銹粘盤的機(jī)制及影響因素分析

郭強(qiáng)強(qiáng)，李霏

(寧波吉利汽車研究開發(fā)有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

“銹粘盤”在EPB(Electrical Park Brake)配置的車輛上是一種常見的現(xiàn)象，直接影響顧客駕乘感受。它與車輛使用的環(huán)境溫度、濕度以及駕駛習(xí)慣等息息相關(guān)。

“銹粘盤”通常是由于制動盤生銹且在較大的EPB夾緊力作用下，導(dǎo)致摩擦片與制動盤發(fā)生粘接，在釋放EPB后摩擦片不容易與制動盤脫離的現(xiàn)象。當(dāng)車輛起步行駛時伴隨“嘭”的響聲，并在制動盤表面殘留摩擦片印跡，見圖1。

圖1 制動盤表面殘留摩擦片印跡

嚴(yán)重的情況下甚至使摩擦材料部分脫落，見圖2，并粘結(jié)在制動盤表面，之后在車輛制動過程中產(chǎn)生抖動、異響等NVH問題?！颁P粘盤”的發(fā)生機(jī)制主要有兩個方面：(1)零部件自身因素；(2)車輛使用環(huán)境的因素[1-2]。

圖2 摩擦材料粘接在制動盤表面

1 銹粘盤的發(fā)生機(jī)制

1.1 鐵的氧化過程

制動盤的主要材料為灰鑄鐵，因長期暴露在空氣中，制動盤表面會與空氣中的氧氣、水蒸氣以及一些氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使制動盤生銹，化學(xué)反應(yīng)過程如下：

Fe+O2→Fe(OH)2

Fe+O2+H2O→Fe(OH)3

Fe+O2+H2O→Fe2O3+H2O

Fe+O2→Fe3O3

從上述反應(yīng)過程可知，制動盤在空氣中的氧化是一個復(fù)雜的過程，它會產(chǎn)生不同形式的氧化鐵和氫氧化物，而通常所說的鐵銹實(shí)際上是多種氧化鐵的混合物。

1.2 電化學(xué)反應(yīng)

摩擦片摩擦材料中含有一些金屬元素，比如銅、鋅、錫和銻等，在駐車狀態(tài)下，摩擦片與制動盤工作面接觸，在空氣和水分的介質(zhì)作用下，會形成電化學(xué)反應(yīng)，從而促進(jìn)制動盤生銹[3]。

當(dāng)用一根導(dǎo)線將浸在某電解質(zhì)中的兩種不同金屬連接在一起，就會形成一個原電池模型，此時兩種金屬就會在電解質(zhì)中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。假如兩種金屬分別為鐵和銅，此時發(fā)現(xiàn)鐵材料會逐漸消耗,且在銅材料表面上產(chǎn)生氣泡。則鐵材料的一極為陽極，銅材料的一極為陰極，在電化學(xué)反應(yīng)過程中陽極將會犧牲，而陰極受到保護(hù)，見圖3。

圖3 電化學(xué)反應(yīng)

反應(yīng)過程如下：

陽極：Fe-2e-=Fe2+

陰極：H2O=H++OH-

2H++2e-=H2

綜上所述，當(dāng)車輛駐車時，摩擦片和制動盤在較大的夾緊力作用下貼合，但由于摩擦片自身表面存在氣孔，水分和空氣滲透到氣孔中起到電解質(zhì)的作用，提供了電化學(xué)反應(yīng)的條件，從而發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其中制動盤一側(cè)為陽極，摩擦片一側(cè)為陰極，因此制動盤會因生銹而侵蝕到基體，從而使制動盤和摩擦片粘接在一起。

2 銹粘盤的影響因素分析

影響銹粘盤的主要因素有：摩擦片材料配方、摩擦片孔隙率、摩擦片PH值、EPB夾緊力、制動盤、駕駛習(xí)慣和使用環(huán)境等[4]。

2.1 摩擦片材料配方

從銹粘盤的反應(yīng)過程可以看出，可以通過隔斷電解質(zhì)的角度進(jìn)行優(yōu)化，通常對摩擦材料增加疏水材料來改善，或者陰極保護(hù)來優(yōu)化銹粘盤問題，比如摩擦材料中增加活性金屬材料Zn等。

