧结是连续静态的.因此有相当的差 别，但总体还属于陶瓷的固相反应。 5 关于陶瓷型摩擦材料，目前并没有一个统一的定义，一般的都含有不同含量的铜，有 些配方铜的含量很高，陶瓷型摩擦材料的树脂等有机粘合剂含量