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revisión

Los avances en Ingeniería Mecánica

2016, Vol. 8 (5) 1-10 El autor (s) 2016 DOI:

Revisión de la fricción y el desgaste de los materiales

10.1177 / 1687814016647300 aime.sagepub.com

de frenos

xingming Xiao 1, Yin Yan 1,2, Jiusheng Bao 1,3, lijian Lu 1 y Xuejun Feng 1

Abstracto El freno de fricción funciona como una garantía indispensable para el trabajo y la seguridad de la operación regular de los vehículos y equipos industriales. Fricción y el desgaste comportamientos de materiales de fricción de freno son considerados como un tema importante. En este artículo, los materiales de fricción fueron clasificados por categorías de la matriz, y sus principales componentes se introdujeron primero. Entonces, las ventajas y desventajas de cada material de fricción se resumieron y se analizaron. Además, se examinaron los comportamientos microcontacto sobre la interfaz de fricción y el mecanismo de formación de varias películas de fricción. Por último, se resumieron las reglas influyentes y el mecanismo de las condiciones de frenado (temperatura, presión, y velocidad) de la fricción y de desgaste de los comportamientos de los materiales de fricción. Se concluye que la película de fricción, un producto intermedio en el frenado, es muy beneficioso para proteger materiales de fricción de ser seriamente erosionada. Las condiciones de frenado han complicado influencias en la fricción y el desgaste comportamientos de freno. En general, el coeficiente de fricción tiende a ser bastante bajo, mientras que la tasa de desgaste aumenta rápidamente bajo una condición de alta temperatura, la presión de frenado, o la velocidad de frenado inicial.

Palabras clave Material de fricción, la fricción y el desgaste, la película de fricción, condición de frenado, el frenado de emergencia

Fecha de recepción: 23 Junio ​2015; aceptado: April 7 el año 2016

Editor Académico: Francesco Massi

Introducción

En este artículo, se investigó y se resume el progreso de la investigación

Como una parte importante de transporte y equipos industriales, el freno de fricción es una garantía importante para su funcionamiento y la seguridad de trabajo regular. Debido a la fricción del par de freno, el freno se considera generalmente como un proceso de transferencia de energía cinética en energía térmica. La fricción producirá calor, y algunos de ellos se irradian a través de conducción y convección de par de freno, mientras que otros son absorbidos por las reacciones físico-químicas y comportamientos de desgaste en la interfaz de fricción. Con los avances tecnológicos y las crecientes preocupaciones de

en este campo en los últimos años.

Resumen de materiales de fricción de freno Actualmente, los frenos de fricción se usan ampliamente en diversos equipos de tránsito y transporte (automóviles, trenes, aviones, etc.) y dispositivos industriales (montacargas de minas, ascensores, etc.). Por ejemplo, la aplicación de 1

Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad China de Minería y Tecnología, Xuzhou, China

seguridad, requisitos más altos se presentaron en la seguridad,

2

Estado clave Laboratorio de Tribología, Universidad de Tsinghua, Beijing, China

inteligencia, respeto al medio ambiente de los sistemas de frenos,

3

Centro de Innovación Cooperativa de Jiangsu de equipos de minería inteligente, Universidad

y la comodidad de uso de dispositivos mecánicos. Por lo tanto,

China de Minería y Tecnología, Xuzhou, China

Autor correspondiente: Yin Yan, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad China de Minería y Tecnología, Xuzhou 221116, China. E-mail: [email protected]

Creative Commons CC-BY: Este artículo se distribuye bajo los términos de la licencia de Atribución 3.0 licencia (http://www.creativecommons.org/licenses/by/3.0/) que permite cualquier uso, reproducción y distribución de la obra sin el permiso adicional siempre que la obra original es atribuido como se especifica en las páginas de salvia y de acceso abierto (https://us.sagepub.com/en-us/nam/ de acceso libre-a-salvia).

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estabilidad. Mientras que el material de fricción a base de cobre tiene coeficiente de fricción más pequeño pero más estable. Tiene una mayor conductividad térmica y resistencia al desgaste. material de fricción a base de hierro y cobre, que tiene una casi mismo contenido de hierro y el cobre posee ambas características antes mencionadas, tales como excelentes propiedades mecánicas, alta conductividad térmica, y baja resistencia al desgaste. 6

Generalmente, el material de fricción de la metalurgia en polvo puede aplicarse en aviones, camiones, trenes, y cualesquiera productos de

Figura 1. Diagrama esquemático del disco de freno de la mina del hoister. 1

maquinaria pesada con una carga de frenado pesada y una velocidad extremadamente alta.

