Estudo da influência do cobre no desempenho tribológico de pastilhas de freio automotivo

Abstract

Estudos recentes mostram que o cobre oriundo do desgaste de materiais de fricção de freio automotivo é a principal fonte do depósito deste metal em rios e lagos, afetando negativamente o meio ambiente. Consequentemente, novas legislações de agências governamentais internacionais têm imposto uma redução drástica da utilização do cobre em materiais de fricção nos próximos anos, sendo esta uma tendência a ser seguida por governos de todo o mundo. Embora o cobre seja largamente utilizado em materiais de fricção, a compreensão dos mecanismos de ação deste metal para esta aplicação ainda é bastante limitada. Este trabalho tem como intuito contribuir para uma melhor compreensão do papel do cobre em pastilhas de freio automotivo no que diz respeito ao coeficiente de atrito e ao desgaste. Ensaios de frenagens foram realizados no tribômetro do Laboratório de Tribologia da UFRGS, onde três tipos de pastilhas de freio (contendo 0%, 10% e 30% de cobre cada) foram testadas em diferentes temperaturas (100 ºC, 200 ºC e 300 ºC). Foram aplicados métodos para avaliar o coeficiente de atrito, desgaste de pastilha, desgaste de disco, parâmetros morfológicos de platôs de contato e depósito de filme no disco O material sem cobre em sua composição apresentou valores de coeficiente de atrito maiores do que os materiais com cobre para os três patamares de temperatura. O material com 10% de cobre apresentou maior sensibilidade do atrito em função da velocidade de deslizamento do que os outros dois materiais. Correlação inversa forte foi observada entre desgaste de pastilha e desgaste de disco. A quantidade de platôs de contato foi o parâmetro morfológico que mais se correlacionou com o coeficiente de atrito em diferentes temperaturas. Em alguns ensaios foi observada uma variação abrupta do coeficiente de atrito em determinadas frenagens dos materiais sem cobre e com 10% de cobre. Juntamente com esta variação, foi constatada uma perturbação do filme depositado sobre o disco, onde este é removido quando ocorre o aumento repentino do atrito. Entretanto, este fenômeno ocorreu apenas para a temperatura de 100 ºC, indicando que esta variação de atrito e perturbação do filme ocorre apenas em baixas temperaturas, e independente do percentual de cobre.

Previous studies have shown that the copper originated from the wear of automotive brake friction materials is the main source of the deposit of this metal in rivers and lakes, leading to environmental impacts. As a result, recent legislations from international governmental agencies have forced a drastic reduction of the copper used in friction materials in next years, which is likely to be followed by other governments in the world. Although the copper is widely used in friction materials, the understanding of the action mechanisms of this metal in friction materials is quite limited. This work aims to contribute to a better understanding of the role of copper in automotive brake pads in terms of friction and wear. Tests were carried out in the tribometer of the Laboratory of Tribology of UFRGS, where three kinds of brake pads (with 0%, 10% and 30% of copper each) were subjected to different temperatures (100 ºC, 200 ºC e 300 ºC). Methodologies to evaluate friction, wear of brake pads, wear of discs, morphological parameters of contact plateaus and deposit of film on disc surface were used. The sample without copper presented higher friction than the samples with copper for the three temperature levels. The material with 10% of copper presented higher friction sensibility due the sliding speed than other samples. Strong inverse correlation between wear of brake pads and wear of discs was observed. Quantity of contact plateaus was the parameter that presented the higher correlation with the friction in different temperatures. An abrupted variation of friction was observed in some experiments for samples without copper and with 10% of copper. At the same time, it was observed a disturbance of the film deposited on the disc surface, where the film was removed when the sudden increase of the friction occurs. However, this phenomenon occurred only at 100 °C, indicating that the variation of friction and the disturbance of film occurs only at low temperatures, and seems to be regardless of percentage of copper.