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摘要：汽车刹车片是指固定在制动鼓或制动盘上的摩擦材料，在实际应用题过程中，摩擦衬片以及摩擦衬块承受外来压力产生摩擦作用，在此基础上达到车辆减速和制动的目的。实际应用中，摩擦块逐渐受到磨损作用，成本越低的刹车片，磨损越快。因而加强汽车刹车片材料的研究，有助于用户在进行刹车片的选购过程中结合实际需要进行合理的选择，从而确保汽车行驶的安全性。
关键词：汽车；刹车片；材料；刀具；涂层
1汽车刹车片的形成概述
在国外，汽车刹车片最早发明于1897年，以棉线作为增强纤维，主要应用于马车和早期汽车中。随着科技的不断进步，逐渐由固化石棉基刹车片到半金属基刹车片，后来，国外的汽车刹车片摩擦材料逐渐向无石棉化发展。相关研究人员的研究和实验结果显示，增强纤维虽具有多元化的种类，但是在实际性能上却不能够取代石棉，因而近年来国内外逐渐转向混杂纤维的研究。就我国刹车片研究实际情况来看，当前我国刹车片方面的研究于国外发达国家相比仍存在一定差距。
2涂层刀具的性能
2.1涂层刀具的性能
金属切削刀具中涂层通过延缓各种磨损过程(前刀面磨损、月牙洼磨损、缺口磨损、粘结磨损等)，超硬涂层延长了硬质合金刀具的使用寿命，提高了被加工零件的表面精度，通过高速、高进给加工显著提高了切削生产率。
2.1.1延长刀具使用寿命
在相同的切削条件下，涂层刀具的使用寿命比未涂层刀具提高3～5倍。在相同的切削条件下，相同刀具寿命时，涂层刀具的切削速度比未涂层刀具提高20％～30％。
2.1.2减少刀具的切削抗力
在相同的切削条件下，涂层刀具的切削力小于未涂层者。如：涂覆TiC硬质合金刀具车削钢材与未涂层刀具对比，主切削力Fc可减小3％～4％，涂覆TiN或TiCN涂层刀具的Fc约可减小6％，进给力Ff与切深力Fp的减小尤为显著。
2.1.3加工范围广，表面质量高
许多涂层刀具在加工中具有自润滑性和刀具前刀面的抗粘结性。如TiCN涂层刀具在加工中具有表面自润滑性，高速切削时表面质量较好。而CrN涂层刀具具有良好的抗粘结性，不易产生积屑瘤加工性能大大改善。金刚石涂层刀具，则可加工非铁金属材料，如石墨、金属基复合材料、高硅铝合金及其它高磨蚀材料等，均能获得较好表面质量。
3涂层刀具的优势
3.1高耐磨性和红硬性
由于表面涂层材料具有很高的硬度和耐磨性，且耐高温。故与未涂层的刀具相比，涂层刀具适合于较高的切削速度，从而提高了加工效率，或能在相同的切削速度下，提高刀具寿命。
3.2摩擦系数低
由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故涂层刀具的切削力小于未涂层刀具，加工的表面质量较高。
3.3涂层刀具具有良好的通用性
涂层刀具具有良好的综合切削性能，故具有较好的通用性，一种涂层刀具具有较宽的使用范围。
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3.4涂层刀具具有环保性
从环境保护的角度来看，迫切需要干加工技术的快速发展。N涂层刀具由于具有良好的红硬性、抗氧化性及比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数，成为干切削加工中最好的涂层刀具。
4目前涂层刀具主要存在的问题
4.1涂层容易剥落
刀具寿命与膜厚有一定的关系，随膜厚增加刀具寿命也会增加，但膜层太厚时易引起剥离。加上目前我国涂层工艺尚不成熟，以现有涂层工艺进行涂层后，因基体材料涂层材料性质差别较大，涂层残留内应力大，涂层基体之间界面结合强度低，涂层易剥落。
4.2涂层质量不稳定
目前TiAlN涂层在成分、薄膜结构、致密性、结合强度以及均匀性等方面尚不成熟，由于涂层的不均匀性，影响了刀具整体的寿命和综合切削加工性能。
4.2涂层刀具的不可重磨性
涂层刀具在切削加工中，当涂层被磨穿时，刀具的损坏会急剧下降。由于涂层刀具的不可重磨性，无法保证连续切削中加工精度要求。
4.2涂层刀具价格昂贵
由于我国涂层设备多数依赖进口，涂层设备复杂、昂贵、工艺要求高、涂层时间长、刀具成本上升。
5涂层刀具的发展趋势
