Brzdová destička není tvořena jedním materiálem. Obsahuje směs různých částic, z nichž každá má při brzdění jinou funkci.
Výzkumníci proto zkoumali, proč se v automobilových brzdových destičkách používá měď a jak může během intenzivního brzdění ovlivňovat tření mezi destičkou a brzdovým kotoučem.
Co přesně vědci zkoumali?
Studie se zaměřila na klasický automobilový brzdový systém: brzdovou destičku na bázi fenolické pryskyřice a kotouč ze šedé litiny.
Autoři nejprve pomocí elektronové mikroskopie zkoumali měděné částice na povrchu destiček po náročných brzdových testech.
Následně vytvořili numerický model kontaktu destičky a kotouče na nanometrové úrovni a sledovali, jak se měď chová jako nosná část destičky a jak jako jemná částice uvnitř třecí vrstvy.
Jednoduše řečeno: vědci chtěli pochopit, proč je měď v destičce užitečná a co se s ní děje přímo v místě, kde se destička tře o kotouč.
Jaké tři role může měď v brzdové destičce plnit?
První funkce je poměrně jednoduchá: měď velmi dobře vede teplo.
Pomáhá proto odvádět teplo z třecího kontaktu a omezuje lokální přehřívání povrchu.
Druhou funkcí jsou takzvaná primární kontaktní místa. Větší částice mědi se při brzdění silně plasticky deformují a jejich povrch se zpevňuje.
Tato zpevněná místa pak mohou nést část zatížení podobně jako ocelová vlákna.
Jemné částice mědi se mohou uvolňovat z povrchu destičky a dostávat se do tenké třecí vrstvy mezi destičkou a kotoučem. V této podobě už se měď může chovat jako měkká složka, která pomáhá stabilizovat klouzání.
Jak může měď fungovat jako pevné mazivo?
Při brzdění vzniká mezi destičkou a kotoučem velmi tenká vrstva tvořená směsí oxidů železa a částic pocházejících z destičky.
Tato vrstva se někdy označuje jako třecí vrstva, tribofilm nebo „third body“.
Mikroskopické snímky ukázaly, že do této vrstvy byly skutečně zabudovány jemné částice kovové mědi.
Vědci pozorovali přibližně dvě velikostní skupiny: částice kolem 100 nm a ještě menší částice kolem 10 nm.
Fungovala měď stejně dobře jako grafit?
Ne úplně.
V jednom z modelů obsahovala třecí vrstva 27,5 obj. % měkkých částic.
Při použití grafitu dosahoval modelovaný průměrný součinitel tření přibližně 0,30. Po nahrazení grafitu měkkou mědí vzrostl přibližně na 0,37.
Měděná vrstva tedy nebyla z hlediska tření totožná s grafitem, ale základní mechanismus zůstal podobný: vznikla granulární smíšená vrstva, která umožňovala relativně stabilní klouzání.
Proč záleželo na množství měkkých částic?
Model ukázal, že samotná přítomnost mědi nebo grafitu nestačí. Důležité je také jejich množství.
Při pouhých 5,5 obj. % měkkých částic se stabilní mechanicky smíšená vrstva nevytvořila.
Místo toho vznikaly praskliny a součinitel tření silně kolísal kolem hodnoty přibližně 0,5.
Povrchy se střídavě zachytávaly a uvolňovaly. Autoři proto předpokládají, že existuje určitá minimální koncentrace měkkých částic, která je potřebná pro vznik stabilní třecí vrstvy.
Co z této studie plyne pro automobilové brzdy?
Studie ukazuje, že složení brzdové destičky ovlivňuje mnohem více než pouze její tvrdost.
Jednotlivé složky destičky mohou při brzdění měnit svou strukturu a vytvářet úplně novou mezivrstvu mezi kotoučem a destičkou.
Měď je zajímavá tím, že může současně:
- pomáhat odvádět teplo,
- vytvářet mechanicky odolná kontaktní místa,
- a v jemné podobě přispívat ke stabilizaci tření jako pevné mazivo.
Jde tedy o pěkný příklad toho, že mazání nemusí vždy znamenat kapalný olej nebo mazací tuk. V některých tribologických systémech plní podobnou funkci pevné částice přímo v kontaktní vrstvě.
Co tato studie naopak nedokazuje?
- Studie neporovnávala různé komerční brzdové destičky podle značky.
- Část závěrů vychází z numerického modelování na nanometrové úrovni.
- Model obsahoval řadu zjednodušení oproti kompletnímu brzdovému systému.
- Výsledky neříkají, že vyšší obsah mědi automaticky znamená lepší destičku.
- Studie nezkoumala brzdovou kapalinu.
- Nelze z ní určit životnost konkrétních brzdových destiček.
Jaký je hlavní závěr studie?
Měď v brzdových destičkách neplní pouze jednu funkci. Může současně odvádět teplo, vytvářet pevná kontaktní místa a v jemné formě fungovat jako pevné mazivo.
Mikroskopické analýzy potvrdily přítomnost jemných měděných částic přímo v třecí vrstvě vznikající během brzdění.
Modelování zároveň ukázalo, že pro stabilní klouzání je důležitá nejen vlastnost samotného materiálu, ale také dostatečné množství měkkých částic ve třecí vrstvě.