胡磊，董良，储军

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

浅析锌铝涂层在制动盘上的应用

胡磊，董良，储军

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

锈蚀不仅影响金属零件的表面质量，更影响零件的精度和性能，造成重大的经济损失。文章将对金属零件的锈蚀机理，防锈的方法做一个粗浅的概述，同时结合锌铝涂层在某车型制动盘上的应用研究，可达到理想的耐腐蚀要求，并为后续类似零部件开发应用提供参考。

锈蚀；防锈；锌铝涂层；制动盘

CLC NO.:U465.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-194-04

引言

众所周知，锈蚀在工业、交通、建筑和航空航天等与现代人民生活、工作的一切领域，都显出了其不可低估的重要性[1]，在汽车领域，车辆装备经常处于露天摆放状态，由于使用环境复杂，锈蚀是车辆常见的故障模式，一旦金属产生严重锈蚀将会影响其使用性能，威胁我们的生命和财产安全，给企业或者社会带来巨大损失。

目前行业使用最多的汽车制动盘由铸铁铸造而成，其具有易加工、高强度、耐热性好等优点，而被广泛应用于汽车中，但也因其是最容易从外部观察的金属部件之一，当遇上潮湿阴雨天气时，加上长期的风吹日晒，其表面很自然的就会生成一些氧化物锈迹，制动盘锈蚀严重情况下会影响其使用性能，引发交通事故，因此防腐是制动盘设计不可回避的问题，同时随着我国汽车行业的高速发展，人们对金属零件耐腐蚀性以及环保要求也越来越高。

本文以行业常用的铸铁材料制动盘防腐作为研究对象，通过对金属锈蚀机理、防锈方法做一个粗浅的概述，简述锌铝涂层技术在汽车制动盘防腐上的应用研究。

1、腐蚀分类与机理

金属的腐蚀从根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物，一般可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

化学腐蚀是金属表面和环境介质进行氧化还原反应所引起金属的变质或者破坏。化学腐蚀中用量最大的金属——铁制品的腐蚀最为常见，铁锈的成分比较复杂，通常简略用Fe2O3·xH2O表示。所以铁锈可以说是混合物，其反应原理可归纳为：

电化学腐蚀则是金属表面在环境介质如潮湿空气或者电解质溶液等发生原电池作用而引起的锈蚀，主要是由于金属表面吸附了空气中的水分，形成电解质溶液，而浸泡在这层溶液中的金属又总是不纯的，它们大多数没有铁活泼。这样形成的腐蚀电池的阳极为铁，阴极为杂质，由于铁与杂质紧密接触，使得腐蚀不断进行[2]。其腐蚀的电池反应可归纳为：

2、腐蚀防护方法

生产上常用的一些金属防锈方法有有：隔离法，改善腐蚀环境法，电化学保护法。

隔离法：造成金属腐蚀的重要原因是微电池作用，微电池的产生必须同时具备阴阳两极。防止金属腐蚀第一大对策就是要想办法将金属（阳极）和其介质(阴极)隔离开来，使之构不成电池。常见的隔离法有钝化法、涂层法、和电镀法。

改善腐蚀环境法：在金属所处的环境中，加入少量的缓蚀剂，从而与金属的表面发生物理化学反应，生成沉淀并覆盖在金属表面，形成的保护膜能够延缓金属材料的腐蚀。

电化学保护：其原理是添加外部电流，致使金属内部的电位发生变化，起到抑制或者延缓金属腐蚀的作用。

3、制动盘防腐应用研究

图1

制动系统是汽车最重要系统之一，是为使高速行驶的汽车减速或停车而设计的[4]。汽车制动系统是一套用来使四个车轮减速或停止的零件总称。制动盘装在轮毂上，与车轮及轮胎一起转动，当驾驶员进行制动时，主缸的液压力传递到盘式制动器，液压力推动摩擦衬片到制动盘上，阻止制动盘转动，其工作原理如图1。

当对制动踏板施加一个力Fp，制动主缸便扩展出来一个作用力。这个力均衡地作用在制动管路及活塞等零部件上。活塞产生出制动钳夹持力Fc，并作用在摩擦片和相对着的制动盘上。从制动踏板经摩擦片和制动盘转换来的摩擦力，单个车轮的制动器摩擦力Fu为：