matriz semi-metálicas. Los principales componentes del material de

disco de freno en montacargas de minas se muestra en la Figura 1. Como una

la matriz de fricción semi-metálico son de fibra de metal, fibra de

parte importante de freno de fricción, los materiales de fricción (es decir, zapata de freno, de forro de freno, etc.) deben tener alto coeficiente de fricción y estable;

cerámica, y de cobre o polvo de hierro. 5 material de la matriz de

gran conductividad térmica; excelentes calor y el desgaste resistencias; y débil

fricción semi-metálicas tiene gran resistencia al calor, alta absorción

capacidad de absorción de agua, aceite o líquido de frenos. 2

de potencia, y excelentes propiedades tribológicas. Sin embargo, también tiene algunas deficiencias, como el ruido de baja frecuencia, fácil oxidación, y serios daños al disco de freno. Actualmente, el material de matriz de fricción semi-metálico se

Clasificaciones de materiales de fricción, según la material de la

aplica ampliamente en automóviles, motocicletas y otros vehículos

matriz. En el pasado, el asbesto fue seleccionado como reforzado con

ligeros.

fibra de materiales de fricción para su excelente rendimiento integral tales matriz no metálicos. En un material de matriz de fricción no metálico,

como baja densidad, alto punto de fusión, coeficiente de fricción alto, gran

resinas y caucho modificados se utilizan como aglutinante, mientras

resistencia mecánica, y pequeños daños al disco de freno. No obstante, la

que las fibras orgánicas (kevlar, carbono, etc.) o materiales minerales

conductividad térmica débil del amianto tendió a reducir su rendimiento

inorgánicos (vidrio, wollastonita, etc.) se utilizan como fibras

fricción y aumentar el desgaste. Además, se ha demostrado que el

reforzadas. 7

amianto es cancerígeno para los órganos respiratorios de humanos. 3

Ellos se solidifican por prensado en caliente después de mezclado uniformemente con otros aditivos de fricción. 8 Hay una serie de materiales de fricción de la matriz no metálicos, entre

Por lo tanto, materiales de fricción con el amianto se habían eliminado de

los cuales el carbono-carbono (CC) y de la matriz de cerámica

la fabricación, gradualmente. En la actualidad, los dispositivos de frenado

materiales de fricción compuestos tienen extremadamente excelentes

casi todos están hechos de los materiales de fricción sin amianto. Según

propiedades tribológicas. Por ejemplo, el material de fricción de

el material de la matriz, materiales de fricción de freno se pueden dividir

material compuesto CC tiene alta resistencia y tenacidad, estabilidad

en metálico, semi-metálico, y la matriz no metálico: 2

térmica superior, y la resistencia al desgaste favorable. En la actualidad, el material de fricción de material compuesto CC se utiliza principalmente en aviones y coches de carreras.

matriz metálica. Dependiendo de la técnica de producción, los materiales de fricción matriz metálica se pueden dividir en dos tipos: monómero de fundición de metal y la metalurgia de polvos. 3,4 Monómero de metal de fundición incluye acero, hierro fundido,

De acuerdo a la fuente de material. En conjunto, dos tipos de materiales de

bronce, y así sucesivamente. Debido fácil adherencia y bajo

fricción fueron más ampliamente utilizados en frenos en el presente: material

coeficiente de fricción a alta temperatura y la velocidad, el metal

de la metalurgia en polvo y la fricción del material de fricción orgánico. Sin

monómero de colada ya había sido eliminado. Polvo de material

embargo, hay algunas diferencias entre los componentes de estos dos tipos

de metalurgia de fricción incluye principalmente a base de hierro,

de material.

de cobre basada, y cobre hierro basado, que tiene hierro, cobre, y Polvo de material de metalurgia de fricción se hace principalmente de

los dos polvos metálicos como su matriz, respectivamente. 5 Después de una mezcla uniforme con aditivos de fricción, estos polvos de

matriz, materiales de matriz de fortalecimiento, agentes de incremento de la

metal se prensan y sinterizan para formar polvo de material de

fricción, y los materiales de lubricación. 9 La matriz y el material de matriz de

metalurgia fricción. Entre ellos, material de fricción a base de

fortalecimiento incluyen varios metales (Cu, Fe, etc.). El agente de incremento

hierro tiene resistencia a alta temperatura, dureza, y térmica

de la fricción se usa para aumentar el coeficiente de fricción que incluye algunos óxidos o carburos metálicos y no metálicos (SiO 2, Alabama 2 O 3, etc.). 9 Además, el material de lubricación tales como

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Xiao et al.

