Investigation of the coatings applied onto brake discs on disc-brake pad pair

Investigación de los revestimientos aplicados a los discos de freno en el par disco-pastilla de freno

Durante el frenado, según la severidad del mismo, surgen incidencias térmicas, metalúrgicas, constructivas y tribológicas en la interfaz disco-pastilla de freno. En este estudio, se pulverizó NiCr como capa adhesiva sobre los discos, uno de los cuales se recubrió con Al2O3-TiO2 mediante pulverización de plasma y el otro se recubrió con NiCr-Cr3C2 mediante combustible de oxígeno a alta velocidad (HVOF). Además, los discos se probaron con dinamómetro de inercia según el procedimiento de prueba J2522 de SAE. Las mediciones mostraron que, aunque las pastillas de los discos revestidos estaban expuestas a temperaturas de frenado más elevadas, el coeficiente de fricción del disco revestido con NiCr- Cr3C2 era un 6 % superior al del disco original.

INTRODUCCIÓN

En condiciones severas, el frenado puede hacer que la temperatura en la interfaz disco-almohadilla aumente hasta 800 °C [1]. A tal temperatura, las propiedades de los compuestos orgánicos se alteran, el coeficiente de fricción (CoF) disminuye y el índice de desgaste aumenta exponencialmente. Este fenómeno se denomina "desvanecimiento" [2]. Se espera que las pastillas de freno ideales, sin provocar desvanecimientos, funcionen con un movimiento de fricción uniforme y estable [3].

Los recubrimientos por pulverización térmica, utilizados para mejorar la productividad térmica de los sistemas, aumentar la temperatura de trabajo y mejorar el comportamiento frente a la corrosión, la oxidación o el desgaste [4-5], proporcionan un buen enfoque de ingeniería para las características de los compuestos superficiales [6-7]. Sanford y Jain [8] y Blau et al. [9] han estudiado ampliamente los polvos de recubrimiento que pueden utilizarse comercialmente en el recubrimiento de discos de freno. El objetivo de este estudio es identificar los revestimientos duros comercialmente viables para discos y determinar sus características de coeficiente de fricción, desgaste, TVB y TVD. Para ello se han seleccionado dos recubrimientos y métodos de recubrimiento diferentes.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Selección de materiales y métodos de revestimiento

En este estudio se utilizaron tres discos de freno delanteros originales de un automóvil. La composición química de uno de los discos originales resultó ser 3,5C2,2Si0,5Mn0,02P0,03S como resultado del análisis realizado con el espectrómetro de emisión óptica Spectrolab M5. Uno de los otros dos discos se recubrió con matriz de NiCr, de alta resistencia al desgaste abrasivo y bajo CoF hasta 850 °C y resistente al desgaste debido a la fase cerámica, y con NiCr-Cr₃C₂ para tener resistencia a la corrosión [10]. El polvo de recubrimiento NiCr (25 %)-Cr₃C₂ (75 %) se aplicó con un espesor de 300 μm sobre la capa de adherencia de 45 μm de espesor en ambos lados del disco mediante el método HVOF.