孟令云 黃巨成 朱亞偉 李虎本

摘? 要：MPU全稱Metal Pick Up，即金屬鑲嵌，摩擦材料嵌入金屬，金屬來(lái)源于制動(dòng)對(duì)偶件-制動(dòng)盤，該現(xiàn)象在汽車制動(dòng)系統(tǒng)中較為常見。某款車型制動(dòng)器開發(fā)過程中，前盤式制動(dòng)器出現(xiàn)MPU金屬轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。對(duì)其拆解下的制動(dòng)片進(jìn)行了金屬膜元素檢測(cè)，能譜分析譜圖顯示，在除摩擦材料正常成分如Si、Ca、S、Ti等之外，存在于對(duì)偶件制動(dòng)盤相同的金屬元素，同時(shí)制動(dòng)盤工作面在對(duì)應(yīng)摩擦片金屬膜位置有相應(yīng)的犁溝，屬于典型的MPU現(xiàn)象。對(duì)該車型制動(dòng)MPU現(xiàn)象進(jìn)行了機(jī)理及優(yōu)化路線分析，慣性臺(tái)架對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果表明陶瓷材料中的氧化鋯、硅酸鋯、二氧化硅等在高溫高壓下形成硬質(zhì)點(diǎn)，當(dāng)其硬度大于制動(dòng)盤的硬度時(shí)，對(duì)制動(dòng)盤產(chǎn)生犁溝作用，犁溝作用產(chǎn)生的盤上金屬鑲嵌到摩擦材料表面，形成金屬轉(zhuǎn)移。通過對(duì)制動(dòng)片配方進(jìn)行優(yōu)化，改善摩擦片材料傳熱及散熱性，該車型制動(dòng)MPU現(xiàn)象得到很好控制，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：盤式制動(dòng)器;MPU金屬轉(zhuǎn)移;犁溝現(xiàn)象

中圖分類號(hào)：TH117.1? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2021）002-0057-05

Abstract： Mpu（Metal Pick Up）， mean damascene， friction materials， the metal comes from the brake dual - brake disc， this phenomenon is common in automobile brake system. In the development process of a certain type of brake， MPU metal transfer occurs in front disc brake. The metal film elements of the disassembled brake plates were detected， Energy spectrum analysis spectrogram display， In addition to the normal components of friction materials such as Si， Ca， S， Ti， etc.， the same metal elements exist in the dual brake disc， At the same time， there are furrows on the working face of the brake disc at the corresponding position of the friction plate metal film， which is a typical MPU phenomenon. The phenomenon of the vehicle braking MPU mechanism and optimize the path analysis， the inertial platform verification， the result shows that the bonding agent of a ceramic material under high temperature and high pressure formation of hard spots after carbonization， when the hardness is greater than the hardness of brake disc， brake disc furrow action， furrow effect produced by plate metal Mosaic to the friction material surface， the formation of metal transfer. By optimizing the brake pad formula and improving the heat transfer and heat dissipation of friction plate material， the braking MPU phenomenon of this model is well controlled and meets the design requirements.

Key Words： Disc Brake; MPU Metal Pick Up Furrow

1? ? 前言

MPU（全稱Metal Pick Up）即金屬鑲嵌，是指在制動(dòng)過程中，制動(dòng)片中的材料在特定工況下形成局部硬點(diǎn)，并將制動(dòng)盤上的金屬材料刮下，嵌入到摩擦片表面，形成摩擦片局部光亮帶，同時(shí)在制動(dòng)盤工作面上輕者有類似土星環(huán)的同心圓狀條紋，重者形成犁溝，同時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)生制動(dòng)噪音和偏磨、拖滯力矩變大等問題。

本文通過對(duì)某款SUV車型出現(xiàn)的特定工況下的MPU現(xiàn)象，從產(chǎn)生機(jī)理著手進(jìn)行理論分析，探討了導(dǎo)致某型SUV車型特定工況下制動(dòng)MPU現(xiàn)象的解決思路和方法。

