레이저로 차량 오염을 막습니다
새로운 레이저 클래딩 방법은 보호 금속층을 생성하여 디스크 브레이크에서 발생하는 미세 입자를 크게 줄일 수 있습니다.
2022년 4월 25일 작성자: 일관적인
차량에서 배출되는 작은 입자 배출의 21%가 배기관이 아닌 브레이크에서 나온다는 사실을 알고 계셨습니까? 그 이유는 디스크 브레이크를 사용할 때마다 약간의 재료가 브레이크 로터와 패드에서 마모되기 때문입니다. 직경이 10μm 미만인 마모된 물질의 입자(PM10이라고 함)는 공기 중에 떠오를 수 있습니다. 그러나 배기관 배출과 달리 이러한 배출을 측정하는 간단한 방법이 없었으며 더 중요한 것은 이를 제어할 수단이 없다는 것입니다.
긴장을 풀기가 어렵습니다
대부분의 디스크 브레이크 로터는 회주철로 만들어집니다. 이 소재는 브레이크 부품이 자주 도달하는 고온을 견딜 수 있으며 상대적으로 저렴합니다. 그러나 회주철은 쉽게 마모되어 이미 언급한 미립자를 생성합니다. 게다가 부식됩니다.
명확한 해결책은 브레이크 로터 표면에 스테인레스 스틸과 같은 더 단단한 재료로 얇은 코팅을 적용하여 마모와 부식으로부터 보호하는 것입니다. 그러나 이와 같은 코팅을 만드는 데 일반적으로 사용되는 기술 중 어느 것도 디스크 브레이크에는 유용하지 않습니다. 예를 들어, 전기 도금 및 열 분사로 생성된 코팅은 회주철과 야금학적으로 결합되지 않습니다. 즉, 부서지거나 벗겨질 수 있습니다. 게다가 이러한 방법은 구현 비용이 많이 듭니다.
기존의 레이저 클래딩(레이저 재료 증착 또는 LMD라고도 함)도 답을 제공하지 않습니다. 이 기술에서는 분말형 스테인리스강을 부품 표면에 증착하고 고출력 다이오드 레이저 또는 파이버 레이저를 사용하여 이 분말과 부품을 모두 녹입니다. 이는 재응고되어 모재와 강한 야금학적 결합을 갖는 새로운 코팅층을 형성합니다.
그러나 레이저는 또한 회주철을 충분히 녹여 거기에서 나온 탄소의 일부가 강철 코팅으로 이동할 수 있습니다. 이렇게 하면 코팅이 약해지거나 부품 수명을 단축시킬 수 있는 균열이나 기타 결함이 발생하게 됩니다.
새로운 레이저 클래딩 기술로 주기를 단축함
Fraunhofer 레이저 기술 연구소 ILT 및 RWTH Aachen University(둘 다 독일 아헨 소재)의 엔지니어 그룹은 솔루션을 제공하는 새로운 레이저 재료 증착 공정을 개발했습니다. Extreme High-speed Laser Material Deposition(또는 독일 약어 EHLA)이라고 불리는 그들의 방법은 레이저 클래딩에 몇 가지 핵심 혁신을 도입합니다.
기존 LMD와 마찬가지로 EHLA는 디스크 브레이크 표면에 금속 분말을 분사하고 고출력 다이오드 레이저로 두 금속을 모두 녹입니다.(하이라이트 DL 시리즈).그러나 EHLA는 클래딩 파우더가 부품 표면에 도달하기 전에 레이저 빔에서 "즉시" 녹을 수 있도록 맞춤 설계된 노즐을 사용합니다. 따라서 액체 방울은 용융된 회주철의 매우 얇은 층에 있는 부품에 떨어집니다. 이 모든 금속은 빠르게 재응고되어 얇은 코팅을 형성합니다.
EHLA는 상당한 양의 탄소가 코팅으로 이동할 만큼 브레이크 로터를 충분히 가열하지 않습니다. 따라서 재료 자체의 변경으로 인해 발생할 수 있는 모든 문제를 방지합니다. 그러나 이는 금속학적으로 부품에 접착되는 강력하고 얇은 층을 생성합니다. 그리고 기존 클래딩보다 파우더 사용 측면에서 훨씬 빠르고 효율적입니다. 이 모든 것이 자동차 제조업체에게 실행 가능한 상업적 프로세스가 됩니다.
EHLA는 성공을 위한 비결입니다
EHLA는 애플리케이션의 정확한 요구 사항을 충족하도록 맞춤화할 수 있는 유연한 방법입니다. 예를 들어, 휘발유 차량용 브레이크를 코팅할 때 두 개의 서로 다른 층을 증착하는 것이 유용할 수 있습니다. 최상층은 강철과 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드 또는 기타 매우 단단한 재료를 결합합니다. EHLA 클래딩 노즐은 한 번에 두 개 이상의 분말 재료를 사용할 수 있도록 특별히 설계되었습니다.
이 레이어를 생성할 때 레이저 출력은 더 단단한 재료가 녹지 않도록 설정됩니다. 오히려 작은 분말 입자는 머핀의 블루베리처럼 단단한 강철 층에 단순히 박혀 있게 됩니다. 이는 내마모성이 매우 뛰어난 외부 레이어를 생성합니다.
그러나 이 외부 층은 부서지기 쉬우므로 갈라지기 쉬우며 결과적으로 습기가 유입되어 브레이크를 부식시킬 수 있습니다. 따라서 브레이크 로터를 '밀봉'하고 습기가 닿는 것을 방지하기 위해 먼저 순수한 스테인리스 스틸로 된 기본 레이어를 씌웁니다.
전기 자동차(EV)의 제동 패턴은 휘발유 자동차의 제동 패턴과 매우 다릅니다. 특히, 회생제동을 적용하면 브레이크를 많이 사용하지 않고도 차량의 속도를 늦추어 마모가 줄어든다. 실제로 EV는 마모가 훨씬 적기 때문에 입자 발생보다 브레이크 부식이 더 큰 고려 사항입니다(왜냐하면 휘발유 차량의 빈번한 제동으로 인해 로터 표면의 부식이 마모되기 때문입니다).
이 경우 EV 디스크 브레이크 코팅에 다른 레시피를 사용할 수 있습니다. 즉, 단일 순수 스테인레스 스틸 층은 부식으로부터 보호하기에 충분하며 여전히 적절한 수준의 입자 감소를 제공합니다.
EHLA는 기존 레이저 클래딩보다 더 빠르고 금속 분말을 더 효율적으로 활용하므로 비용 효율성이 더 높습니다. 또한 회주철과 스테인리스강 외에도 다른 많은 재료에도 유용합니다. 이 기술이 곧 다른 제조 영역으로 확산되더라도 놀라지 마십시오.
EHLA 공정을 통해 금속 코팅을 얼마나 균일하게 적용할 수 있는지 알아보세요 –
