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Automotive brake pads consist of many components but it is still not entirely clear which role each of the elements of this complex composition plays to provide the specified regimes of sliding. This is due to the mutual interaction of multiscale mechanisms, realized during the friction.
In this work we have attempted to partly answer this question using computer simulations. Since the simulation allows us to consider various combinations of the structure of the system being simulated ceteris paribus, it becomes possible to understand the role of each constituent sequentially. The main attention is paid to the structure and composition of the thin film that forms on the surface of both bodies as a result of compaction of the wear product, its chemical composition and oxidation. This layer, also named a third body or friction film, differs in composition and microstructure from the two first bodies. We considered a single contact for the steady state sliding when the structure and composition of friction films already are formed. As a modelling tool we used the method of movable cellular automata, which has well proven itself in solving of such tasks. We investigated the influence of modification of the structure and composition of the third body on the features of system behaviour at friction. To assess the adequacy of the numerical model, experimental studies with an artificial third body were also carried out. The Simulation results are in good agreement with experimental data.
An extended model of the tension-compression asymmetry of single crystal nickel-base superalloys
(1996)
Die volle Leistung einer auf Reibung basierenden Bremse wird erst nach einem Einlaufvorgang erreicht. Dieser ist notwendig, um auf Belag und Scheibe eine sogenannte Reibschicht aufzubauen. Da diese Zwischenschicht das Reibungsverhalten des Systems maßgeblich bestimmt, ist es wichtig, sich Klarheit über ihre chemische Zusammensetzung, Mikrostruktur und die daraus resultierenden Eigenschaften zu verschaffen.
Als Basismaterial diente ein phenolharzgebundener Belag Jurid 57-62, der mit verschiedenen Parametern (Flächenpressung und Umdrehungsgeschwindigkeit) gegen eine Stahlscheibe getestet wurde. Es wurden Dauerbremsungen von jeweils einer Stunde bzw. bis zu einem maximalen Belagverschleiß von 1 mm simuliert, wobei die Entwicklung der Reibzahl und die Oberflächentemperatur der Scheibe registriert wurde.
Zur Analyse der Reibschichten auf dem Bremsbelag wurden mehrere Methoden parallel angewandt. So wurden Verschleißpartikel, die aus der Reibschicht stammen, gesammelt bzw. abgekratzt und nach Dispergieren auf Kohlefolien direkt im Transmissionselektronenmikros-kop (TEM) untersucht. Ferner wurden von einigen ausgesuchten Belagproben Mikrotom-schnitte sowie dünne Querschnittsfolien für die TEM-Untersuchung präpariert, um den Verbund Reibschicht-Grundmaterial darstellen zu können. Als Ergänzung wurden ferner oberflächenmorphologische und –analytische Verfahren wie REM/EDX und ESCA eingesetzt.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Reibschicht nanokristallin ist, und dass fast alle anorganischen Bestandteile des Bremsbelags sowie Eisenoxid von der Bremsscheibe in sehr fein verteilter Form vorliegen. Bei Belägen ohne Metallanteil bildet eine Barium-Eisen-Sulfatphase offenbar die Grundstruktur der Reibschicht, während auf eisenhaltigen Belägen Eisenoxid dominierend ist. Die nanokristalline Mikrostruktur entsteht, ähnlich wie beim mechanischen Legieren, durch einen Mahlvorgang von Verschleißpartikeln zwischen den Reibpartnern. Bei Überlastung des Belags tritt Zersetzung der Polymer-Bindephase ein, was zu einem raschen Anstieg der Verschleißrate führt.