车轮制动器摩擦片与制动盘相对滑动时，产生摩擦力矩Tu,使制动盘转速减慢下来，同时在车轮与地面接触点处产生一个制动力 F，它使车辆减速。

图2

Tu--制动器摩擦片与制动盘相对滑动时产生摩擦力矩；

u--摩擦片摩擦系数；

R--制动器有效制动半径；

r--轮胎滚动半径。[5]

由此可见，制动系统的制动性是通过制动盘与制动摩擦片配合作用，来到达车辆减速或者停车，而汽车制动盘锈蚀会影响摩擦系数，进而影响汽车制动性能，直接关系到交通安全，严重情况下，制动盘锈蚀可能会危害车上的驾驶员和乘客人身安全，给企业或者社会带来巨大损失，因此对汽车制动盘防腐研究具有重要意义。

传统制动盘为由铸铁铸造而成，目前多数制动盘使用的防腐涂层有电镀锌涂层、热镀锌涂层、环氧防腐涂层等，这些防腐涂料在低温条件下具有很好的防腐效果，当温度超过120℃后，这些防腐涂层则不能够满足防腐要求，因此研究具有优异防腐性能和高稳定性的防腐涂料对于制动盘防腐来说显得非常重要。

图3

现有的电镀防腐蚀工艺存在镀层防腐性差，电镀过程中伴随着大量含铬、含锌废水、酸碱废水和废气的污染排放，污染环境等缺陷。而锌铝涂层是近年来在锌铬涂层（即达克罗涂层[6]）基础上发展起来的一种新型环保型金属表面处理技术，也称为无铬达克罗。 是一种新型金属表面防腐蚀涂层技术，使用水性无铬锌铝涂料，喷涂于产品表面，经高温烘烤后形成的以鳞片状锌为主要成分的无机防腐涂层。其生产工艺为如图3。

表1

同时有金属腐蚀试验研究显示涂层寿命与涂层厚度有如下关系：

式中：

t----涂层使用厚度；

h---涂层总厚度；

D---H2O、O2在涂层中的扩散系数；

t(PB,σn)---H2O透过后的涂层寿命，是内部膨胀压力（PB）和涂膜剥离层应力（σn）的函数。

由于涂层的寿命与涂层厚度的平方成正比，提高涂层厚度能显著地增加涂层的隔离能力，是提高涂层寿命的有效手段[8]。

但是对制动盘而言，为了防止制动噪音和制动抖动问题，制动盘端面跳动和厚度差是严格控制和保证的尺寸，制动盘表面防腐时，其表面涂层厚度越厚，对涂装工艺要求也越高，涂层也越容易出现裂纹，生产和制造成本相应增加，同时，制动过程是汽车动能转化为热能的过程，制动瞬间会使制动盘等部件温度急剧上升，因此对防腐涂层的厚度和高温稳定性要求也高。

应用本文的方法，对2018年4月30日进行的GPS车载定位实测数据进行处理。利用Novatel公司的双频商用接收机采集多组卫星数据，设置采样频率1 Hz。对于GPS载波相位数据，在大多数应用情况下，选取0.001%的误警率是可行的。而对于动态情况下应用的低成本接收机，相位噪声的标准偏差为1 cm。设置:PFA=10-5，PMD=10-4，σ=1 cm。针对设定的参数判断各卫星截止高度角下的可用性，结果如表1所示。

