在城市地區(qū)，細(xì)微顆粒污染總是能嚴(yán)重到危害健康的程度。其中25%的細(xì)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(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)汽車剎車盤的耐磨與防腐鍍層。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)剎車系統(tǒng)的使用壽命。

圖片來源：Laserline

使用耐磨材料，可以降低細(xì)微顆粒排放

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)微顆粒主要來源于剎車盤與剎車片。即使大規(guī)模改用電動(dòng)汽車也無法改變這一點(diǎn)。

只有控制剎車磨損，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。

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(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)汽車剎車盤。防腐蝕熔覆層在剎車盤上的應(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)位跑車與豪車這類小眾領(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)在未來改變這種局面：現(xiàn)在可以使用激光鍍層工藝（也被稱為熔覆）在剎車盤上實(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�更加�?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)灰鑄鐵剎車動(dòng)盤的薄耐磨層熔覆，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。熔覆剎車盤雖然購(gòu)置成本略高，但使用壽命更長(zhǎng)，所以性價(jià)比高。此外，激光熔覆層對(duì)沖撞和打擊沒有熱處理鍍層敏感：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。

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提高加工速率是成功的關(guān)鍵

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盤熔覆。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(gè)熔覆過程現(xiàn)在可以在3-5分鐘內(nèi)完成。

通過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。

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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(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）。 

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總結(jié)：通過二極管激光器對(duì)剎車盤的耐磨層熔覆可以在未來實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)兼?zhèn)浼夹g(shù)與經(jīng)濟(jì)性的可靠工藝，從而顯著降低剎車導(dǎo)致的細(xì)微顆粒排放。雖然鍍了熔覆層的剎車盤也會(huì)產(chǎn)生細(xì)微顆粒，但與未經(jīng)過熔覆的剎車盤相比，所產(chǎn)生的細(xì)微顆粒少很多。這能夠保留灰鑄鐵剎車盤性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)。激光耐磨熔覆工藝為下一代標(biāo)準(zhǔn)化剎車盤鋪平了道路。