在城市地區(qū)，細(xì)微顆粒污染總是能?chē)?yán)重到危害健康的程度。其中25%的細(xì)微顆粒排放來(lái)源于剎車(chē)盤(pán)磨損。
新型激光耐磨材料熔覆層現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)剎車(chē)盤(pán)的耐磨與防腐鍍層。這能有效減輕磨損、減少細(xì)微顆粒污染，也能持續(xù)延長(zhǎng)剎車(chē)系統(tǒng)的使用壽命。
■圖片來(lái)源：Laserline
根據(jù)最新研究，細(xì)微顆粒是空氣污染物中對(duì)我們健康危害最嚴(yán)重的。尤其是超細(xì)顆粒，如煙塵顆粒，被列為致癌物。此外，細(xì)微顆粒還會(huì)引發(fā)過(guò)敏、哮喘、呼吸道和心血管疾病。內(nèi)燃機(jī)，尤其是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是輿論公認(rèn)的都市細(xì)微顆粒污染的罪魁禍?zhǔn)?。因此，各?guó)一直在討論可行的措施，以降低道路交通產(chǎn)生的細(xì)微顆粒排放。
令許多駕駛員不滿的是，首要規(guī)定的竟是駕駛禁令與限速。然而，在目前的討論中，有一點(diǎn)似乎總是被忽略：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)僅是問(wèn)題的一個(gè)方面，因?yàn)槭兄行谋O(jiān)測(cè)到的細(xì)微顆粒很大一部分來(lái)自磨損所產(chǎn)生的細(xì)微顆粒。除輪胎外，這些細(xì)微顆粒主要來(lái)源于剎車(chē)盤(pán)與剎車(chē)片。即使大規(guī)模改用電動(dòng)汽車(chē)也無(wú)法改變這一點(diǎn)。 只有控制剎車(chē)磨損，才能顯著降低細(xì)微顆粒污染。因此，德國(guó)預(yù)計(jì)將在2021年中期對(duì)制動(dòng)引起的細(xì)微顆粒最大值作出法律界定。目前，制造商和供應(yīng)商已經(jīng)在尋求替代方法。
耐磨熔覆層適用于保護(hù)高負(fù)荷零部件免受磨損。然而，耐磨熔覆層幾乎從未用于傳統(tǒng)汽車(chē)剎車(chē)盤(pán)。防腐蝕熔覆層在剎車(chē)盤(pán)上的應(yīng)用已有一段時(shí)間。與此相反，耐磨熔覆層迄今為止僅供高價(jià)位跑車(chē)與豪車(chē)這類(lèi)小眾領(lǐng)域使用。出于成本原因，至今使用的熔覆工藝并不適合工業(yè)批量生產(chǎn)。
一項(xiàng)技術(shù)革新也許會(huì)在未來(lái)改變這種局面：現(xiàn)在可以使用激光鍍層工藝（也被稱(chēng)為熔覆）在剎車(chē)盤(pán)上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的高強(qiáng)度耐磨熔覆層，從而顯著減少磨損、降低細(xì)微顆粒排放并延長(zhǎng)使用壽命。與跑車(chē)領(lǐng)域所使用的熱噴涂工藝相比，激光熔覆更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樗庸?jié)省材料與能耗，還減少了準(zhǔn)備工作。 因此，新方法也適用于傳統(tǒng)灰鑄鐵剎車(chē)動(dòng)盤(pán)的薄耐磨層熔覆，大眾市場(chǎng)也能負(fù)擔(dān)得起。激光熔覆層也可適用于小型或微型汽車(chē)。熔覆剎車(chē)盤(pán)雖然購(gòu)置成本略高，但使用壽命更長(zhǎng)，所以性?xún)r(jià)比高。此外，激光熔覆層對(duì)沖撞和打擊沒(méi)有熱處理鍍層敏感：因?yàn)闊釃娡垮儗觾H僅機(jī)械地附著于基材，而激光熔覆層則與灰鑄鐵基材金相結(jié)合。
新工藝基于傳統(tǒng)的激光熔覆，此工藝早已成功應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。但是，這種傳統(tǒng)工藝并不適用于剎車(chē)盤(pán)熔覆。原因在于表面加工速率：此工藝對(duì)于批量生產(chǎn)的耐磨零件而言，熔覆速率太慢。因此，提高加工速率是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型熔覆工藝的決定性因素。
最新的工藝可以在30秒或更短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)剎車(chē)盤(pán)單層熔覆，具體取決于熔覆層厚度、材料和剎車(chē)盤(pán)大小。此工藝的前提是最小的能量輸入和基材與熔覆材料之間的少量熔合。整個(gè)熔覆過(guò)程現(xiàn)在可以在3-5分鐘內(nèi)完成。 通過(guò)在激光束和送粉噴嘴下高速移動(dòng)部件，可以實(shí)現(xiàn)加工時(shí)間。激光和噴嘴從上方朝向工件，使得噴出的熔覆材料與基材一起熔化。兩種材料在熔池中金相結(jié)合，冷卻后具有很高的穩(wěn)定性。剎車(chē)盤(pán)熔覆基本上分兩步完成 ：首先是熔覆緩沖層以防腐蝕。隨后，用碳化物材料熔覆耐磨涂層。
為了獲得最佳的熔覆效果，激光束均勻的強(qiáng)度分布必不可少。同時(shí)，高速熔覆需要相對(duì)較大的光斑直徑。光束質(zhì)量適中的二極管激光器十分適用于此工藝。選用光束品質(zhì)為110或220mm·mrad的激光器，可以實(shí)現(xiàn)3mm-14mm或更大的光斑直徑。
通過(guò)選擇這些激光參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度分布均勻的大光斑，不會(huì)離焦或降低光束品質(zhì)。這樣可以實(shí)現(xiàn)灰鑄鐵層的均勻熔化，并在基材和熔覆層之間產(chǎn)生少量熔合。高達(dá)80%-90%的粉末利用率也深孚眾望：雖然略低于送絲熔覆工藝，但與熱噴涂工藝的材料利用率相比，送粉熔覆要高得多。 最后，在光束品質(zhì)相同的條件下，二極管激光器可以實(shí)現(xiàn)最高的功率。借助模塊化堆棧技術(shù)，二極管激光器能夠以最小的體積輕松實(shí)現(xiàn)高至10kW或更高的千瓦級(jí)激光功率。這一優(yōu)勢(shì)確保了設(shè)備的合理投資，有利于控制基于二極管激光器的工藝總成本（TCO）。
總結(jié)
通過(guò)二極管激光器對(duì)剎車(chē)盤(pán)的耐磨層熔覆可以在未來(lái)實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)兼?zhèn)浼夹g(shù)與經(jīng)濟(jì)性的可靠工藝，從而顯著降低剎車(chē)導(dǎo)致的細(xì)微顆粒排放。雖然鍍了熔覆層的剎車(chē)盤(pán)也會(huì)產(chǎn)生細(xì)微顆粒，但與未經(jīng)過(guò)熔覆的剎車(chē)盤(pán)相比，所產(chǎn)生的細(xì)微顆粒少很多。這能夠保留灰鑄鐵剎車(chē)盤(pán)性?xún)r(jià)比高的優(yōu)勢(shì)。激光耐磨熔覆工藝為下一代標(biāo)準(zhǔn)化剎車(chē)盤(pán)鋪平了道路。
