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        激光熔覆在剎車盤耐磨層上的應用
        材料來源:新瑞達激光           錄入時間:2021/7/20 23:55:31

        在城市地區,細微顆粒污染總是能嚴重到危害健康的程度。其中25%的細微顆粒排放來源于剎車盤磨損。

        新型激光耐磨材料熔覆層現在能夠實現汽車剎車盤的耐磨與防腐鍍層。這能有效減輕磨損、減少細微顆粒污染,也能持續延長剎車系統的使用壽命。

        圖片來源:Laserline

        使用耐磨材料,可以降低細微顆粒排放

        根據最新研究,細微顆粒是空氣污染物中對我們健康危害最嚴重的。尤其是超細顆粒,如煙塵顆粒,被列為致癌物。此外,細微顆粒還會引發過敏、哮喘、呼吸道和心血管疾病。內燃機,尤其是柴油發動機是輿論公認的都市細微顆粒污染的罪魁禍首。因此,各國一直在討論可行的措施,以降低道路交通產生的細微顆粒排放。

        令許多駕駛員不滿的是,首要規定的竟是駕駛禁令與限速。然而,在目前的討論中,有一點似乎總是被忽略:柴油發動機僅是問題的一個方面,因為市中心監測到的細微顆粒很大一部分來自磨損所產生的細微顆粒。除輪胎外,這些細微顆粒主要來源于剎車盤與剎車片。即使大規模改用電動汽車也無法改變這一點。

        只有控制剎車磨損,才能顯著降低細微顆粒污染。因此,德國預計將在2021年中期對制動引起的細微顆粒最大值作出法律界定。目前,制造商和供應商已經在尋求替代方法。

        全新激光熔覆工藝,可以減輕磨損和腐蝕

        耐磨熔覆層適用于保護高負荷零部件免受磨損。然而,耐磨熔覆層幾乎從未用于傳統汽車剎車盤。防腐蝕熔覆層在剎車盤上的應用已有一段時間。與此相反,耐磨熔覆層迄今為止僅供高價位跑車與豪車這類小眾領域使用。出于成本原因,至今使用的熔覆工藝并不適合工業批量生產。

        一項技術革新也許會在未來改變這種局面:現在可以使用激光鍍層工藝(也被稱為熔覆)在剎車盤上實現標準化的高強度耐磨熔覆層,從而顯著減少磨損、降低細微顆粒排放并延長使用壽命。與跑車領域所使用的熱噴涂工藝相比,激光熔覆更經濟,因為它更加節省材料與能耗,還減少了準備工作。

        因此,新方法也適用于傳統灰鑄鐵剎車動盤的薄耐磨層熔覆,大眾市場也能負擔得起。激光熔覆層也可適用于小型或微型汽車。熔覆剎車盤雖然購置成本略高,但使用壽命更長,所以性價比高。此外,激光熔覆層對沖撞和打擊沒有熱處理鍍層敏感:因為熱噴涂鍍層僅僅機械地附著于基材,而激光熔覆層則與灰鑄鐵基材金相結合。

        圖片來源:Laserline

        提高加工速率是成功的關鍵

        新工藝基于傳統的激光熔覆,此工藝早已成功應用于工業領域。但是,這種傳統工藝并不適用于剎車盤熔覆。原因在于表面加工速率:此工藝對于批量生產的耐磨零件而言,熔覆速率太慢。因此,提高加工速率是實現經濟型熔覆工藝的決定性因素。

        最新的工藝可以在30秒或更短時間內實現剎車盤單層熔覆,具體取決于熔覆層厚度、材料和剎車盤大小。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。整個熔覆過程現在可以在3-5分鐘內完成。

        通過在激光束和送粉噴嘴下高速移動部件,可以實現加工時間。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合,冷卻后具有很高的穩定性。剎車盤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。

        圖片來源:Laserline

        二極管激光器,以較低的投資成本獲得最佳效果

        為了獲得最佳的熔覆效果,激光束均勻的強度分布必不可少。同時,高速熔覆需要相對較大的光斑直徑。光束質量適中的二極管激光器十分適用于此工藝。選用光束品質為110或220mm·mrad的激光器,可以實現3mm-14mm或更大的光斑直徑。

        通過選擇這些激光參數,可以實現強度分布均勻的大光斑,不會離焦或降低光束品質。這樣可以實現灰鑄鐵層的均勻熔化,并在基材和熔覆層之間產生少量熔合。高達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,在光束品質相同的條件下,二極管激光器可以實現最高的功率。借助模塊化堆棧技術,二極管激光器能夠以最小的體積輕松實現高至10kW或更高的千瓦級激光功率。這一優勢確保了設備的合理投資,有利于控制基于二極管激光器的工藝總成本(TCO)。 

        圖片來源:Laserline

        總結:通過二極管激光器對剎車盤的耐磨層熔覆可以在未來實現一項兼備技術與經濟性的可靠工藝,從而顯著降低剎車導致的細微顆粒排放。雖然鍍了熔覆層的剎車盤也會產生細微顆粒,但與未經過熔覆的剎車盤相比,所產生的細微顆粒少很多。這能夠保留灰鑄鐵剎車盤性價比高的優勢。激光耐磨熔覆工藝為下一代標準化剎車盤鋪平了道路。

        (文章轉載自網絡,如有侵權,請聯系刪除)


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