Шум тормозов является одной из наиболее persistent проблем жалоб клиентов в автомобильной промышленности. По статистике, около 30% рекламаций в гарантийный период связаны с аномальными звуками тормозной системы, причём визг тормозных колодок и высокочастотный свист являются наиболее распространёнными типами шума. Дисульфид молибдена (MoS₂), слоистый твёрдый смазочный материал, снижает шум в составах тормозных колодок посредством таких механизмов, как стабилизация коэффициента трения и подавление передачи межфазных колебаний. В данной статье рассматриваются причины возникновения тормозного шума, анализируется механизм шумоподавления MoS₂ и обсуждаются практические результаты применения на основе данных испытаний по стандартам SAE J2521 и GB/T 5763.

Причины и классификация тормозного шума

Сущность тормозного шума заключается в самовозбуждающихся колебаниях, вызванных трением. При контакте тормозной колодки с тормозным диском силы трения создают периодические флуктуации на поверхности раздела. Эти флуктуации передаются через суппорт, кронштейн и систему подвески к кузову автомобиля, создавая слышимый шум.

На основе частотного диапазона и механизма возникновения тормозной шум в основном подразделяется на три категории:

- **Высокочастотный визг (>1кГц)**: Наиболее распространённый тип, на долю которого приходится более 60% жалоб на тормозной шум. В основном вызывается связью нормальных колебаний на поверхности трения, что напрямую связано с отрицательной характеристикой наклона кривой коэффициента трения — относительной скорости.

- **Низкочастотный грохот (100-500Гц)**: Возникает преимущественно при торможении на низкой скорости и при трогании с места, вызывается явлением стик-слип (stick-slip) при переходе от статического к кинетическому трению.

- **Крип-грохот (<100Гц)**: Возникает при торможении на очень низкой скорости (<5км/ч), связан с микроскопической морфологией поверхности тормозного диска и характеристиками ползучести фрикционного материала.

Стандарт SAE J2521 определяет методы испытаний и оценки шума тормозной системы, требуя оценки шума по громкости и продолжительности при заданных температуре, влажности и условиях замедления.

Связь между флуктуацией коэффициента трения и шумом

Одним из основных механизмов возникновения тормозного шума является нестабильность коэффициента трения. Идеальный фрикционный материал должен поддерживать постоянный коэффициент трения при различных температурах, давлениях и скоростях. Однако в реальных условиях эксплуатации флуктуации коэффициента трения неизбежны.

По данным динамометрических испытаний, стандартные полуметаллические тормозные колодки демонстрируют амплитуду флуктуации коэффициента трения ±0,08 (номинальный коэффициент трения 0,40) в диапазоне 100-300°C, в то время как тормозные колодки, содержащие дисульфид молибдена, показывают уменьшенную амплитуду флуктуации ±0,04 в том же температурном диапазоне. Амплитуда флуктуации коэффициента трения прямо пропорциональна интенсивности возбуждения колебаний — чем больше флуктуация, тем более вероятно достижение самовозбуждающимися колебаниями слышимого порога.

Стандарт GB/T 5763 определяет допустимый диапазон флуктуации коэффициента трения для автомобильных тормозных накладок. На заданных температурных точках испытаний (100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C) отклонение коэффициента трения квалифицированных продуктов не должно превышать ±0,10. Составы с 2-5% дисульфида молибдена демонстрируют меньший диапазон отклонений на нескольких температурных точках, что способствует снижению вероятности возникновения шума.

Механизм шумоподавления MoS₂

### Стабилизация поверхности трения

В гексагональной слоистой кристаллической структуре дисульфида молибдена трёхслойные стопки S-Mo-S связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса, причём межслойная прочность на сдвиг составляет лишь около 1/30 от прочности внутрислоевой химической связи. Эта структура заставляет MoS₂ преимущественно скользить вдоль межслоевых плоскостей на поверхности трения, образуя однородную плёнку переноса. Плёнка переноса трансформирует фрикционный контакт из «жёсткий-жёсткий» в «жёсткий-мягкий-жёсткий», эффективно сглаживая локальные концентрации напряжений и уменьшая циклы мгновенного зацепления-освобождения микровыступов.

### Подавление стик-слип колебаний

Стик-слип колебания являются основным источником низкочастотного тормозного шума. Когда коэффициент статического трения значительно превышает коэффициент кинетического трения, на поверхности раздела возникает периодическое чередование «прилипания-скольжения», генерирующее низкочастотные колебания. Межслоевая характеристика скольжения дисульфида молибдена уменьшает разницу между статическим и кинетическим коэффициентами трения (μs-μk). Экспериментальные данные показывают, что фрикционные материалы без добавок твёрдых смазочных материалов имеют разность статического и кинетического коэффициентов трения около 0,06-0,10, тогда как добавление 3% дисульфида молибдена уменьшает эту разницу до 0,03-0,05, значительно снижая тенденцию к стик-слип колебаниям.

