合金改性、电弧喷涂、涂层升级——制动材料与制造技术新突破

欧7法规即将生效，将从2026年11月起适用于新乘用车，并于2028年5月起首次适用于重型车辆。来自车辆制动系统的（PMs）产生的非尾气颗粒物排放将受到严格审查。

制动与材料专家一直在为法规做准备，通过大量的研发投入，在制动与摩擦技术领域取得了全新的成果。

在德国美因茨举办的2026年欧洲制动系统展上，制动系统专家和技术工程师展示了他们在该领域的最新成果。旨在减少制动相关颗粒物（PM）排放的项目，其核心在于制造技术和材料的研发。

“汽车行业是最大的污染源之一，”总部位于西班牙比斯开的冶金专家Azterlan项目经理Gorka Alonso表示。“颗粒物（PM）排放主要有两个来源：一方面是不同化石燃料燃烧产生的尾气排放，另一方面是制动过程中直接排放的颗粒物。这种无形的污染必须得到控制。”

Alonso解释说，为达到欧7标准中关于制动相关排放的要求，可以采取多种不同的方法，从引入表面处理和涂层，到采用成本更高的碳陶瓷制动盘。然而，他也认为冶金工程和化学成分的改良有助于提升传统铸铁制动盘的性能。

在公司的一家铸造厂，Alonso和他的团队使用三种合金成分制造了通风制动盘。

第一种是传统的灰铸铁盘，含碳量为3.7%，含硅量为1.95%。

在第二种合金中，他们降低了硅含量并将铝含量提高到4.37%。

而在第三种合金中，他们分别将硅和铝的含量提高到3.35%和4.37%。

每种合金随后都经过了热力学建模、SEM/EDX分析（扫描电子显微镜结合能量色散X射线光谱分析）、机械性能测试以及PM10测量。

与传统铸铁盘相比，改性合金在制动测试期间的PM排放量减少了40%。它们还带来了显著的机械性能提升，其中第二种合金的硬度和抗拉强度提升了45%，第三种合金的硬度提升了11%，抗拉强度提升了65%。此外，两种含铝量较高的合金质量均减轻了高达22%。

“由于合金中石墨的精炼、铝含量的增加以及硬度和抗拉强度的提升，PM排放量大幅降低，”Alonso指出。 “微观结构中的所有化合物之间存在凝聚力，因此我们证明了能够显著提升制动盘的性能。”

Alonso表示，进一步降低PM排放是可行的，并指出公司正在研发一种合金有望实现65%的减排。不过他承认，在公开细节之前，仍需进行进一步的测试和验证。

SHKorea研发总监Hyunwook Cho在他的演讲中，重点介绍了利用电弧喷涂工艺开发具有成本效益且耐磨的制动盘涂层。在现代汽车同事的支持下，Hyunwook Cho及其团队开展了广泛的研发工作，在确保符合欧7制动排放要求的同时，探讨了使用六种不同涂层的可能性。

除了减少与制动相关的排放外，开发这些涂层的一个关键驱动因素是成本。

激光金属沉积（LMD）涂层具有高耐用性，且耐磨耐腐蚀。因此，它们能有效减少非尾气排放。然而，由于原材料价格和制造所需的设备投资，目前其成本非常高。

相比之下，Cho解释说，电弧喷涂的设备成本仅为三分之一左右，且焊丝原料的成本远低于LMD所需的金属粉末。

“表现最好的涂层是商业97 MXC（甲氧氯）与420不锈钢的混合物，并将其性能与LMD涂层制动盘进行了对比，”Cho解释道。

“LMD所使用的材料是含有25%碳化钛的430不锈钢。WLTP（全球轻型车辆测试程序）测试结果显示，LMD制动盘的PM2.5排放量为0.2毫克，PM10排放量为0.54。相比之下，电弧喷涂涂层的PM2.5排放量为0.23毫克，PM10排放量为0.46毫克，表现非常相似。”

虽然该研究的初步结果显示出前景，但Cho承认仍有工作要做。他指出，由于电弧喷涂的顶面相对粗糙且不平整，需要“比LMD涂层更大的磨削余量”。减少这一余量可以缩短加工时间，降低能耗和整体生产成本。

“此前，需要预留相当于300微米涂层厚度的磨削余量，但在优化条件下，磨削余量可降至约250微米，”他表示。“然而，由于最上层区域仅包含部分涂层覆盖和不规则峰值，整体磨削能量和加工时间可能与LMD涂层所需的时间无显著差异。这是一个需要进一步研究的领域。”

Cho继续说道，下一步将进行进一步测试和分析，以研究新涂层材料的NVH（噪声、振动和声振粗糙度）特性，并进一步优化制造工艺，在降低成本的同时提升性能。与此同时，他正致力于合作开发专门针对电弧喷涂系统的摩擦材料。

Cho和Alonso提出的解决方案显然为减少制动器产生的PM排放提供了可行的途径。但正如Brembo材料开发协调员Martina Rota所指出的，针对二手车市场也同样重要。她解释说，欧洲的车队正在老化，平均车龄已超过12年。因此，即使每辆新车都配备了符合欧7标准的先进制动系统，仍有很大比例的制动器PM排放将来自这些老旧车队。

Rota和她的同事们开始研发专门用于车辆改装的新型制动盘和刹车片。主要目标是在保持成本低廉的同时，将非尾气PM排放量降低90%。

“我们开发了两种采用定制摩擦材料的制动盘，”Rota表示。

方案一采用低摩擦系数刹车盘搭配低排放摩擦材料（a lower brake disc coupled with a low emission friction material）。

方案二则使用涂层刹车盘并配以专用低钢摩擦材料（a coated brake disc paired with dedicated low steel friction material）。

“我们还注重适应性，目标是尽可能覆盖最多的车型——轿车、SUV和轻型商用车。”

第一种方案保留了传统的铸铁盘结构。

而第二种方案则利用先进的表面工程技术，制造出灰色铸铁基体和含有约20%碳化物增强材料的铁素体结合层。

团队为大众汽车的Transporter、T-Roc和Passat等车型安装了这两种制动器。这使他们能够确定减排效果是特定于应用场景，还是可跨车型类别转移的。随后进行了一系列测试，包括可变惯性将测功机测试和重复的WLTP制动循环转化为实际驾驶排放（RDE）风格的测试。

采用低排放摩擦材料的低制动盘第一种解决方案，在广泛的应用和制动条件下均证实了显著的排放降低。在WLTP条件下，PM10的减少量在73%至78%之间，而在应用更严苛的制动条件时，减少量为50%至77%。

采用涂层制动盘和专用低摩擦材料的第二种解决方案，在广泛的应用和制动条件下也表现出优异的排放降低效果。PM10的减少量在73%至80%之间，但值得注意的是，在应用更严苛的制动条件时，PM10的减少量更高，约为84%至87%。

展望未来，Rota建议这两种解决方案都能为全球大幅减少与制动相关的颗粒物（PM）排放。她指出，第二种解决方案可能带来更大的效益，但“简单地替换合适定制的汽车制动部件，也能轻松实现显著且有效的制动排放削减。”