MOS 2 a menudo se utiliza para mejorar la capacidad de anti-RUB y resistencia al

Dado que la dureza del disco de freno es mucho mayor que el de la placa de fricción, jorobas en la superficie del disco de freno se presionan en la placa

desgaste del material de fricción.

material de fricción orgánica se más ampliamente utilizado debido a su método

de fricción. Debido a que gira el disco de freno a alta velocidad, un poco de

de preparación simple, excelentes propiedades tribológicas, y respeto al medio

material de fricción se elimina por cizallamiento a los desechos formulario.

ambiente. Generalmente, el material de fricción orgánico consiste en aglutinante,

Algunos restos se lanza hacia fuera de la interfaz. Otros continúan

fibras reforzadas, aditivos de fricción, y los rellenos: 10

experimentando se repite el proceso, es decir, la deformación, trituración, romper, y descamación. Finalmente, se adhieren sobre la superficie de base para formar una película de fricción con un espesor de varios a varios cientos

Aglutinante. El aglutinante se pega todos los componentes entre sí

de micrómetros. 17

para formar una matriz termoestable. La resina fenólica se selecciona a menudo como un aglutinante, ya que posee una excelente resistencia al calor. 11,12

fibras reforzada. Las fibras reforzadas se usan para mejorar el rendimiento de fricción y la fuerza. Las fibras metálicas (hierro,

La película de fricción es un producto intermedio de frenado. También se conoce como un tercer cuerpo o superficie de la película. 18,19 La película fricción causada por los escombros tiene influencias vitales sobre el rendimiento de fricción y el desgaste de par de freno. 20

cobre, etc.), fibras de vidrio, fibras de carbono, y fibras orgánicas (kevlar, algodón, etc.) se utilizan comúnmente como fibras reforzadas. 13

película de fricción

aditivos de fricción. Los aditivos de fricción pueden ajustar las

La formación de película de la fricción puede variar de acuerdo con diferentes

propiedades de fricción y comportamientos de desgaste de control de

condiciones ambientales y el rendimiento del material durante el frenado. 21 Generalmente,

los materiales de fricción de freno. Generalmente, los aditivos se

la película de fricción tiene dos morfologías: película granular suelto y lámina

pueden clasificar en dos tipos: lubricante y abrasivo. El lubricante se

de hoja densa:

utiliza siempre para reducir el desgaste del material de fricción. Por ejemplo, como un excelente lubricante, grafito puede disminuir tasa de desgaste de manera efectiva al reducir el contacto directo entre la

Perder la película granular. En la etapa inicial de frenado, las fibras

superficie de material de fricción y el disco de freno. 14 Sin embargo, el

en el material de fricción se adhieren sobre el disco de freno para

abrasivo (por ejemplo sulfuro de metal) se utiliza generalmente para

formar una meseta de contacto principal. Por deslizamiento relativo,

aumentar el coeficiente de fricción y reforzar la resistencia al desgaste

estos micro-asperezas se deforman, despojado, y cayeron a formar

de material de fricción.

algunas películas granulares sueltos, que llenan la meseta contacto principal generada por las fibras.

Materiales de relleno. Los materiales de carga se utilizan para mejorar la

lámina de hoja densa. Con la creciente frenado temperatura de

procesabilidad y reducir el costo de material de fricción. Generalmente, la

presión y la superficie, estas películas granulares sueltos son corte,

vermiculita, mica, y sulfato de bario se utilizan a menudo como material de

triturado, e incluso soldadas para formar una película de hoja densa

relleno. 15

llamada meseta contacto secundario. dieciséis La meseta contacto secundario es un área de contacto mayor durante todo el proceso de frenado. La mayoría de los desechos posteriores están creciendo y

Micro-contacto en la interfaz de fricción de freno

ampliando sobre la base de la meseta contacto secundario.

Con la carga de presión de frenado, se ponen en contacto las superficies ásperas de la placa de fricción y el disco de freno a la malla. Un diagrama esquemático de la interfaz de contacto entre un par de freno se muestra en la Figura 2.

