用于汽車制動(dòng)盤的新型天然纖維增強(qiáng)鋁復(fù)合材料

刊名：Solid State Phenomena（英）

刊期：2015年第254期

作者：CRACIUN Andrei Lucian et al

編譯：朱會(huì)

汽車制動(dòng)盤是可減慢或停止車輪運(yùn)動(dòng)的裝置。制動(dòng)盤的材料一般采用鑄鐵，但由于其高密度而會(huì)消耗大量的燃料，因此為了減輕汽車質(zhì)量和提高燃料效率，增加鋁的使用量。研究了用于汽車制動(dòng)盤的新型天然纖維增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。利用粉末冶金技術(shù)使用不同的椰棕纖維、摩擦改進(jìn)劑、研磨材料和固體潤滑劑來開發(fā)新型天然纖維增強(qiáng)鋁復(fù)合材料。開發(fā)的4種新型材料如表1所示，其中椰棕纖維和鋁的含量都不同。

測量4種制動(dòng)盤新材料的密度和孔隙率（自然狀態(tài)下材料中的的孔隙體積與材料體積之比，材料中的孔隙能夠吸收能量和熱量并維持制動(dòng)盤的性能）。根據(jù)EN ISO 6508-1標(biāo)準(zhǔn)：2002，在Rockwell的PH-C-01/02試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)這4種新材料在9806N的試驗(yàn)負(fù)荷下進(jìn)行硬度測試。其中，對(duì)樣本進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)需要試驗(yàn)球，其直徑為1.58mm，試驗(yàn)時(shí)將試驗(yàn)球從一定距離的高處向下自由落體落在試樣表面而形成壓痕，利用個(gè)壓痕的算術(shù)平均值計(jì)算試樣的硬度。試驗(yàn)結(jié)果表明，含5%椰棕纖維的制動(dòng)盤材料硬度較高，含15%椰棕纖維的制動(dòng)盤材料硬度較低，而鋁含量較多的制動(dòng)盤材料硬度最高（51.3HRB）。分析表明，材料中鋁和椰棕纖維含量的不同，所制成制動(dòng)盤的硬度也不相同，CP2和CP3具有更高的密度、更低的孔隙率和更高的硬度，可用于制動(dòng)盤的制造。天然椰子纖維是汽車制動(dòng)盤的潛在候選纖維或填充材料。

性等特征。由于微孔聚氨酯材料存在特有的選擇性振幅阻尼特性，因此其在承受小振幅運(yùn)動(dòng)時(shí)可產(chǎn)生較低的阻尼，而在承受大振幅運(yùn)動(dòng)時(shí)可產(chǎn)生較高的阻尼。將該材料用在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)支架上后，汽車行駛在崎嶇路面時(shí)能顯著降低發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)振動(dòng)，從源頭上改善了汽車的NVH特性。為驗(yàn)證上述微孔聚氨酯材料的性能，對(duì)材料進(jìn)行了有限元仿真?？紤]到電動(dòng)汽車作為未來汽車的發(fā)展趨勢，因而選擇電動(dòng)汽車電機(jī)支架進(jìn)行分析。采用微孔聚氨酯材料替代原本的橡膠材料，采用有限元軟件ANSYS對(duì)微孔聚氨酯電機(jī)支架的頻率響應(yīng)進(jìn)行仿真，并與橡膠電機(jī)支架的頻率響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，與橡膠電機(jī)支架的頻率響應(yīng)相比，微孔聚氨酯電機(jī)支架的頻率響應(yīng)峰值約下降20%，且向出現(xiàn)峰值的速度區(qū)間左移，即在汽車低速時(shí)出現(xiàn)峰值。對(duì)兩種電機(jī)支架的質(zhì)量進(jìn)行分析，微孔聚氨酯電機(jī)支架的質(zhì)量約減輕了30%。除此之外，微孔聚氨酯材料還可以用在變速器支架、齒輪軸承等處。需要注意，將微孔聚氨酯材料用在其它部位時(shí)，可通過控制微孔密度改變材料密度，進(jìn)而改變材料特性，并適應(yīng)相應(yīng)部位的特性要求，這不同于成本較高的橡膠材料只能應(yīng)用材料原型。