The influence of the surface layer structure in disc brake pads on their tribological properties

• Autorzy: Gajek A. , Szczypiński-Sala W.

Warianty tytułu

EN

Wpływ struktury warstwy wierzchniej okładzin ciernych hamulców tarczowych na ich właściwości tribologiczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of the stand tribological investigation and microscopic observations of brake pad materials for automotive disc brakes. The reasons for the scatter of the friction coefficient value are analysed. The results of the brake pads’ friction surface topography observations and chemical constitution are presented. The investigations were carried out with scanning electron microscopy SEM and energy dispersive X-ray spectroscopy EDS. The point, line, and surface analysis of friction layer were done. The average contents of the chemical elements on the friction surface are presented. The heterogeneous nature of the structure on the friction layer was observed. The analysis has shown that brake pads with a compact structure of friction layer and large quantity components (10 components with more than 1% content each) had a smaller scatter of the coefficient of friction value in relation to the materials with a loose structure and less quantity components. The next part of the article presents the structure and geometric parameter products of the wear of the friction material. The problem concerning the quantity limitation of the wear particles entering the environment as dust was discussed.

PL

W artykule przedstawiono wyniki stanowiskowych badań tribologicznych oraz obserwacji mikroskopowych materiału ciernego samochodowych okładzin hamulców tarczowych. Ocenie poddano rozrzuty w wartości współczynnika tarcia pary ciernej hamulca tarczowego, które ujawniają się zarówno w badaniach kolejnych próbek materiału tego samego producenta, jak i pomiędzy okładzinami ciernymi różnych producentów. Przedstawiono wyniki badań topografii powierzchni oraz składu chemicznego okładzin. Badania wykonano z zastosowaniem mikroskopu scanningowego SEM. Do analizy mikrorentgenowskiej stosowano analizator EDS IXRF System. Przedstawiono wyniki analizy spektrometrycznej składu chemicznego okładzin. Wykonano analizy punktowe, liniowe i powierzchniowe. Zaprezentowano średnie zawartości pierwiastków w analizowanym obszarze powierzchni tarcia. Wykazano bardzo dużą niejednorodność struktury oraz chemiczną w poszczególnych strefach badanych powierzchni. Stwierdzono, że okładziny o zwartej strukturze powierzchni i dużej różnorodności składu chemicznego (10 składników o zawartości ponad 1% każdy) charakteryzują się mniejszym rozrzutem wartości współczynnika tarcia za-równo w funkcji temperatury, jak i czasu hamowania w stosunku do materiałów o bardziej luźnej strukturze. Przedstawiono strukturę i parametry geometryczne produktów zużycia okładzin oraz problem ograniczania ilości tych produktów wydostających się do środowiska w postaci pyłów.

Słowa kluczowe

EN

disc brakes; brake pads; friction layer; friction coefficient; wear; topography; chemical constitution

PL

tarcze hamulcowe; okładziny cierne; powierzchnia tarcia; współczynnik tarcia; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 3
• Strony: 71--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Gajek A.

• Cracow University of Technology, Institute of Automobiles and Internal Combustion Engines Poland

autor

Szczypiński-Sala W.

• Cracow University of Technology, Institute of Automobiles and Internal Combustion Engines, Poland

Bibliografia

• 1. Feist J.: Tribological Investigation on Automotive Disc Brakes. Research work, 09/2013.
• 2. Gajek A., Szczypiński Sala W.: Some tribological characteristics of disc brake pads. The Archives of Automotive Engineering, vol. 57, no. 3, p. 33 – 46, PIMOT Warszawa, 2012.
• 3. Wang F., Guy K., Wang W.: Study on braking tribological behaviors of brake shoe material under the wet conditions. Wear, vol. 342 -343, p. 262- 269, Nov. 2015.
• 4. Wojciechowski A., Gołowicz A., Michalski R.: Influence of the form of copper in the friction material of disc brakes on the coefficient of friction and wear in rig tests. The Archives of Automotive Engineering, vol. 62, no. 4, PIMOT Warszawa 2013.
• 5. Keskin A.: Investigation on using natura zeolite in brake pads. Scientific Research and Essays Vol. 6(23), pp. 4893-4904, 2011.
• 6. Investigation of a New Brake Pad Material. Project F97/98/5. Dept. of Mechanical Industrial and Manufacturing Engineering. College of Engineering, Northeastern University Boston, 1998.
• 7. Bhane A., Kharde R., Gujarathi T.: Experimental Investigation of Tribological Properties for Brake Pad Material Using Steel Wool. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, Vol 4, Issue 11, (November 2014), p. 265 – 269, 2014.
• 8. Verma P., Ciudin R., Bonfanti A., Aswath P., Straffelini G., Gialanella S.: Role of the friction layer in the high-temperature pin-on-disc study of a brake material. Wear, vol. 346 – 347, p. 56 – 65, Jan. 2016.
• 9. Zhang D., Chen K., Zhiang X.: Comparison of the thermophysical properties, mocrostructures and frictional behavior of lining materials used in mime hoists. Wear, vol. 354 – 355, p. 1 – 9, May 2016.
• 10. Österlea W., Dörfel I., Prietzel C., Roocha A., Cristol-Bulthé L., Degallaix G., Desplanques Y.: A comprehensive microscopic study of third body formation at the interface between a brake pad and brake disc during the final stage of a pin-on-disc test. Wear, vol. 267, 2009.
• 11. Materiały firmy ATE Continental. 2015, www.ate.com.
• 12. Materiały firmy Ferodo, 2015, www.ferodo.com.
• 13. Ingo G., Dufizi i inni: Thermal and microchemical investigation of automotive brake pad wear residues. Thermochimica Acta, vol. 418, p. 61 – 68, VIII /2004.
• 14. Dyrektywa UE 98/12 Anex 15, standard ECE R 90.
• 15. Suchocka K., Chłopek Z.: Risk posed by particulate matter to the human health and environmental near transport routes. The Archives of Automotive Engineering, vol. 63, no. 1, PIMOT Warszawa 2014.
• 16. Jakubowski A., Kieracińska A., Biedrzycki J., Lasocki P., Wójcik Z.: Examining of the effectiveness of operation of a system to reduce particulate master emission from motor vehicle brake mechanisms in conditions simulating the real vehicle use. The Archives of Automotive Engineering, vol. 63, no. 1, PIMOT Warszawa 2014.
• 17. Mutlu I.: Investigation of Tribological Properties of Brake Pads by Using Rice Straw and Rice Husk Dust. Journal of Applied Sciences, 9/2009, p. 377 – 381, 2009.
• 18. Ścieszka S.F.: A Study of Tribological Phenomena in Friction Couple: Brake Composite Material–Steel. ASLE Transactions, Volume 25, Issue 3, 1982, pages 337-345.
• 19. Grzegorzek W., Scieszka S. F.: Prediction on friction characteristics of mine hoist disc brakes using artificial neural networks. SCIENTIFIC PROBLEMS OF MACHINES OPERATION AND MAINTENANCE 3(167) 2011. pp. 27-42.
• 20. Kruczek T., Kowal L., Turewicz K., Ścieszka S. F., Żołnierz M.: Wybrane aspekty termowizyjnych pomiarów temperatury tarczy podczas eksperymentalnych badań hamulców tarczowych. PAK vol. 59, nr 9/2013, pp. 969-972.
• 21. Aranganathan N., Bijwe J.: Comparative performance evaluation of NAO friction materials containing natural graphite and thermo-graphite. Wear, vol. 358 – 359, p. 17 – 22, July 2016.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.