De hecho, la película de película y lámina densa granular suelto se puede transformar dinámicamente una en la otra en un proceso de frenado. 22 Cuando los residuos se deposita detrás de las fibras de materiales de fricción, que se compactan en películas de lámina densos. Sin embargo, con su crecimiento continuo, las fibras se romperán y se redujo bajo los efectos de la presión de frenado y alta temperatura. Como resultado, las películas en hojas densas serán distribuidos a transformar en películas granulares sueltos.

otras películas A excepción de la película de fricción anteriormente, algunas otras películas con diversos componentes y estructuras también se producen en el proceso de Figura 2. Diagrama esquemático de la interfaz de contacto entre un par de freno. dieciséis

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frenado debido a algunos cambios físicos o químicos en la interfaz de contacto:

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?

película de oxidación. Durante el frenado con una alta velocidad y la

Fricción y el desgaste comportamientos y mecanismos de

temperatura, los materiales de la superficie reaccionan fácilmente con el

materiales de fricción de freno

oxígeno en el aire para formar una película de oxidación en la interfaz. La Como se sabe, los comportamientos fricción y el desgaste no son características

película de oxidación con baja intensidad es duro y quebradizo. Se

inherentes de los materiales de fricción, que pueden estar influenciados por muchos

agrieta fácilmente y desmenuzado por la fuerza de fricción a los desechos formulario. El desgaste de la placa de fricción está relacionada con la dureza de película de oxidación y de la matriz de material de fricción. Una mayor diferencia de dureza entre ellas tiende a destruir fácilmente la película de oxidación en escombros. 23 Sin embargo, es notable que la película de oxidación tiene un efecto significativo en la protección de la superficie del material de fricción entre en contacto directamente con el disco de freno, lo que disminuye el coeficiente de fricción y mejora la resistencia al desgaste de manera efectiva.

factores tales como el frenado y condiciones del entorno. 29 Se cree que las investigaciones sobre los comportamientos de fricción y el desgaste de los materiales de fricción de freno deben ser valiosa para el control de la fricción, reduciendo el desgaste, el desarrollo de nuevos materiales de fricción muy bien, y la mejora de la fiabilidad de frenado. Por lo tanto, una gran cantidad de investigaciones en este campo se ha llevado a cabo en los últimos años. Se encontró que los comportamientos de fricción y el desgaste de los materiales de fricción de freno se ven afectados principalmente por los siguientes factores: 7,13,26-28

película colchón de gas. El material de fricción da a menudo a

Las características del material: física, química, y propiedades mecánicas

cabo algunos gases (CO, CO 2, CH 4, y H 2)

de los materiales de fricción, y así sucesivamente.

Debido a las degradaciones térmicas. Por un lado, ya que estos gases son difíciles de ser adsorbido por la superficie de fricción, que

Frenado condiciones: presión de frenado, velocidad de frenado inicial,

se forman una película cojín de gas en la interfaz. La película

tiempos de frenado, aumento de temperatura en el frenado, y así

colchón de gas juega un papel importante como un lubricante en la

sucesivamente.

interfaz para reducir el coeficiente de fricción. Sin embargo, también

condiciones del entorno: temperatura, humedad, flujo de aire, y así

va a producir una fuerza de oposición sobre la carga aplicada para

sucesivamente circundante. Condiciones de la superficie de rugosidad

reducir la fuerza de fricción. 24 Además, debido a deformaciones

superficial, propiedad de contacto, y así sucesivamente.

plásticas graves y estos gases existentes en la superficie de fricción, el llamado fenómeno de cavitación se produce fácilmente, que de

parámetros estructurales: forma, tamaño, y modalidad de contacto del par de

este modo se acelera la ruptura y dejando caer de las películas de

freno, y así sucesivamente.

fricción para provocar un nuevo desgaste. Por otro lado, estos gases

Además de las propiedades inherentes de los materiales de

reductores se desoxidar los escombros para formar una capa delgada de metal con un montón de hierro sobre la superficie de

fricción, la condición de frenado es generalmente considerado

fricción del freno. Si la fuerza adhesiva entre el disco de freno y la

como uno de los factores más importantes externos. Se puede

capa de metal es mayor que la de la capa de metal y la placa de

encontrar fácilmente que las investigaciones existentes se

fricción, la capa de metal se romperá para causar desgaste

centraron principalmente en estos factores influyentes como sigue:

adhesivo y desgaste abrasivo. 25

la temperatura, la presión de frenado, y la velocidad de frenado inicial. Por un lado, estos factores tienen influencias más evidentes en el desempeño fricción y el desgaste de los materiales de fricción. Por otra parte, otros factores que no pueden ser

película de lubricación líquida. Los componentes orgánicos de materiales de fricción se descomponen térmicamente bajo una

fácilmente detectados o claramente debido a la limitación de las teorías y tecnologías existentes. Además, las leyes y los