2? ? 問題現(xiàn)象

此款SUV車型裝配了液壓式前盤式制動(dòng)器和后EPB盤式制動(dòng)器。故障產(chǎn)生的對(duì)象為前盤式制動(dòng)器，主要技術(shù)參數(shù)為：卡鉗缸徑：φ43*2mm，制動(dòng)盤厚度：25mm，制動(dòng)有效半徑：140mm，摩擦片類型為NAO陶瓷配方，名義摩擦系數(shù)0.38，如圖1所示：

該車型在路試過程中：整車在進(jìn)行5000-10000Km路試后，熱態(tài)制動(dòng)時(shí)反饋前制動(dòng)器有制動(dòng)噪音，同時(shí)可以觀察到制動(dòng)盤工作面犁溝現(xiàn)象，用手觸摸可以明顯感覺到溝槽，在舉升機(jī)上用手空轉(zhuǎn)車輪，可以明顯感覺到制動(dòng)器拖滯力矩異常增大。故障出現(xiàn)的條件滿足以下幾點(diǎn)：1、車輪進(jìn)行了至少5000Km綜合路試、2、路試工況熱態(tài)制動(dòng)頻繁、3、摩擦材料配方為NAO陶瓷配方。滿足以上條件，車輛大概率出現(xiàn)規(guī)律性MPU金屬轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。

3? ? 問題機(jī)理及措施實(shí)現(xiàn)

3.1? ?機(jī)理分析

制動(dòng)MPU現(xiàn)象主要因素列舉：

針對(duì)該款SUV出現(xiàn)的MPU現(xiàn)象，見圖2，利用檢測(cè)設(shè)備對(duì)制動(dòng)片金屬膜能譜分析、制動(dòng)盤石墨含量、金相組織、硬度進(jìn)行了檢測(cè)，如圖4-圖6：

通過設(shè)備檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，MPU的化學(xué)成分主要為鐵Fe和灰鑄鐵滲碳體Fe3C。此問題行業(yè)內(nèi)又稱為金屬材料轉(zhuǎn)移，主要原因?yàn)椋耗Σ敛牧吓浞皆O(shè)計(jì)不合理，傳熱性和散熱性不佳導(dǎo)致形成局部硬點(diǎn)，過程如下：

1、NAO陶瓷配方體系的摩擦材料中無(wú)鋼絲，但大量使用氧化鋯、硅酸鋯、鈦酸鉀，鋯主要是增加摩擦系數(shù)作用，鈦主要是穩(wěn)定摩擦系數(shù)作用，兩者必不可少，但氧化鋯、硅酸鋯、鈦酸鉀傳熱性較差;

2、為降低蠕動(dòng)噪音，NAO陶瓷配方摩擦材料中使用石墨等潤(rùn)滑材料比例極低，見圖3，造成在高溫時(shí)摩擦界面得不到有效潤(rùn)滑，產(chǎn)生傷盤;

3、由于NAO陶瓷配方摩擦片導(dǎo)熱性差，石墨潤(rùn)滑材料比例低，在制動(dòng)過程中熱量主要集中在摩擦表面，因而摩擦表面一層粘接劑（主要是酚醛樹脂）迅速碳化，無(wú)法形成起到潤(rùn)滑作用的轉(zhuǎn)移膜;

4、制動(dòng)盤材質(zhì)中的C、Si等材料在被刮到摩擦片后，在高溫700～800℃下碳化，形成堅(jiān)硬氧化物，進(jìn)一步加重了MPU現(xiàn)象;

通過以上逐一排除驗(yàn)證，在以上1到4步驟不斷的變化過程中，由于NAO陶瓷摩擦配方設(shè)計(jì)的不合理，導(dǎo)致在高溫高壓工況下制動(dòng)時(shí)局部硬點(diǎn)堆積越來(lái)越多，導(dǎo)致MPU的產(chǎn)生。

