汽车离合器金属材料摩擦片的研究与应用

肖仕昊，梁 卉

（1.华北理工大学，河北 唐山 063000；2.河北旭天信息技术有限公司，河北 石家庄 050000）

汽车摩擦离合器的应用非常广泛，且历史非常悠久。其主要是通过主动构件与从动构件以及压紧构件和操纵构件四个单元组成。主动构件和从动构件的主要作用是用来确保离合器的接合状态与动力传输状态的实现。操纵构件主要负责将离合器进行分离，踩下离合器踏板，消除离合器之间的自由间隙。本文将分析的金属陶瓷离合器材料是当前国内外应用最为广泛的离合器材料装置，也是在重卡和特种车辆上经过千万次实验的材料。其结果表明：金属陶瓷才来制作的离合器要远比其他材料制作的离合器摩擦力更大、扭矩传动性能更高。金属陶瓷摩擦材料相比较树脂石棉摩擦材料的摩擦系数更高。所以，利用金属陶瓷制作的离合器，在同样的夹紧载荷下，会比树脂石棉摩擦材料显现出更大的摩擦力矩。因此，具有金属陶瓷摩擦片的离合器，在实际工作过程中会获得更大的扭矩容量支持与更长久的使用年限，特别是在高温环境中，这一特点表现的更加明显。

1 摩擦片的材料研制

金属陶瓷摩擦片是利用陶瓷颗粒、金属基体、润滑剂等物质所构成的。其研制方法为：通过粉末冶金的措施对其进行多元复合材料的加工，把陶瓷颗粒、金属基体以及润滑剂等物质通过机械进行结合，从而达到陶瓷颗粒与润滑剂融入到金属基体中的目的。在整个研制过程中，具有一定的力学性能体现。物理化学的性能和金属基体的结构在一定程度上影响着金属陶瓷的材料韧性与力学性能强弱，甚至还会影响到金属陶瓷摩擦的效果和磨损的性能，以及对热环境、冷环境和导热性能等方面的控制与适应力。当前，我国所使用的金属基体大部分是铁基体或者是铜基体，并且以此来研制金属陶瓷摩擦片。另外，润滑剂在当中主要起到了一个润滑的作用与固定的作用。在研制过程中，加入润滑剂可以有效提高金属陶瓷材料的抗粘结性能以及抗咬合性能，同时也能大大降低对偶材料的损耗与摩擦。但是，因为有润滑剂的参与，金属陶瓷摩擦片的强度在一定程度上也会下降，而且会影响到摩擦片的摩擦系数。所以，对于润滑剂的添加务必要结合规范，并且要根据要求适当添加。在金属陶瓷中所使用的润滑剂主要有以下几种成分：第一是石墨、第二是铅、第三是铁、第四是滑石、第五是二硫化钼。最后，陶瓷颗粒的作用主要是用来承担摩擦片的硬度以及提高摩擦系数的构件单元。所以，陶瓷颗粒可有效弥补润滑剂对于摩擦片所造成的各种负面影响。现如今，常用到的陶瓷颗粒主要有四种，分别是SiC、SiO、莫来石以及Al2O3。

通过研究与比对，在此得出了研制陶瓷金属的最佳工艺措施。为“硬度：30HB～40HB；密度：4.3g/cm2～5.9g/cm2；足底啊应变必须大于15%；抗弯强度必须大于40MPa；冲击韧度必须大于1.1J/cm2”。在经过D—MS定速摩擦试验过后，试验设备上所显示的内容为249℃～301℃之间，而且在1.0比压以下的摩擦系数数值为0.44～0.48之间。最终得出：磨损率是“（0.22～ 0.54）×10-7cm3/Nm”。