temperatura extremadamente alta para generar películas de

mecanismos de frenado de las condiciones en la metalurgia de

lubricación de líquido en la interfaz de contacto. La película de

polvos y materiales de fricción orgánicos influencia no son los

lubricación líquido resulta en el cambio en el modo de fricción de

mismos debido a las diferencias entre sus componentes. Por lo

la fricción en seco a la fricción lubricación líquida. En

tanto, las influencias de estos tres factores (temperatura, presión

consecuencia, el coeficiente de fricción debe caiga

de frenado,

repentinamente, aunque es beneficiosa para reducir el desgaste. Además, a medida que avanza el frenado, la temperatura de fricción sigue aumentando y luego los líquidos se liberan continuamente. El coeficiente de fricción mantiene un valor bajo, lo que afecta gravemente a la fiabilidad y seguridad de frenado. Se ha demostrado que una catástrofe tribológico anormal fenómeno llamado de fricción (FC) está directamente relacionado con la

Influencia de la temperatura en la fricción y el desgaste de los materiales

película de lubricación generada en la frenada de emergencia. 26-28

de fricción de freno

El frenado puede ser considerado como un proceso de transferencia de energía cinética en energía térmica. El calor de fricción provoca un aumento de temperatura que afectarán a la fricción

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Xiao et al.

Figura 4. Influencia de la temperatura sobre la fricción y el desgaste de un material de fricción orgánico. 24

Figura 3. imagen SEM de la superficie de fricción cubierta con películas de fricción. 36

y el desgaste. La temperatura de la superficie no se distribuye uniformemente en la interfaz. 30,31 La temperatura de asperezas puede ser mucho mayor que la de la superficie, que forma entonces zonas de alta temperatura local. El interior transferencias de temperatura a través de la interfaz de fricción, y su distribución se asocia con las propiedades termofísicas de material de fricción. 32,33 El calor de fricción afecta a la oxidación, resistencia térmica, y la plasticidad térmica del material de fricción. Se hace que el cambio en la microestructura superficial (difusión y adsorción de moléculas o átomos en la interfaz de fricción) y la transformación de fase estructural de materiales de fricción. También puede afectar a la lubricación interfaz para lograr un cambio cualitativo

Figura 5. micrografías SEM de la superficie desgastada de la muestra con fibras de acero después de la prueba a diferentes temperaturas. 24

en características de interacción en la interfaz de fricción límite a la fricción en seco. 34

El fenómeno de cavitación provoca granular o escombros hoja caiga, lo que reducirá el par de frenado. Los mecanismos de fricción y el desgaste se alteran bajo diferentes

En general, con el aumento de temperatura, el coeficiente de fricción

temperaturas. A una temperatura baja, las asperezas duros, desechos

aumenta gradualmente. Sin embargo, después de alcanzar una cierta

pequeños, y partículas pieza forma existen en la interfaz de contacto. Las

temperatura, el coeficiente de fricción se puede caer repentinamente. Mientras

asperezas duras pueden estar incrustados en una matriz más suave, lo que

que la tasa de desgaste aumenta continuamente a medida que aumenta la

resulta en plástico que fluye y el arado llamado efecto surco. 35 Con la presión

temperatura. El desgaste será más grave a una temperatura más alta. Por

de frenado creciente y la velocidad de frenado inicial, la temperatura de la

ejemplo, o ztu rk et al. 24 estudiado la influencia de la temperatura sobre los

fricción se incrementará a dar lugar a varios fenómenos. En primer lugar, la

fricción y el desgaste comportamientos de los cuatro materiales de fricción con

resina de matriz puede ser suavizada e incluso carbonizado a perder su fuerza

diferentes fibras reforzadas: fibra cerámica, fibra de lana de roca, fibra de vidrio

de unión. Las fibras reforzadas son entonces desmenuzado y escaparon de la

y fibra de lana de acero, respectivamente. Se encontró que los

matriz, y las películas de fricción se forman sobre la superficie de fricción, 36 que

comportamientos de fricción y el desgaste de estos cuatro materiales de

está marcada con un círculo rojo en la figura 3. En segundo lugar, las películas

fricción tienen leyes similares con influencia de la temperatura. Por ejemplo, la

de fricción se deformarán, agrietado y pelado para formar pequeños desechos

variación del coeficiente de fricción y velocidad de desgaste con la temperatura

que disminuye la estabilidad de fricción, aumenta el desgaste, y a veces

para el material de fricción cargado con fibra de lana de acero se muestra en la

incluso provoca la vibración severa y fuerte ruido. En tercer lugar, una vez que

Figura 4, y microscopía electrónica de barrido (SEM) micrografías de la

la temperatura de la superficie excede la temperatura de descomposición

superficie desgastada de la muestra con fibras de acero después de la prueba

térmica del material de fricción, se producirá el fenómeno de desvanecimiento

en 200 C y 350 C se muestran en la Figura 5. se puede observar que el

de calor, y el coeficiente de fricción disminuirá obviamente. 33 Además, la

coeficiente de fricción se incrementa con la temperatura a la primera, pero

descomposición térmica del material orgánico puede producir gases para

comienza a declinar cuando los alcances de temperatura en 300 C. Sin

generar películas de cojín de gas, lo que debilita la fricción en gran medida.