### Демпфирование и снижение вибрации

Дисульфид молибдена имеет твёрдость по Моосу 1,0-1,5, что классифицирует его как мягкий материал. Во фрикционных композиционных материалах добавление мягкой фазы повышает коэффициент потерь материала (loss factor, tan δ). Испытания методом динамического механического анализа (DMA) показывают, что фрикционные материалы на основе фенольной смолы с 5% дисульфида молибдена демонстрируют увеличение tan δ с 0,035 до 0,048 (приблизительно на 37%) в диапазоне от комнатной температуры до 250°C. Более высокие внутренние потери означают, что больше энергии колебаний преобразуется в тепловую энергию, рассеиваемую вместо излучения в виде звуковых волн.

### Обеспечение термической стабильности

В процессе торможения температура поверхности трения может достигать 300-400°C. Обычные органические смазочные материалы (например, графит во влажной среде) могут выходить из строя при этих температурах. Дисульфид молибдена выдерживает постоянные температуры до 350°C на воздухе без разложения, причём испытания TGA показывают потерю массы менее 2% при температурах до 400°C. Это означает, что MoS₂ сохраняет целостность плёнки переноса и эффективность смазки в условиях высокотемпературного торможения, предотвращая резкие изменения коэффициента трения и усиление шума, вызванные отказом смазки.

Данные динамометрических испытаний

Динамометрические испытания тормозного шума по стандарту SAE J2521 сравнили тормозные колодки с добавлением и без добавления 3% дисульфида молибдена в одном и том же базовом составе:

В 20 испытаниях холодного торможения (начальная температура 50°C, замедление 3м/с²) тормозные колодки без дисульфида молибдена производили слышимый шум (>70дБ) 8 раз, в то время как колодки с дисульфидом молибдена — только 3 раза. В испытаниях горячего торможения (начальная температура 250°C) контрольная группа производила шум 12 раз из 20, в то время как группа с добавкой снизилась до 5 раз из 20.

Что касается громкости шума, максимальный уровень шума тормозных колодок с дисульфидом молибдена снизился с 86дБ в контрольной группе до 78дБ, что составляет снижение примерно на 8дБ. Хотя снижение на 8дБ соответствует приблизительно 84% сокращению акустической энергии, следует отметить, что восприятие тормозного шума зависит не только от громкости, но и от частотных характеристик и продолжительности.

Соображения по составу

При внедрении дисульфида молибдена в состав тормозных колодок необходимо учитывать следующие технические факторы:

**Количество добавки**: Типичный диапазон добавления MoS₂ составляет 2-5%. Количество менее 1% даёт незначительный эффект шумоподавления, в то время как количество более 8% может вызвать чрезмерное снижение коэффициента трения, влияя на тормозной момент. Стандарт GB 5763 требует, чтобы коэффициент трения автомобильных тормозных накладок был не менее 0,25 в заданных условиях.

**Выбор размера частиц**: Для применения в тормозных колодках рекомендуется MoS₂ с D50 в диапазоне 3-8мкм (средний или мелкий порошок). Слишком крупные частицы (D50>15мкм) влияют на однородность плёнки переноса, в то время как ультрамелкий порошок (D50<1мкм) имеет высокую удельную площадь поверхности, но плохую диспергируемость, что может привести к неоднородности состава.

**Совместимость с другими компонентами**: Дисульфид молибдена имеет хорошую совместимость с фенольными смолами, резиной и другими связующими, однако следует обращать внимание на синергетические эффекты при одновременном использовании с некоторыми сульфидами металлов (например, сульфидом сурьмы). При проектировании состава следует проводить дифференциальный термический анализ (ДТА) для подтверждения отсутствия неблагоприятных реакций между компонентами при температуре обработки.

Заключение

Основная проблема тормозного шума заключается в нестабильных колебаниях на поверхности трения. Дисульфид молибдена играет практическую роль в снижении шума тормозных колодок посредством множественных механизмов: стабилизации коэффициента трения, уменьшения тенденции к стик-слип колебаниям, повышения внутреннего демпфирования материала и поддержания высокотемпературных смазочных свойств. Данные динамометрических испытаний демонстрируют, что MoS₂ в правильной дозировке значительно снижает как частоту, так и громкость тормозного шума. При практическом проектировании состава необходимо комплексно учитывать количество добавки, размер частиц и совместимость с другими компонентами для достижения баланса между шумоподавлением и тормозными характеристиками.

MoS2, дисульфид молибдена, шум тормозных колодок, тормозной визг, коэффициент трения, стик-слип колебания, SAE J2521, GB/T 5763, снижение шума, тормозной состав