Conventionele remschijven bestaan uit gietijzer met ingebedde grafiet. De voordelen daarvan zitten in een goede warmtegeleiding en een goede warmteopslagcapaciteit. Ze zijn ook redelijk goedkoop. Maar hun nadeel is dat ze gevoelig zijn voor corrosie en hoge slijtage tijdens het gebruik. En dat is precies wat leidt tot een aanzienlijke uitstoot van fijnstof en een enorme milieuvervuiling.
Dit kan snel veranderen. In een gezamenlijk project van het Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT en de Digital Additive Production DAP-leerstoel van de RWTH Aachen University hebben wetenschappers een speciaal coatingprocédé ontwikkeld dat deze factoren aanzienlijk vermindert. Matthias Brucki van het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT, legt uit dat het beschermen van onderdelen tegen slijtage en corrosie geen eenvoudige zaak is. “De gebruikelijke processen, zoals hardverchromen en thermisch spuiten, hebben hun nadelen. Het laserdepositie lassen is tot nu toe slechts incidenteel handig gebleken. Toch zit daar de oplossing. Met het Extreme High Speed Laser Deposition Welding (EHLA) hebben we nu een alternatief, gepatenteerd proces ontwikkeld dat de tekortkomingen van conventionele processen op het gebied van coatingtechnologie en reparatie elimineert.”
Bij dit zogenaamde extreem snelle laserdepositie lassen worden slijtage- en corrosiebeschermende coatings voor het eerst snel en economisch op de remschijven aangebracht. Thomas Schopphoven, onderzoeksmedewerker en teamleider voor Productiviteit en Systeemtechnologie in de laserdepositielasgroep van het Fraunhofer ILT, noemt het EHLA-proces bijzonder geschikt voor de automobielindustrie, met name voor het coaten van remschijven. “EHLA maakt het voor het eerst mogelijk om remschijven met een goede hechting te voorzien van coatings die stevig aan het basismateriaal vastzitten en die, in tegenstelling tot coatings geproduceerd door conventionele processen, niet kunnen afschilferen.”
Terwijl de lagen van conventionele processen poriën en scheuren vertonen, zijn de lagen die met het EHLA-proces worden geproduceerd dicht. Zo beschermen ze het onderdeel veel efficiënter en veel langduriger. Dit voorkomt voortijdige uitval door beschadiging van de wrijvingsvlakken. Brucki benadrukt dat de ontwikkeling van coatings voor remschijven gericht is op de bescherming tegen slijtage en corrosie vanuit ecologisch én economisch oogpunt. “Met EHLA kunnen hoogwaardige, poriënvrije en scheurvrije coatings met metallurgische verlijming en lage mengverhouding worden geproduceerd uit een breed scala aan materialen. De functionele eigenschappen van de remschijf mogen niet worden verminderd door de coating.”
Precies omdat voor dit proces een breed scala aan materialen kan worden verwerkt, is het gebruik van milieuvriendelijke materialen mogelijk.
Nieuwe procescontrole
EHLA’s innovatie is gebaseerd op een al bekend laserdepositie-lasproces. Dit wordt met succes gebruikt, bijvoorbeeld als reparatiemethode voor turbinebladen. Maar EHLA biedt meer voordelen: bij dit proces worden de poederdeeltjes van het coatingmateriaal direct in de laserstraal gesmolten. Bij conventionele processen gebeurt dit alleen in het smeltbad aan de oppervlakte. Ook de processnelheid gaat sterk omhoog: van de vorige 0,5 tot 2 meter per minuut tot 500 meter per minuut.
De hoge processnelheid resulteert in een aanzienlijke vermindering van het warmte-effect op het te coaten materiaal. Terwijl het conventionele laserdepositie-lassen het materiaal tot op de millimeter nauwkeurig thermisch beïnvloedt, doet EHLA dat zelfs op micrometerniveau. Dit maakt volledig nieuwe materiaalcombinaties mogelijk. Hiertoe behoren de coatings van aluminium of gietijzerlegeringen – zoals nu het geval is met remschijven. Maar dat is nog niet alles, zegt Brucki: “Dankzij de tolerante procescondities kan EHLA worden gebruikt om een breed scala aan materialen te verwerken. In het conventionele lasproces wordt de koolstof van de remschijf in de smelting opgelost. Dit resulteert in brosse fasen, poriën, hechtingsfouten en scheuren in de coating of hechtingszone. Met EHLA wordt dit vermeden door het speciale proces. Voor het eerst kunnen remschijven van grijs gietijzer effectief worden beschermd door middel van materiaalvergrendeling in verlijmde lagen.”
Efficiënt, betrouwbaar en met een hoge kwaliteit
Het EHLA-proces maakt het nu ook mogelijk om zeer dunne lagen aan te brengen met een dikte van 25 tot 250 micrometer. De laag wordt schoner en gladder. Op deze manier kan de ruwheid worden gereduceerd tot ongeveer een tiende van de vorige waarden. Daarnaast wordt minder materiaal gebruikt in het nieuwe EHLA-proces. Dit maakt het proces grondstofbesparend en economisch.
De eerste onderzoeken hebben aangetoond dat het EHLA-proces het mogelijk maakt om gecoate remschijven te produceren op basis van conventionele gietijzeren schijven met verschillende materiaalcombinaties. Een systeemtechnologie die geschikt is voor serieproductie met een aangepaste afwerking door middel van slijpen wordt momenteel in Aken door HPL Technologies opgezet.
Brucki ziet ook andere toepassingsgebieden: “Naast de vele mogelijkheden voor de automobielindustrie zijn coatings op componenten in de offshore-industrie met de hoogste corrosie- en slijtagecondities, zoals hydraulische cilinders, eveneens kansrijk. Naast corrosie- en slijtvastheid kan EHLA worden gebruikt voor het aanbrengen van coatings met een gedefinieerde oppervlaktetopografie, waardoor het onderdeel extra functies krijgt.” Daarnaast ziet Brucki mogelijkheden die verder gaan dan het coaten, bijvoorbeeld in de hybride-additieve benadering voor de productie van volume-elementen op bestaande, conventioneel geproduceerde componenten.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
