ブレーキディスクの耐摩耗層へのレーザークラッディングの適用

都市部では、微粒子汚染は常に健康を危険にさらすほど深刻なものになる可能性があります。 その中で、微粒子の25％はブレーキディスクの摩耗から放出されます。 新しいレーザー耐摩耗性材料のクラッディング層は、自動車のブレーキディスクの耐摩耗性と耐食性のコーティングを実現できるようになりました。 これにより、摩耗を効果的に減らし、微粒子の汚染を減らし、ブレーキシステムの耐用年数を延ばすことができます。

耐摩耗性材料の使用は、微粒子の放出を減らすことができます
最新の研究によると、微粒子は大気汚染物質の中で私たちの健康に最も有害です。特に煤粒子などの超微粒子は発がん性物質に分類されます。さらに、微粒子はアレルギー、喘息、呼吸器疾患、心臓血管疾患を引き起こす可能性があります。内燃機関、特にディーゼルエンジンは、都市の微粒子汚染の主な原因として世論によって認識されています。そのため、各国は道路交通からの微粒子の排出を削減するための実行可能な対策について議論してきました。

 

 

多くのドライバーが不満を持っているのは、最初の規制が運転禁止と制限速度であるということです。しかし、現在の議論では、常に見過ごされていることが1つあります。それは、市内中心部で検出された微粒子の大部分が摩耗によって生成された微粒子に由来するため、ディーゼルエンジンは問題の1つの側面にすぎないということです。タイヤを除いて、これらの微粒子は主にブレーキディスクとブレーキパッドから来ます。電気自動車への大規模な切り替えでさえ、これを変えることはできません。ブレーキの摩耗を制御することによってのみ、微粒子の汚染を大幅に減らすことができます。したがって、ドイツは2021年半ばにブレーキをかけることによって引き起こされる微粒子の最大値の法的な定義をすることが期待されています。現在、メーカーとサプライヤーはすでに代替方法を探しています。

新しいレーザークラッディングプロセスは、摩耗と腐食を減らすことができます
耐摩耗性のクラッド層は、高負荷のコンポーネントを摩耗から保護するのに適しています。ただし、耐摩耗性のクラッド層は、従来の自動車のブレーキディスクではほとんど使用されていません。防食クラッドは、ブレーキディスクに以前から使用されてきました。対照的に、耐摩耗性のクラッド層は、これまで、高価なスポーツカーや高級車などのニッチな分野でのみ使用されてきました。コスト上の理由から、これまで使用されてきたクラッディングプロセスは工業的な大量生産には適していません。

 

 

技術革新により、将来この状況が変わる可能性があります。レーザーコーティングプロセス（クラッディングとも呼ばれます）を使用して、ブレーキディスクに標準化された高強度の耐摩耗性クラッディング層を実現し、摩耗と微粒子を大幅に削減します。耐用年数。スポーツカーの分野で使用されている溶射プロセスと比較して、レーザークラッディングは、より多くの材料とエネルギー消費を節約し、準備作業も削減するため、より経済的です。

 

したがって、新しい方法は、従来の灰色の鋳鉄製ブレーキローターの薄い耐摩耗層のクラッディングにも適しており、マスマーケットでも手頃な価格です。レーザークラッディング層は、小型車や軽自動車にも適用できます。クラッディングブレーキディスクの購入コストはわずかに高くなりますが、耐用年数が長いため、費用対効果が高くなります。さらに、レーザークラッディング層は熱処理コーティングよりも衝撃や打撃に敏感ではありません。溶射コーティングは基板に機械的に取り付けられているだけであり、レーザークラッディング層はねずみ鋳鉄基板と組み合わされているためです。

処理速度を上げることが成功への鍵です
新しいプロセスは、すでに産業分野で成功裏に適用されている従来のレーザークラッディングに基づいています。ただし、この従来のプロセスは、ブレーキディスクのクラッディングには適していません。その理由は、表面処理速度にあります。このプロセスは、大量生産された耐摩耗性部品には遅すぎます。したがって、処理速度を上げることは、経済的なクラッディングプロセスを実現するための決定的な要因です。

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最新の技術は、クラッディング層の厚さ、材料、ブレーキディスクのサイズに応じて、30秒以内にブレーキディスクの単層クラッディングを実現できます。このプロセスの前提は、最小限のエネルギー入力と、基板とクラッド材料の間の少量の融合です。これで、クラッディングプロセス全体を3〜5分で完了することができます。レーザービームと粉末供給ノズルの下で部品を高速で動かすことにより、処理時間を達成することができます。レーザーとノズルは上からワークピースに面しているため、溶射されたクラッド材は母材と溶けます。 2つの材料は溶融池で金と組み合わされ、冷却後の安定性が高くなっています。ブレーキディスククラッディングは、基本的に2つのステップで完了します。最初に、腐食を防ぐためにバッファ層をクラッディングします。続いて、耐摩耗性コーティングは炭化物材料で被覆されます。

ダイオードレーザー、より低い投資コストで最高の効果を得る
最高のクラッド効果を得るには、レーザービームの均一な強度分布が不可欠です。同時に、高速クラッディングには比較的大きなスポット径が必要です。適度なビーム品質のダイオードレーザーは、このプロセスに非常に適しています。ビーム品質が110または220mm・mradのレーザーを選択すると、3mm〜14mm以上のスポット径を実現できます。

 

これらのレーザーパラメータを選択することにより、焦点をぼかしたり、ビーム品質を低下させたりすることなく、均一な強度分布を持つ大きなスポットを実現できます。このようにして、ねずみ鋳鉄層の均一な溶融を達成することができ、母材とクラッド層との間に少量の溶融物を生成することができる。 80％〜90％の粉末利用率も好評です。溶射プロセスと比較して、ワイヤ供給クラッディングプロセスよりもわずかに低いですが、粉末供給クラッディングははるかに高くなっています。

 

最後に、同じビーム品質条件下で、ダイオードレーザーは最高の出力を達成できます。モジュラースタッキング技術の助けを借りて、ダイオードレーザーは最小の体積で最大10kW以上のキロワットレーザー出力を簡単に達成できます。この利点により、機器への合理的な投資が保証され、ダイオードレーザーに基づくプロセスの総コスト（TCO）を制御するのに役立ちます。

総括する
ブレーキディスクの耐摩耗層をダイオードレーザーで被覆することにより、将来的には技術と経済性の両面で信頼性の高いプロセスを実現し、ブレーキによる微粒子の放出を大幅に削減することができます。クラッド層でコーティングされたブレーキディスクも微粒子を生成しますが、クラッドを受けていないブレーキディスクよりもはるかに少ない微粒子を生成します。これにより、ねずみ鋳鉄製ブレーキディスクの費用効果の高い利点を維持できます。レーザー耐摩耗性のクラッディングプロセスは、次世代の標準化されたブレーキディスクへの道を開きます。