最終得出摩擦材料傳熱及散熱性差是產(chǎn)生MPU的主要原因，而摩擦配方設(shè)計(jì)的不合理是導(dǎo)致摩擦材料傳熱、散熱差的原因，摩擦材料配方的設(shè)計(jì)考慮因素非常之多與銅粉比例、形狀、潤(rùn)滑材料的選擇、增摩、穩(wěn)摩材料的使用比例等等諸多因素有關(guān)。

根據(jù)以上MPU產(chǎn)生機(jī)理和驗(yàn)證分析過程，準(zhǔn)備以下針對(duì)性措施：

1、摩擦材料中銅粉主要作用是傳熱，同時(shí)在高溫時(shí)軟化起到高溫潤(rùn)滑作用，該車型使用的摩擦片配方銅粉粒度較大，單位體積的摩擦材料中熱量傳導(dǎo)的作用有限;

2、將摩擦材料中的銅粉更改為銅纖維，銅纖維是直徑約0.2mm，長(zhǎng)度2-3mm的針狀纖維，在配方中比例由3%增加到5%，摩擦材料中銅纖維相互交錯(cuò)，單位體積內(nèi)熱量傳導(dǎo)的路徑增加，且連續(xù)性較好，有利于傳熱和散熱，且銅在高溫下會(huì)起到潤(rùn)滑作用，潤(rùn)滑摩擦面，防止制動(dòng)過程中產(chǎn)生MPU，如圖7;

3、制動(dòng)盤從石墨形態(tài)、珠光體、微量元素等控制，在保證制動(dòng)盤灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度的前提下，通過控制Si/C比值和Ce含量，減少Si占比。當(dāng)Ce=3.6%-3.8%時(shí)，Si/C比值在0.5-0.75時(shí)，Si/C比值增大，抗拉強(qiáng)度增大，Si/C比值大于0.75時(shí)，Si/C比值增大，抗拉強(qiáng)度反而減小，如圖8;

4、此外，制動(dòng)盤打孔和銑槽也是可以立即改善MPU的方案，如有條件能實(shí)施更好，如圖9。

根據(jù)以上排查過程和方案驗(yàn)證，可以確定該車型制動(dòng)片摩擦材料配方設(shè)計(jì)不合理是此MPU現(xiàn)象的誘發(fā)因素。進(jìn)一步分析基本可以鎖定摩擦材料傳熱性差，同時(shí)在局部高溫時(shí)，缺少足夠的高溫潤(rùn)滑劑，最終導(dǎo)致刮盤，即制動(dòng)MPU現(xiàn)象產(chǎn)生。

3.2? ?效果驗(yàn)證

通過將該NAO陶瓷配方摩擦材料中的銅粉更改為銅纖維，銅纖維是直徑約0.2mm，長(zhǎng)度2-3mm的針狀纖維，在配方中比例由3%增加到5%，制作樣件后，進(jìn)行慣性臺(tái)架（AK-master、JASO C406-2000）及整車道路試驗(yàn)，相同工況下試驗(yàn)完成后無(wú)MPU現(xiàn)象。

實(shí)測(cè)試結(jié)果見圖10-圖12所示：

4? ? 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)本車型MPU產(chǎn)生的原理循序漸進(jìn)進(jìn)行剖析。制定了：a：銅粉更改為銅纖維、b：銅比例由3%增加到5%，最終鎖定原因?yàn)樵撆浞侥Σ疗牧蟼鳠?、散熱性不佳。通過以上措施，改善了NAO陶瓷配方摩擦片傳熱、散熱差的特性，避免了局部高溫硬點(diǎn)的形成，解決了MPU問題。通過此過程總結(jié)：針對(duì)發(fā)生的疑難問題，要從機(jī)理上先進(jìn)行深刻的理論分析，然后結(jié)合理論制定相應(yīng)的改進(jìn)措施，再?gòu)呐_(tái)架及整車進(jìn)行相同工況的開關(guān)對(duì)比驗(yàn)證，最終鎖定問題根本原因和改進(jìn)措施。希望本文可以提供給從業(yè)者遇到類似問題時(shí)參考。

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