embargo, la tasa de desgaste mantiene escalada con la temperatura creciente, lo que demuestra que la

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La Figura 6. Influencia de la temperatura sobre la fricción y el desgaste de un material de fricción metalurgia de polvos. 37

La Figura 7. Influencia de la presión de frenado de la fricción y el desgaste de un material de fricción orgánico. 41

desgaste de material de fricción es más grave a una temperatura superior, como

número y el tamaño del punto de contacto se incrementarán con la presión

se muestra en la Figura 5. En comparación con los materiales de fricción orgánicos, las leyes de influencia de la temperatura sobre el coeficiente de fricción y la velocidad de desgaste de los materiales de metalurgia de polvos son totalmente diferentes. Por ejemplo, Chen et al. 37 investigado el efecto de temperatura de la superficie se frota sobre los comportamientos de fricción de un material de fricción metalurgia de polvos a base de Fe. Se encontró que tanto el coeficiente de fricción y el aumento de la tasa de

de frenado en aumento. Si el contacto entre la interfaz es de plástico, el coeficiente de fricción será independiente de frenado de presión. No obstante, el contacto es elástico-plástico en realidad. Además, la presión de frenado también afectará a otros factores tales como la temperatura y la lubricación. Puesto que el área de contacto real no es proporcional a la presión de frenado, el coeficiente de fricción no es proporcional a la presión de frenado. 39

desgaste primero y luego disminuyen con el aumento de la temperatura, como se

Comúnmente, el enfoque de influencia de la presión de frenado a la

muestra en la Figura 6.

fricción y el desgaste comportamientos de los materiales de fricción se puede

En general, tanto el coeficiente de fricción y la disminución de la tasa de desgaste en el período de inicio. Sin embargo, después de que la temperatura alcanza un determinado valor, tanto el coeficiente de fricción y la velocidad de desgaste comienzan a aumentar con el aumento de la temperatura. En detalle, se señaló que 37 cuando la temperatura está dentro de un rango bajo,

concluir como cuatro tipos: cambiar el área de contacto real del par de fricción, que afecta a la generación de películas de fricción, que influyen en el componente y la organización de material de fricción, y cambiar el tipo de desgaste. 40 Entre los cuales, los dos primeros tipos son generalmente considerados como los factores más importantes. Bajo una presión de frenado bajo, las películas de fricción son difíciles de ser formado en la

protuberancias en la interfaz de par de fricción comienzan a engranar mecánicamente. Algunas protuberancias se rompen y los escombros luego se forma sobre la superficie de fricción, lo que resulta en un relativamente alto coeficiente de fricción y la tasa de desgaste. Con el aumento de la temperatura, la interfaz de fricción se oxida para formar películas de oxidación, que es beneficioso para proteger el material de fricción entre en contacto directamente con las asperezas debilitadas de disco de freno. Las películas de oxidación tienen efectos significativos sobre la lubricación así. Así, tanto el coeficiente de fricción y la velocidad de desgaste disminuyen continuamente. Cuando la temperatura sigue subiendo, estas películas engrosadas serán destruidas y acostumbrados a los abrasivos duros. Como consecuencia, el coeficiente de fricción y el aumento de la tasa de desgaste gradual.

interfaz. Con la presión de frenado en aumento, las asperezas distribuidas en la interfaz de contacto se deforman y rompen para formar algunos restos. Los restos se evitó fácilmente para formar algunas películas granulares sueltos para aumentar el área de contacto real. Entonces, la resistencia a la fricción se fortalece, lo que resulta en un incremento del coeficiente de fricción. 41 Cuando la fuerza de frenado aumenta la presión a un valor más alto, se formarán más escombros, incrustado, apilado, y se introducen en la superficie desgastada para generar películas más granulares. Poco a poco, estas películas granulares sueltos pueden conectar entre sí para formar una película de lámina densa con un área mayor. 35 La película de fricción actúa como una película de lubricación en la interfaz, lo que reduce la fuerza de engrane para disminuir el coeficiente de fricción. 42 Además, más calor se genera bajo una presión de frenado superior, lo que debilita la estructura del material para aumentar el desgaste de oxidación del material de fricción. 43 Por ejemplo, Bao et al. 41 estudiado los fricción y el desgaste comportamientos de un material de fricción orgánico no asbesto bajo diferentes presiones de frenado. Las

Influencia de la presión de frenado en la fricción y el desgaste de los materiales de fricción de freno

variaciones de coeficiente de fricción y velocidad de desgaste se muestran en la Figura 7, y las micrografías SEM de las

La presión de frenado afecta a la fricción y el desgaste a través del tamaño y la deformación del área de contacto real. De acuerdo con la tribología moderna, la fuerza de fricción depende del tamaño del área de contacto real. 38 los

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Xiao et al.

