Frikční kompozity používané v brzdových systémech osobních automobilů a jejich modifikace při třecím procesu

Abstract

Frikční kompozity (FK), jako brzdová obložení, jsou důležitou součástí brzdových systémů automobilů. Při třecím procesu dochází k modifikaci FK, což ovlivňuje jejich třecí vlastnosti. Tato disertační práce se zabývá studiem reakcí pyritu, molybdenitu a antimonitu, které se používají jako tuhé lubrikanty, s mědí a ostatními složkami frikčního kompozitu. Byly připraveny tři sady laboratorních vzorků FK, lišících se obsahem těchto sulfidů. Vzorky byly podrobeny třecím zkouškám na laboratorním testovacím zařízení brzdových obložení, při teplotách brzdového kotouče od 200°C do 500°C, resp. 600°C. Při stejných teplotách byly vzorky FK zahřívány v muflové peci. Původní vzorky, frikční vrstva po mechanických testech a povrch vzorků po ohřevu v peci, byly analyzovány metodami XRD, XRFS a SEM/EDX. Při mechanických testech byly odebrány vzorky otěrového prachu uvolněného při třecím procesu. Zahřívání v peci v rozmezí teplot 200°C – 600°C byly podrobeny také směsi práškové mědi s výše uvedenými sulfidy. Tyto práškové vzorky byly analyzovány metodami XRD a XRFS. K modifikaci FK na třecí ploše začíná docházet již při teplotě kotouče 200°C (úbytek některých složek), při teplotě 300°C již dochází k tvorbě nových fází. Tvoří se oxidy Cu, Fe, případně Mo nebo Sb a také některé ternární sulfidy (chalkopyrit CuFeS2, bornit Cu5FeS4, skinnerit Cu3SbS3). Při zahřívání v peci dochází k tvorbě nových fází při teplotách cca o 100°C vyšších, ke vzniku některých fází, např. chalkopyritu, dochází jenom při tření. Skutečná teplota třecí plochy je zjevně vyšší než naměřená teplota brzdového kotouče. Navíc se při brzdění uplatňují další vlivy, jako tlak, tření, které zvětšují reakční plochu a zvyšují vzájemný kontakt jednotlivých složek kompozitu.

Friction composites (FC) in brake linings are very important part of brake systems in cars. They affect their frictional characteristics as they are modified during the braking process. The aim of the dissertation thesis is to determine reactions between pyrite, molybdenite and stibnite, which are used as solid lubricants and copper and other components of the friction composites. Three sets of FC samples, differing in the content of mentioned sulphides, were prepared and tested in the laboratory. The samples were examined for friction tests in the laboratory equipment for brake linings testing, while the brake discs were exposed to temperatures from 200°C to 500°C or 600°C. The samples were heated at the same temperatures using the muffle furnace as well. The original samples, the friction layer after the mechanical tests and the surface of the samples after heating in the furnace were analysed using XRD, XRFS and SEM / EDX methods. Samples of abrasion dust released during the friction process were collected and further processed. The mixture of the copper powder and the above mentioned sulphides were heated in the furnace at the temperatures from 200°C to 600°C. These powder samples were analyzed using XRD and XRFS methods. It was proved, that the modification of the FC at the friction layer begins to occur at the temperature of 200°C (loss of some components) and at 300°C it leads to the formation of new phases. Oxides of Cu, Fe, Mo and Sb as well as some ternary sulphides (chalcopyrite CuFeS2, bornite Cu5FeS4, skinnerite Cu3SbS3) are created. While heating in the furnace, new phases are formed at temperatures approximately 100°C higher, while the formation of the new phases, e. g. chalcopyrite, occurs only during the friction process. The actual temperature of the friction layer is significantly higher than the measured temperature of the brake discs. Additional effects apply to the braking process as well. Pressure and friction magnify the reaction area and increase the mutual contact between the individual components of the composite.