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拋光氧化鋁在摩擦材料中的運(yùn)用
發(fā)布時間：2016.02.19 編輯：admin 瀏覽：（）
徐仁泉 周紀(jì)冬 浙江萬向系統(tǒng)有限公司
陳旭曄 中國新型建材工業(yè)杭州設(shè)計研究院
王海東 杭州蕭山長城鋁業(yè)物資有限公司
關(guān)鍵詞：高摩填料 拋光氧化鋁 熱衰退
摘要：本文分析了拋光氧化鋁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過對含有該材料的摩擦材料的測試，結(jié)果表明，拋光氧化鋁微粉對于提高摩擦材料的摩擦性能和耐磨性，改善制動效能和抗熱衰退性，都有明顯的效果。是一種非常好的高摩填料。
一：問題的提出：
隨著無石棉摩擦材料的迅速發(fā)展，新一代陶瓷型摩擦材料正在發(fā)展起來，并且有取代半金屬摩擦材料的趨勢。新一代摩擦材料具有制動效能好，摩擦系數(shù)比較高，高溫摩擦性能穩(wěn)定，對對偶磨損小等特點(diǎn)。在此類摩擦材料的原料中，氧化鋁是重要原料之一。由于氧化鋁品種非常多繁多，因此，對摩擦材料中用氧化鋁的選擇就顯得十分重要，它直接影響到摩擦料的制動效能，熱衰退和磨損以及對對偶的磨損。
二: 樣品來源：
圖1：拋光氧化鋁微粉顆粒的電鏡照片
本試驗(yàn)選用的是杭州蕭山長城鋁業(yè)物資有限公司提供的拋光氧化鋁微粉（圖1），該氧化鋁選用優(yōu)質(zhì)高比重的煅燒氧化鋁為基礎(chǔ)原料通過濕法粉磨加工制成，處理出來的拋光氧化鋁其晶體形貌近似球形（圖1），粒度分布非常均勻，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，該品種以前主要用于不銹鋼、銅、鈦等金屬拋光行業(yè)領(lǐng)域。滿足不同用途、不同工藝條件的金屬拋光行業(yè)用戶的要求，出光速度快、拋光的產(chǎn)品無劃痕，表面光澤細(xì)膩。
拋光氧化鋁主要理化指標(biāo)如下:（表1）
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拋光氧化鋁參考指標(biāo) |
晶體平均粒度D50(μm) |
||||||
|
型號 |
理化指標(biāo)(典型值≤) |
||||||
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Al2O3 |
SiO2 |
Fe2O3 |
Na2O |
松裝密度 （g/cm3） |
真密度（g/cm3） |
μm |
|
|
-325型 |
98.5 |
0.2 |
0.1 |
0.05 |
0.99 |
3.97 |
3-6 |
|
-1000型 |
99.5 |
0.2 |
0.1 |
0.05 |
1.01 |
3.97 |
2-4 |
通過（表1）我們看出，實(shí)驗(yàn)用的拋光氧化鋁PG-10(-1000型)粉體顆粒直徑D50值在2~4μm左右，氧化鋁含量大于98％以上，轉(zhuǎn)化率在96%以上，松裝密度在1 g/cm3 左右，真密度比同類產(chǎn)品較高。
三：試驗(yàn)部分：
試驗(yàn)的剎車片基本配方如下：：
基本配比：
黏合劑5-15％
纖維15-30％ ， 摩擦調(diào)整劑和填料 30-60％，拋光氧化鋁 1-5％其他 適量
將其制造成盤式剎車片和鼓式剎車片的樣品按照GB5763-1998汽車用制動器襯片標(biāo)準(zhǔn) 的試驗(yàn)結(jié)果見
圖2和圖3 ，盤式剎車片樣品的臺架結(jié)果見圖4
四：試驗(yàn)結(jié)果討論：