2.2 摩擦片孔隙率

從銹粘盤的發(fā)生原理分析，通過降低摩擦片孔隙率可以減少水和空氣在摩擦片和制動盤之間的進(jìn)入量，從而可降低銹粘盤的概率。如表1所示，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，在相同的夾緊力作用下，隨著孔隙率的逐漸降低，盤片之間的脫開力矩也會隨之降低。

表1 孔隙率與脫開力矩

2.3 摩擦片PH值

由于銹粘盤的主要過程是電化學(xué)反應(yīng)，摩擦片和制動盤接觸面是處于一個酸性環(huán)境中，因此通?？梢酝ㄟ^增加PH促進(jìn)劑來調(diào)整摩擦材料的PH值，從而使摩擦材料呈堿性來優(yōu)化銹粘盤問題，見表2。

表2 PH值與粘接力

如表2所示，隨著摩擦片PH值的提高，盤片之間的粘接力會明顯降低。

2.4 EPB夾緊力

EPB的夾緊力(14～17 kN)約為手剎駐車夾緊力(7～8 kN)的2倍，在EPB夾緊力的作用下，制動盤和摩擦片的貼合程度更好，接觸面積會更大。從表3可以看出，在同等試驗(yàn)條件下，粘接力隨著EPB夾緊力的增加而增大，故可對EPB的夾緊力采用分段夾緊的策略，根據(jù)車輛的停放坡度采用盡可能小的夾緊力，這樣可減少EPB夾緊力對銹粘盤的影響。

表3 EPB夾緊力與粘接力

2.5 制動盤

制動盤廣泛應(yīng)用的材質(zhì)為灰鑄鐵，常見的有HT250、HT200、HT150。制動盤長期暴露在潮濕的環(huán)境中，盤表面非常容易腐蝕生銹，而制動盤的生銹速率及銅含量對銹粘盤有著很大的影響，所以通常制動盤的生銹速率應(yīng)小于0.03 mm/年，銅含量應(yīng)大于0.5%。

另外通過對制動盤表面進(jìn)行特殊處理也可減緩生銹，避免銹粘盤，比如氮碳共滲處理，在制動盤表面滲氮產(chǎn)生氮化層。氮化層具有高硬度、耐腐蝕、耐磨等特性，由此改變制動盤的使用性能；或采用陶瓷盤、碳化鎢處理等。因這些措施成本較高，在普通家用車市場很難普及，因此對新車下線或4S店待售車輛，可以粘貼輪輞保護(hù)膜來減緩制動盤生銹[5]。

2.6 駕駛習(xí)慣及使用環(huán)境

一般在高溫潮濕多雨的地區(qū)，銹粘盤的問題發(fā)生概率較大，在南方地區(qū)梅雨季節(jié)期間建議將車輛停放在車庫。平時洗車后或者陰雨天不要立即駐車，通過幾次制動使制動盤工作面干燥后再停放車輛。

3 結(jié)論

綜上所述，銹粘盤是在EPB較大夾緊力的作用下，盤片之間生銹而導(dǎo)致的粘連現(xiàn)象，絕大多數(shù)車輛無法完全避免此問題，但可以降低此問題的發(fā)生率，如從摩擦片角度出發(fā)，通過優(yōu)化摩擦片材料，增加疏水性材料、改善PH值、降低摩擦片的孔隙率等進(jìn)行優(yōu)化。從制動鉗的角度出發(fā)，采用分段夾緊的控制策略，可降低粘盤風(fēng)險(xiǎn)。從制動盤角度出發(fā)，可采取氮碳共滲或碳化鎢工藝處理以及陶瓷盤等方案徹底解決此問題。從車輛的使用角度出發(fā)，可通過改善駕駛習(xí)慣，有效降低問題的發(fā)生率。