涂层刀具的发展主要体现在涂层材料的发展，涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低，以及与基体附着牢固等要求。显然，单一的涂层材料很难满足上述各项要求。所以硬质涂层材料已由最初单一涂层TiC、Al2O3、TiN，进入到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段。
新开发的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多层涂层与TiC-Al2O3-TiN等涂层的复合，在复合涂层中，各单一成分涂层的厚度将越来越薄，并逐步趋于纳米化。加上新型的抗塑性变形基体，在改善涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、提高涂层耐磨性方面有了重大进展。目前，又突破了在硬质合金基体上涂覆金刚石薄膜技术，全面提高了刀具的性能。
6刹车片应具有的基本要求
6.1适当的摩擦系数且稳定。摩擦系数是摩擦材料的一个最主要的技术指标，它决定基本的刹车片制动力矩。通常它不是一个常数，受温度、压力、速度或者表面状态、摩擦环境而变化。当受这些因素影响时摩擦系数变化较小的，就是理想的摩擦系数。国标就严格要求制造商必须在包装上注明摩擦系数。摩擦系数必须适当，太高会造成制动过程中的车轮抱死、方向失控和烧片，太低则制动距离过长。如博世安全型刹车片的摩擦系数是0.39。
6.2可靠的安全性。刹车片在制动时会产生瞬时的高温，尤其在高速行驶或紧急制动时。在高温状态下，摩擦片的摩擦系数会下降，称为热衰退性。热衰退性的高低决定高温状态和紧急制动时的安全。摩擦片在各种工况下保持其稳定性和恢复性能，亦即要求好的耐热性，在高温下仍能保持性能稳定，在不同湿度和浸水后敏感性小，出水后并能尽快恢复性能。同时要有较好的物理－机械性能，既能满足加工过程中的要求，又能保持良好的使用性能。
6.3满意的舒适性。舒适性是摩擦性能的直接体现，包括制动感觉、噪音、粉尘、冒烟、异味等。随着私家车的增多和人们生活水平的提高，在满足安全的基本前提下，舒适性越来越成为摩擦片的重要指标。在舒适性指标中，车主往往最关心的是刹车片的噪音情况，其实噪音也是所有摩擦材料厂商最难以解决的问题。噪音产生于摩擦片与摩擦盘之间的非正常摩擦，其产生的原因非常复杂，制动力、刹车盘温度、车辆速度以及气候条件都有可能是噪音产生的原因。此外噪音在制动起始、制动实施和制动释放三个不同阶段产生的原因是不一样的。如果噪音频率在0－500Hz之间，车内是不会感觉到的，但如果超过1500Hz，车主就能明显感觉到制动噪音。
6.4良好的耐摩性、可靠性和耐久性。这是衡量摩擦材料使用寿命的一个重要指标，也是用户普遍关注的产品指标。在常温和高温下保持足够的机械强度，是影响摩擦片可靠性的重要因素，但同时要求不刮伤制动盘或制动鼓。其耐磨性是影响耐久性的主要因素，使用中影响磨损的主要因素有压力、速度和温度，其中以温度为甚。刹车片通常能保证3万公里的使用寿命。刹车片材料中采用的大颗粒石墨和黄铜还能够减少对刹车盘的磨损。尤其使用时的噪声减小到最低程度，保证对环境不污染。制动时不产生噪声，高温下不散发臭味。
结束语
当前汽车刹车片的市场需求呈现逐步增长的趋势，这与汽车工业的发展之间存在着密切的联系，这就要求相关行业应当加强汽车刹车片材料的研究和实验，促进性能可靠的汽车刹车片的制备，以保证汽车行驶的安全性，从整体上提高汽车用户的使用满意度。
参考文献
[1]王启仲.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，2008（04）.
[2]吴道全.金属切削原理及刀具[M].重庆大学出版社，1999（11）.
[2]汽车维修与保养2001/2.
论文作者:许显峰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/2
标签：涂层论文; 刀具论文; 刹车片论文; 材料论文; 摩擦系数论文; 摩擦论文; 加工论文; 《防护工程》2018年第29期论文;