2 摩擦片和从动盘的结构设计特点

在从动盘钢片的侧面不同位置分布有9块摩擦片。且侧面的摩擦片位置都是相对设计的。其固定方式为，利用两个螺丝铆钉或者是一个螺丝铆钉将之与从动盘静静地连接在一起。通过这样的方法，便可以保证从动盘的总成当中的轴向弹性可以消失。从动盘上的钢片从之前的圆形可修改为现在的三叶草形状，这样可以通过钢片转动惯性的降低，来有效消除掉局部区域所增加的转动惯性。在此基础上，便可以有效的保持住转动惯性的变化趋于一个稳定的状态。因为金属陶瓷本身的抗压能力比较强大，而且具有一定的韧性与刚度，所以，金属陶瓷摩擦片的总成面积要比之前采用的树脂片面积小了很多。此外，在高温环境以及超高温状态中，金属陶瓷摩擦片的摩擦系数所体现出来的数据是非常稳定的，而且在工作状态中的传扭性能也非常强大，甚至会伴随着温度的升高而逐渐加强传扭的力度。这是树脂片所无法实现的高效工作性能。该从动盘为纽扣式从动盘，在金属陶瓷材料的支持下，可实现与钢背材料的有效结合，也就是复合结构材料的体现。将螺丝铆钉固定在钢背上，然后在刚背上进行多孔衬网的焊点作业，随后，再将金属陶瓷压紧在衬网上，并且需要将之深深的镶嵌到网眼中。另一种方法为：可以将钢背和金属陶瓷压块直接通过冶铁的方式将之融合在一起，该方法的优势在于便于操作与管理，而且可以简化工程步骤，这也是当前应用作为广泛的一种加工方式。经过融合之后的复合材料其结构与性能相比较螺丝铆钉规定的更加安全可靠。

3 金属材料离合器从动盘总成试验

将研制出来的金属陶瓷离合器材料应用于中心沙漠越野车中进行试验与考察，验证其具体工作效能和适应性能力。在此，把一个Ø380mm的从动盘安装在一辆8t重的重载卡车上，该卡车为满载卡车，总体重量达到了24t。其中，该重载卡车上应用了8万多千米的拆检。最后，数据结果现实：在实际应用中，平均每一万米，摩擦片的正反面只被磨损掉了0.057mm。所以，该金属陶瓷材料制作的摩擦片还可以继续正常工作。

在此可得出，该金属陶瓷摩擦片的整体寿命大约为22万公里。但是，如果将树脂片安装在同样质量、同样重量以及同样消耗量的重型卡车上，其寿命最多可达到6万公里。相比较金属陶瓷材料减少了有三倍以上。另外，将另一个为Ø420mm的从动安装在一辆13t重的特种设备车上，该特种设备车为不负重车辆，但是主要工作负责与在沙漠中执行勘探任务以及上山执行勘探任务。经过为期5个月的研究，最终将之进行拆检验证，发现该金属陶瓷材质研制而成的从动盘摩擦片被磨损了0.52mm～0.61mm。最终验证，该摩擦片可以在该车辆上继续正常使用。且预计在该车辆上技术陶瓷摩擦片的整体寿命可以达到17个月之久。但是，如果将树脂片安装在该特种作业车辆上，在同期效果下，树脂片的磨损程度为1.9mm。且部分区域已经被烧毁，或者已经被摩擦光滑。

在此，可以得出最终的试验结果：利用金属陶瓷研制的从动盘可以适用于绝大部分的车辆以及绝大部分的环境中，且该金属材料制作的从动盘稳定可靠，耐磨耐高温。这样，便可以有效确保离合器的正常使用以及高性能传输。

4 总结

此次研究的金属陶瓷离合器抹茶片通过台架试验的方式以及装车验证的方式全面的证实了其稳定的性能以及良好的耐热系数。在三百摄氏度的高温环境下依然可以保持高效的工作能力与摩擦系数，可见其性能的优势绝对要比其他材质说研制出的摩擦片要高。而且，金属陶瓷从动盘相比较树脂片具有更强大的传扭输送能力，且使用年限也更为长久。

另外，装车验证之后的数据结果还证明了：在无衬网式的金属陶瓷摩擦片复合结构中，以及在无轴向弹性的从动盘中，都可以体现出良好的性能以及高效的工作方式。同时，通过金属陶瓷设计的摩擦片更加适用于一些路况较为复杂的地区，而且比较适用于频繁起步以及载重超大的汽车。比如，较为常见的有越野车、重卡、沙漠车、矿车、公交车等。由此可见，其应用前景非常广泛，可以实现对各种环境和条件的正常应对。这与用户的需求有着高度契合的特征。