由于氧化鋁的加入，穩(wěn)定了摩擦材料的摩擦性能，特別是在高溫的摩擦性能，提高抗熱衰退性能，在定速摩擦磨損試驗(yàn)見圖2和圖3和臺架試驗(yàn)的結(jié)果見圖4充分說明了這一點(diǎn)特別是在臺架試驗(yàn)的效能和衰退試驗(yàn)中，摩擦性能都非常穩(wěn)定。同時對摩擦材料的磨損增加不大，這是由于拋光氧化鋁的顆粒比較細(xì)，其粒度D50值平均為2－4微米。和國外用于摩擦材料的氧化鋁的規(guī)格相近。較細(xì)的粒度對提高摩擦材料的耐磨性和對減少對對偶的磨損有一定的作用。同時粒子的球形對降低磨損有一定的作用。選用該種氧化鋁是因?yàn)槠溆捕缺容^合適，2~4μm的球形的粒子也能降低磨損，我們也選用了國內(nèi)其他的氧化鋁，由于比重太低或太高，硬度太高或太低，或者粒度不合適，都會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不同的結(jié)果。
提高了摩擦材料的效能穩(wěn)定性，有些摩擦材料樣品，在定速試驗(yàn)機(jī)上測試很好，到臺架試驗(yàn)時不好，這與摩擦材料種的一些配方的配比關(guān)系很大，在這中間，高摩填料當(dāng)然是十分重要的，選用的高摩填料的品種規(guī)格，關(guān)系都比較大。在國外有的配方中氧化鋁用量在5％以上，當(dāng)然這種配方必須經(jīng)過仔細(xì)的驗(yàn)證。
另一方面，氧化鋁有非常好的耐溫性和非常細(xì)的粒度，這有助與在高溫時生成陶瓷材料，使其在高溫時有比較好的摩擦系數(shù)和其它易熔材料的復(fù)合。使摩擦材料保持較好的高溫摩擦性能和耐磨性。在鼓式剎車片試驗(yàn)中也得到了類似的結(jié)果。（表2）是美國卡萊（CARLISLE）杭州公司添加拋光氧化鋁的鼓式剎車片的試驗(yàn)結(jié)果。
從表2 看見，其摩擦磨損性能是比較好的。
氧化鋁的粒徑大小及分布的寬窄是十分重要的，下面（圖5）是75微米的氧化鋁的照片，與圖1的2-4微米的比差別明顯很大。另一方面，我們以前有一些廠家使用棕剛玉，對調(diào)整摩擦材料的摩擦系數(shù)作用比較大，但是，由于一般用200－325目，因此剎車片的磨損和對對偶的磨損會增加。這是由于棕剛玉含氧化鋁的純度比較低，穩(wěn)定性就差一些，一般只能用0.25－0.5％。用量大了對其他摩擦材料和對偶的磨損會出現(xiàn)問題。同時，他的外形比較鋒利，更有一些工廠使用的是砂輪廠的下腳料，穩(wěn)定性就更差.，另一方面由于棕剛玉等采用電熔法工藝，產(chǎn)品呈玻璃態(tài)，顆粒比較鋒利，而拋光氧化鋁采用煅燒法，這樣顆粒的性能就有明顯的差異，雖然都是α氧化鋁，但在配方中會出現(xiàn)不同的結(jié)果。
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表2：美國卡萊公司添加拋光氧化鋁的鼓式剎車片的摩擦磨損性能 |
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序號 |
配方號 |
拋光氧化鋁 |
摩擦系數(shù)μ |
磨損率 |
|
1 |
A21 |
√ |
0.36/0.40 |
0.38(g/%) |
|
2 |
A23 |
√ |
0.43/0.45 |
0.44(g/%) |
|
3 |
A11 |
√ |
0.42/0.46 |
0.42(g/%) |
目前，陶瓷型摩擦材料是大家關(guān)注的產(chǎn)品，研究摩擦材料在制動過程的陶瓷化，其中包括氧化鋁等高熔點(diǎn)的高摩填料。低熔點(diǎn)的燒結(jié)材料，固體抗摩材料等的復(fù)合研究十分重要，僅僅用很少幾種材料的組合難以解決摩擦磨損復(fù)雜的物理化學(xué)過程的中對性能的要求，如摩擦材料的安全性，舒適性和耐磨性。對于氧化鋁在摩擦材料中與其它材料的作用機(jī)理尤其是制動過程中的作用機(jī)理尚需實(shí)驗(yàn)論證和研究。
五 結(jié)論：
1：拋光氧化鋁用于汽車摩擦材料，對于穩(wěn)定摩擦系數(shù)，提高制動效能，降低熱衰退是比較好的高摩填料之一。
2 對于其機(jī)理和在摩擦材料陶瓷化方面還需要進(jìn)一步探討。