Figura 8. micrografías SEM de la superficie desgastada bajo diferentes presiones de frenado. 41

La Figura 9. Influencia de la presión de frenado de la fricción y el desgaste de un material de fricción metalurgia de polvos. 44 La Figura 10. Influencia de la velocidad de frenado inicial en la fricción y el desgaste de un material de fricción orgánico. 43

superficie desgastada se muestra en la Figura 8. Se puede observar que el coeficiente de fricción aumenta primero y luego se cae con la presión de frenado en aumento. Sin embargo, la tasa de desgaste sigue aumentando con

velocidad de frenado inicial en los comportamientos de fricción puede ser ignorada.

la presión de frenado en aumento.

Sin embargo, la velocidad de frenado inicial tiene mayores influencias en calor de fricción, la fuerza de fricción y el desgaste, y la estructura de superficie. Por lo tanto,

También se llevaron a cabo muchas investigaciones sobre la influencia de frenado presión sobre las propiedades de fricción y de desgaste de los materiales de la metalurgia en polvo. Sin embargo, en la mayoría de las investigaciones, la velocidad de rotación del disco de freno se mantuvo constante. Por ejemplo, Wang et al. 44 investigado las leyes de variación de coeficiente de fricción y la velocidad de desgaste de una metalurgia de polvos base de cobre para el freno del tren cuando la presión de frenado se incrementa de 0,49 a 0.98MPa mientras que la velocidad se

la velocidad de frenado inicial todavía debe tener influencias importantes sobre las propiedades tribológicas de los materiales de fricción de freno. Por ejemplo, Deng et al. 43 estudiado el coeficiente de fricción y la velocidad de desgaste de un material de fricción de material compuesto CC-SiC a diferentes velocidades de frenado inicial. Los resultados se muestran en la Figura 10, y las micrografías de microscopía óptica (OM) de la superficie desgastada a diferentes velocidades de frenado se muestran en la Figura 11.

mantiene estacionaria. Se encontró a partir de la figura 9 que cuando la presión de frenado se encuentra dentro de una gama baja, el aumento de la temperatura no será evidente, y la fuerza de material de la matriz disminuye ligeramente; Por lo tanto, el coeficiente de fricción es relativamente alto. 44 Con un aumento adicional de la presión de frenado, la temperatura aumentará gradualmente, lo que disminuye la resistencia de los materiales de matriz. Por lo tanto, el coeficiente de fricción disminuye de forma continua, y la tasa de desgaste sigue aumentando.

Se puede encontrar que con el aumento en la velocidad de frenado inicial, el coeficiente de fricción aumenta primero. Después de que la velocidad alcanza un cierto valor, el coeficiente de fricción disminuye lentamente y finalmente se mantiene estable. Mientras que la tasa de desgaste aumenta de forma continua con la velocidad de frenado inicial en aumento, que tiene una tasa de aumento más lento en el periodo de velocidad media. La diferencia en los comportamientos fricción y el desgaste bajo diferentes velocidades de frenado proviene principalmente de la temperatura de la fricción en la interfaz. 35

Influencia de la velocidad de frenado inicial en la fricción y el desgaste de los materiales de fricción de freno

Bajo el frenado con una velocidad baja, todavía no se han formado las películas de fricción. La humedad y el oxígeno absorbido lubricar la interfaz de contacto para causar un bajo coeficiente de fricción y la tasa de

