图1：刹车片成分中是否有铜的替代品？ 

       无论人类今天做什么，它都是在非常大的范围内完成的。后果也很大！在汽车领域，我清楚地意识到二氧化碳排放和全球变暖问题。每公里几克二氧化碳会导致整个星球（我们的！）变得比现在好客得多......特别是当整个人类每年开车大约一光年时！

图2：研究中的刹车片组成

       但在这种规模下，还会出现其他挑战，例如刹车片磨损颗粒的排放。每次使用制动踏板时，刹车片上都会发生少量磨损。我想在这里介绍的N. Kalel等人的论文[1]提高了我对此的认识，并通过比较不同的刹车片组成对解决方案进行了全面的评估（见图1）。目前，铜是刹车片的关键部件之一，即使它代表不同部件体积的较低百分比（见图2）。然而，最终进入河流和湖泊的铜粉尘显然对它们来说是不健康的。世界上一些政府已经控制在刹车片中使用铜，刹车片制造商提出了解决方案。的确，再生制动器可以减少刹车片的使用，而其他改进则来自制动盘。但这还不够，作者探索了解决方案。

图3:制动卡钳内的制动盘和刹车片– Photo by fotografierende on Unsplash 

       那么，有哪些替代方案呢？在深入研究N. Kalel等人的结论[1]之前，我们需要了解铜替代品的预期权重！从基础知识开始（见图3），将刹车片连接到液压活塞上，液压活塞将其重压在制动盘上。该圆盘与车轮一起旋转。当衬垫与制动盘摩擦时，它会减慢车轮的旋转速度，并最终停止车轮... 并希望车轮所属的车辆停止！

       由于刹车片是任何车辆的关键安全组件，因此尽管它们所承受的环境条件非常不同，但它们需要以非常一致的方式运行。从车辆减速中消散的动能直接转化为热量，并通过刹车片和制动盘排出。根据车辆的不同，耗散的能量可能是“荒谬的”，这意味着刹车片需要在环境温度和潜在的几百摄氏度下产生类似的摩擦。 此外，刹车片应至少持续数万公里，因此具有适度的磨损率。这些刹车片还应尽量减少刹车时产生的噪音。替代材料也应该足够便宜和丰富。最后，铜刹车片的继承者应该更环保，即使它们被用在每个人的汽车上。

       N. Kalel 等人 [1]已经探索过的替换材料是不锈钢。由于它有各种等级，并且它们的机械和热性能可能不同，因此已经探索了不同的候选材料，例如304，316，410和434。摩擦系数值及其一致性和磨损率所概括的性能可以分解为不同的材料属性，如硬度、密度、剪切强度、导热性或表面能。它们对制动质量都有一定意义和影响。在仔细测量了不锈钢和铜的性能后，他们还在不同的制动周期内测试了制动质量本身。这些测试允许测量不同条件下的摩擦系数和磨损损失的质量。即使金属颗粒仅占焊盘质量的3%，它们也具有关键作用。

       由此看来，钢颗粒似乎可以完全取代刹车片成分中的铜颗粒。由于比较焊盘的标准很多，因此已经实施了MOORA方法。排名之首的是316钢。在这项研究中，后者甚至击败了铜基焊盘。然而，来自同一作者的另一项研究与噪音和振动性能有关......316钢在其他标准系列中排名最后。合适的候选材料可能不是316不锈钢，而是这里探索的另一种替代产品，例如410或304等级。
       要了解有关N. Kalel等人研究和方法，请随时看看他们非常有趣的论文[1]。

[1] N. Kalel, B. Bhatt, A. Darpe, J. Bijwe, Copper-free brake-pads: A break-through by selection of the right kind of stainless steel particles, Wear (2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203537