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

圖1 制動(dòng)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(dòng)盤表面，之后在車輛制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生抖動(dòng)、異響等NVH問(wèn)題?！颁P粘盤”的發(fā)生機(jī)制主要有兩個(gè)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(dòng)盤表面

1 銹粘盤的發(fā)生機(jī)制

1.1 鐵的氧化過(guò)程

制動(dòng)盤的主要材料為灰鑄鐵，因長(zhǎng)期暴露在空氣中，制動(dòng)盤表面會(huì)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(dòng)盤生銹，化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(guò)程可知，制動(dòng)盤在空氣中的氧化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它會(huì)產(chǎn)生不同形式的氧化鐵和氫氧化物，而通常所說(shuō)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(dòng)盤工作面接觸，在空氣和水分的介質(zhì)作用下，會(huì)形成電化學(xué)反應(yīng)，從而促進(jìn)制動(dòng)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(huì)形成一個(gè)原電池模型，此時(shí)兩種金屬就會(huì)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(shí)發(fā)現(xiàn)鐵材料會(huì)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(yáng)極，銅材料的一極為陰極，在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中陽(yáng)極將會(huì)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(guò)程如下：

陽(yáng)極：Fe-2e-=Fe2+

陰極：H2O=H++OH-

2H++2e-=H2

綜上所述，當(dāng)車輛駐車時(shí)，摩擦片和制動(dòng)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(dòng)盤一側(cè)為陽(yáng)極，摩擦片一側(cè)為陰極，因此制動(dòng)盤會(huì)因生銹而侵蝕到基體，從而使制動(dòng)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(dòng)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(guò)程可以看出，可以通過(guò)隔斷電解質(zhì)的角度進(jìn)行優(yōu)化，通常對(duì)摩擦材料增加疏水材料來(lái)改善，或者陰極保護(hù)來(lái)優(yōu)化銹粘盤問(wèn)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(guò)降低摩擦片孔隙率可以減少水和空氣在摩擦片和制動(dòng)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(huì)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(guò)程是電化學(xué)反應(yīng)，摩擦片和制動(dòng)盤接觸面是處于一個(gè)酸性環(huán)境中，因此通?？梢酝ㄟ^(guò)增加PH促進(jìn)劑來(lái)調(diào)整摩擦材料的PH值，從而使摩擦材料呈堿性來(lái)優(yōu)化銹粘盤問(wèn)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(huì)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(dòng)盤和摩擦片的貼合程度更好，接觸面積會(huì)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(duì)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(duì)銹粘盤的影響。

表3 EPB夾緊力與粘接力

2.5 制動(dòng)盤

制動(dòng)盤廣泛應(yīng)用的材質(zhì)為灰鑄鐵，常見的有HT250、HT200、HT150。制動(dòng)盤長(zhǎng)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(dòng)盤的生銹速率及銅含量對(duì)銹粘盤有著很大的影響，所以通常制動(dòng)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(guò)對(duì)制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(chǎng)很難普及，因此對(duì)新車下線或4S店待售車輛，可以粘貼輪輞保護(hù)膜來(lái)減緩制動(dòng)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(wèn)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(kù)。平時(shí)洗車后或者陰雨天不要立即駐車，通過(guò)幾次制動(dòng)使制動(dòng)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(wú)法完全避免此問(wèn)題，但可以降低此問(wèn)題的發(fā)生率，如從摩擦片角度出發(fā)，通過(guò)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(dòng)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(dòng)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(wèn)題。從車輛的使用角度出發(fā)，可通過(guò)改善駕駛習(xí)慣，有效降低問(wèn)題的發(fā)生率。