Como el área de contacto real del par de fricción es mucho menor que su

desgaste. 42 Cuando aumenta la velocidad de frenado inicial, una

área de contacto nominal, la influencia directa de

temperatura más alta se

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8

La Figura 11. micrografías OM de la superficie desgastada bajo diferentes velocidades de frenado. 43

coeficiente y tasa de desgaste son similares. Por ejemplo, Han et al. 47 investigado la relación influyente entre la velocidad de frenado inicial y el rendimiento tribológico. La influencia de la velocidad de frenado inicial en las propiedades de fricción y de desgaste de un material de metalurgia de polvos con un 6% de SiO 2 se muestran en la Figura 12, y las micrografías SEM de la superficie desgastada con diferentes velocidades de frenado se muestran en la Figura 13. Se encontró que con el incremento de frenado velocidad, el coeficiente de fricción disminuye al principio y luego aumenta ligeramente. La tasa de desgaste sube antes de los alcances de velocidad a 500 r / min, disminuye cuando la velocidad cambia de 500 a 1000 R / min, y luego aumenta ligeramente de nuevo. Mediante el análisis de los mecanismos de fricción, se puede encontrado que la película desarrollada en la superficie de fricción

La Figura 12. Influencia de la velocidad de frenado inicial en la fricción y el desgaste de un material de fricción metalurgia de polvos. 47

tiene un efecto importante en la fricción entre la interfaz. Cuando la velocidad es \ 500 r / min, hay algunos restos granulado, lo que hace que el coeficiente

evaporar la humedad. 45 Además, más asperezas se deformarán, despojado, y se fracturó a las películas de fricción de formulario, que se suman el área de contacto real y el resultado en un incremento del coeficiente de fricción. 46 Sin

de fricción relativamente alto. Luego, con el aumento de la velocidad, los escombros se convierte en bastante densa y tiene una función de lubricación. Por lo tanto, el coeficiente de fricción disminuye y mantiene un valor bajo.

embargo, con un aumento adicional de la velocidad de frenado inicial, la temperatura de la superficie puede ser lo suficientemente alta para el material de superficie que se descompone térmicamente, que a su vez dar lugar a la rápida disminución de coeficiente de fricción y un aumento obvio en la tasa de desgaste.

Las perspectivas de la tribología de freno La influencia de la temperatura sobre las propiedades tribológicas de los

Como un proceso mecánico dinámico, la fricción y el desgaste en un frenado

materiales de fricción de metalurgia en polvo es extremadamente diferente

se ven afectadas por muchos factores, junto con el tiempo. Estos factores se

de la de los materiales de fricción orgánicos. Puesto que la temperatura

interactuaban fuertemente para formar un proceso tribológico complejo. A

aumenta con la velocidad inicial en aumento, tanto de sus influencias en la

pesar de que había logrado muchos avances en la tribología del freno,

fricción

algunos

La Figura 13. micrografías SEM de la superficie desgastada bajo diferentes velocidades de frenado. 47

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Xiao et al.

otras obras todavía se deben realizar para materiales de freno perfecto:

7. Satapathy BK y Bijwe J. rendimiento de los materiales de fricción en base a la variación en la naturaleza de las fibras orgánicas: parte

I. Fade y comportamiento de recuperación. Vestir 2004; 257: 573-584.

Por un lado, los mecanismos de fricción y de desgaste de los materiales de fricción de freno deben explorarse más. Para ejemplos, las teorías de fricción y desgaste adhesivo clásicos deben ser modificados, se deben investigar los mecanismos de conformación y en evolución de películas de fricción, 48 la topografía de la superficie de fricción se puede caracterizar por teorías fractal 49 o los autómatas celulares, y así sucesivamente. Por otro lado, en lugar de deducir de los mecanismos de fricción y el desgaste, la relación entre los comportamientos tribológicos y factores influyentes se puede presentar más sencilla e intuitiva basada en tecnologías de inteligencia artificial, tales como redes neuronales artificiales, 50-53

8. Zhu ZC, Xu L y Chen GA. Efecto de diferentes bigotes en las propiedades físicas y tribológicas de materiales de fricción no metálicos. mater Diseño 2011; 32: 54-61. 9. Ren ZJ. Una revisión de I + D de materiales de fricción metalúrgicas en polvo. Locomot rodillo Stock Technol 2001; 6: 1-5.

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Declaración de intereses en conflicto

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El autor (s) declara no tener ningún conflicto de intereses potencial con respecto a la investigación, la autoría, y / o publicación de este artículo.

y CNSL sobre las propiedades tribológicas de los materiales de fricción de freno. Vestir 2008; 264: 204-210.

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El autor (s) recibo descrita de la siguiente apoyo financiero para la investigación, la autoría, y / o publicación de este artículo: Este estudio fue financiado por los Fondos Nacionales de Ciencias Naturales de China (concesión no 51.205.393.), El Fondo de Ciencias de Tribología del Laboratorio Estatal de tribología (concesión no. SKLTKF15A08), los Fondos de Innovación de Xuyi mina Equipos y Materiales I + D Centro de CUMT (concesión no. CXJJ201302), y la prioridad Académico Programa de

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