新型激光熔覆方法可以创造保护金属涂层，大大减少盘式制动器产生的细小颗粒

时间： 2024-10-25 来源：COHERENT官网

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您知道吗？车辆的小颗粒物排放除了来自尾气管外，还有 21% 来自制动器。这是因为每次使用盘式制动器时，刹车盘和刹车片都会有一点材料磨损。直径小于 10 µm 的磨损材料颗粒（称为 PM10）会变成空气中的污染物。但是，与尾气排放不同的是，目前还没有测量这些颗粒排放的简便方法，更重要的是，我们也没有办法来控制这种排放。

刹车困难

大多数盘式制动器的刹车盘由灰铸铁制成。这种材料能够承受刹车部件经常达到的高温，而且相对便宜。但是，灰铸铁易磨损，产生上面提到的微粒，此外还会腐蚀。

最直观的解决方案是在刹车盘表面涂上一层较硬的材料，如不锈钢，以保护其免受磨损和腐蚀。但是，通常用于制造这种镀膜的技术无法用在盘式制动器上。例如，电镀和热喷涂产生的镀膜不能与灰铸铁形成冶金结合。这意味着涂层可能会碎裂或剥落。此外，这些方法的实施成本很高。

甚至传统的激光熔覆（也称为激光材料沉积，简称 LMD）也不能解决这个问题。这种技术将粉末状不锈钢沉积在零件表面，然后使用高功率半导体激光器或光纤激光器来熔化这种粉末和零件。融化的粉末重新固结，形成与基体材料具有牢固冶金结合的新涂层。

但是激光也会融化灰铸铁，导致其中的一些碳可能迁移到钢镀层中。这将导致镀层变脆，或在其中产生裂纹或其他缺陷，从而缩短零件的寿命。

新型激光熔覆技术打破了这一局限

Fraunhofer 激光技术研究所（ILT）和亚琛工业大学（均位于德国亚琛）的一个工程师小组已经开发出一种新的激光材料沉积工艺，为解决这个问题提供了解决方案。他们的方法被称为极端高速激光材料沉积（德语缩写为 EHLA），将一些关键的创新引入了激光熔覆工艺。

与传统的 LMD 一样，EHLA 在盘式制动器的表面喷洒粉末状金属，并用高功率半导体激光器（HighLight DL 系列）将两者融化。但是，EHLA 使用一种定制设计的喷嘴，可以在熔覆粉末到达零件表面之前将其在激光束中“即时”熔化。这样液滴就会落在零件上，形成一层很薄的熔化灰铸铁。然后这种金属迅速重新固化，形成一层薄镀膜。

EHLA 虽然也会加热刹车盘，但温度没有那么高，所以刹车盘中的碳不会大量迁移到涂层中。这就避免了改变材料本身可能带来的所有问题。但它会在形成一层与制动盘表面牢固冶金结合的薄层。而且，它在粉末使用方面比传统熔覆工艺更快、更高效。凭借所有这些优势，这种工艺成为了可供汽车制造商使用的工业化工艺。

EHLA 是成功的秘诀

EHLA 是一种灵活的方法，可以根据应用的具体要求进行调整。例如，在给汽油动力汽车的刹车镀膜时，它可以用来沉积两种不同的材料层。最上层将钢与碳化钨、碳化钛或其他非常坚硬的材料结合在一起。EHLA 熔覆喷嘴经过专门设计，可以同时使用一种以上的粉末材料。

在创造这一层时，激光功率可以进行设置，这样较硬的材料就不会熔化。而小粉末颗粒就会像松饼里的蓝莓一样嵌入脱氧钢层中。这就形成了一个耐磨性极佳的外层。

但这个外层是很脆的，容易开裂，然后水分就会进入，腐蚀制动器。因此，首先要敷设一个纯不锈钢底层，以“密封”刹车盘，防止水分进入。

电动汽车 (EV) 的制动模式与汽油动力汽车差异很大。特别是，使用再生制动使汽车减速时就会不会用到制动器，因此磨损较少。事实上，电动汽车的磨损要小得多，所以需要重点考虑制动器腐蚀问题，而不是产生颗粒的问题（因为汽油车频繁刹车会将刹车盘表面的腐蚀物磨掉）。

在这种情况下，EV 盘式制动器镀膜可采用不同镀膜。也就是说，单层纯不锈钢镀层足以保护它们免受腐蚀，同时还能提供显著减少颗粒。

与传统的激光熔覆相比，EHLA 的速度更快，对金属粉末的利用也更高效，这意味着它更具成本效益。此外，除了灰铸铁和不锈钢外，它还适用于许多其他材料。如果这项技术很快就应用到了其他制造业领域，请不要感到惊讶。

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