下面以某车型制动盘防腐应用为例，通过中性盐雾试验比较锌铝涂层与常用涂层在不同温度下的耐腐蚀性能，通过涂层划痕腐蚀试验研究锌铝涂层在不同划痕宽度下的耐腐蚀性能。

1）中性盐雾试验研究

试验工件：材料为HT250的制动盘成品

试验涂层：热喷涂锌铝合金涂层、电镀锌涂层、热镀锌涂层、环氧防腐涂层

试验设备：盐雾腐蚀试验箱

中性盐雾试验：5%NaCl ，pH=6.5～7.2

表2

表3

从上述中性盐雾试验可以看出，锌铝涂层的耐腐蚀性能远比电镀锌钝化层或者环氧涂层好，且涂层厚度比较薄。

2）锌铝涂层划痕试验：

试验工件：材料为HT250的制动盘成品

试验涂层：热喷涂锌铝合金涂层

试验条件：沿对角线划叉形划痕，划痕处露出金属底板

试验设备：盐雾腐蚀试验箱

中性盐雾试验：5%NaCl，pH=6.5～7.2

表4

从表中可知，在涂层存在≤1mm划痕的条件下，涂层耐中性盐雾的性能与完好涂层几乎相同，耐盐雾时间均能达到2000h以上；当划痕宽度≥3mm时，涂层耐盐雾的性能大幅降低，3mm划痕涂层耐中性盐雾的时间为720h,而5mm划痕的涂层式样耐中性盐雾时间仅有350h。划痕试样主要是在划痕处的基体发生腐蚀。

通过上述试验研究，表明与电镀涂层和环氧涂层相比，锌铝涂层是一种优良的耐腐蚀涂层，可满足汽车制动盘对防腐涂料的优异防腐性能和高温稳定性的要求。

值得一提的是，汽车制动盘外帽檐如若设计为铸造后不再机加工艺，直接涂覆锌铝涂层的话，由于铸造工艺自身的缺陷（表面粗糙，不均匀），在铸造凸起尖点处，锌铝涂层溶液与金属基体无法良好的结合，经过涂覆烘烤后，无法形成较厚的钝化膜，降低其防锈蚀能力，时间长久，该区域易产生锈蚀，影响制动盘外观乃至功能。制动盘外帽檐如若设计为铸造后机加工艺，再涂覆锌铝涂层，则可以避免该现象。

4、结束语

为了满足市场对汽车安全、防腐、环保等要求，越来越多的环保技术被应用在汽车工程领域。本文简单的介绍了金属的腐蚀机理，腐蚀发生的原因。再以某车型制动盘防腐为例，研究锌铝防腐涂料的优异耐腐蚀性，这对于延长零件寿命具有十分重要的意义，且可推广到汽车行业类似零部件开发上应用。

[1] 徐立光.浅论金属锈蚀的影响与防止[J].工业技术.2013,NO.05(下): 147.

[2] 杨吉才,宋茜,吴明君,范成平等.关于金属的腐蚀与防护的研究以及防护措施[J].科技向导.2014,第15期.

[3] 陶琦,李芬芳,邢健敏等.金属腐蚀及其防护措施的研究进展[J].湖南有色金属.2007年4月,第23卷第2期.

[4] 陈家瑞.汽车构造(第2版)[M].机械工业出版社,2004:282-310.

[5] 余志生.汽车理论（第3版）[M].北京:机械工业出版社,2000: 71-102.

[6] 应宪明.金属表面防锈技术--达克罗涂覆[J].汽车工艺与材料.2002, (2):12-13.

[7] GB/T 26110-2010,锌铝涂层技术条件[S].

[8] 陈治良.现代涂装手册[M].北京:化学工业出版社.2009:546-618.

更正声明

《汽车实用技术》2016年第6期文章《紧急状况下汽车油门防误踩安全辅助装置设计》作者强敏 ，李军政， 陈昭君 ，杨跃 ，李满 ，曹瑞玲，作者简介原为：强敏，就读于湖南农业大学工学院。

现改为：强敏（1994-），女，机械设计与制造专业，就读于湖南农业大学工学院。

Analysis on application of zinc aluminum coating on brake disc

Hu Lei, Dong Liang, Chu Jun
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Corrosion not only affects the surface quality of metal parts, but also affects the precision and performance of the parts, causing significant economic losses. In this paper, the corrosion mechanism of metal parts and the method of rust prevention is superficially proposed.Meanwhile, zinc aluminum coating in the application of a vehicle brake disc, can reach the ideal requirements of corrosion resistance, and to provide the reference for subsequent similar parts development and application.

Corrosion; Rust prevention; Zinc aluminum coating; Brake disc

U465.2

A

1671-7988(2016)07-194-04

李军政（1978-），男，博士生，副教授，主要研究方向为农田作业装备及其自动化技术。

《汽车实用技术》编辑部

胡磊，底盘设计工程师，毕业于安徽工业大学机械设计及其自动化专业。就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.061

特此声明。