大部分的精细粉尘污染并非来自尾气。在车辆行驶过程中，有高达 70% 的精细粉尘来源于轮胎、铺装路面以及刹车的磨损。新能源汽车也不外如是。据欧盟环境署（EEA）估计，每年约有 25 万名欧洲居民因精细粉尘污染过高而过早死亡。此前欧标排放标准仅对汽油车和柴油车的尾气排放进行了规范。而随着欧 7 标准的出台，欧盟首次将监管范围扩大到了所有乘用车的轮胎与刹车系统。所有要在 2026 年后继续在欧盟销售新车的汽车厂商，现在都必须迅速想出对策，看如何才能将刹车系统排放的精细粉尘减少 80%。
艰巨挑战
Claus-Ulrich Lott 博士现任 Nagel 公司的总经理。在他踱步穿过主厂房那片充满阳光且老旧的区域，一一列举道：“解决方案应该具备什么条件？首先是要满足欧盟标准。几乎无磨损。这是毋庸置疑的。第二点就是要成本低廉。刹车是大量生产的产品，因此单件价格是关键因素，哪怕成本只有几分钱的差别。第三点则是它必须尽可能地无缝融入现有的生产流程。”Lott 博士在刹车盘试生产设备前停下了脚步。“为此，我们决定制造一台可为刹车盘施加超硬涂层的机床。”
在机床圆台上，一块铸铁材质的乘用车刹车盘在激光加工头和七个粉末输送喷嘴下旋转。高速激光金属熔覆单元，即所谓的 NaCoat，其能够涂覆两层材料。首先是 0.1 毫米厚的不锈钢附着层。其上又会被涂覆 0.2 毫米厚的功能层，该层充满了超硬的碳化物颗粒。Lott 解释说：“经过三十秒的加工后，表面涂层在显微镜下看起来就像一块裹着整颗坚果的巧克力：坚硬颗粒从涂层中突起。” “但这种状态还不足以减少精细粉尘的排放。”
所以刹车盘还会被送入 NaGrind 磨床之中，然后由 36 把金刚石刀具将其打磨光滑。至此，超硬汽车刹车盘才算制造完成。耐磨层的硬度约为标准铸铁刹车盘的十倍，使用寿命也大幅延长。
左图是一台碟片激光器为两套高速涂层系统提供激光能量；右图是刹车盘正接受最后打磨。
关键在于激光束
Lott 表示：“所以为刹车盘施加坚硬涂层的想法也就顺理成章了。但如何才能实现？“有三种工艺很快被排除在外：电化学涂层——太脏。热喷涂——太慢。冷喷涂——太贵，而且还并不适合所有种类的刹车盘。由于清洁且加工时间短，Lott 最终选择了高速激光金属熔覆工艺，即所谓的 Laser Metal Deposition (HS-LMD)。
Lott 笑着说：“当人们要将想法付诸实践时，问题才总是真正出现。比如说铸铁，它是一种对涂层不利的基材。”涂层难以附着，因此需要消耗大量粉末。“而粉末在刹车盘的生产过程中最终会占到制造成本的 60% 到 70%。因此我们的设备就必须高效利用粉末，换句话说就是要将输送来的粉末物尽其用。”那么，Nagel 公司现在是如何减少粉末消耗的呢？
“我们在研发阶段就与通快展开了合作。双方在光束成形方面采用了双重技巧。“BrightLine Weld 光束成形技术会将激光功率划分为可独立调节的纤芯区和包层区，类似于既可中心喷水，也可环形喷水的花洒。这样一来，能量和热量的输入就会被优化调节。一方面，刹车盘几乎不会发生变形。另一方面，涂层会明显变薄，因此消耗的粉末也就更少。通快的双焦技术是降低粉末消耗的第二个关键：在粉末洒落到铸件之前，一部分激光束会稍微加热铸铁零件。这样一来，粉末就能够马上附着，不会被弹开并成为昂贵的废料。机床在涂覆过程中可利用多达 94% 的粉末。Nagel 公司现已掌握了欧 7 标准低磨损刹车盘的经济制造方法。
得益于通快的 BrightLine Weld 解决方案，在粉末铺粉过程中，多达 94% 的粉末都会牢固附着在刹车盘上。
新能源汽车刹车盘的生锈问题也被顺带解决了
搭载超硬刹车盘的新能源汽车于城市中安静穿行之时，除了几乎不会排放精细粉尘外，还给其驾驶员带了一项额外优势：进一步提升了新能源汽车的安全性。因为这种涂层刹车盘具备抗腐蚀能力，所以无需担心生锈。而这对于新能源汽车来说绝对是一个好消息。新能源汽车在日常行驶中主要依靠动能回收进行制动。即通过电机反转在驱动链中产生阻力，从而完成车辆制动。机械刹车盘的使用频率因此就变得很低，久而久之就会生锈。
Lott 解释道：“如果某天你在高速公路上必须紧急制动，但刹车盘已经生锈，那么脱落的锈蚀颗粒就会严重增加制动距离，而这是非常严重的安全隐患。” 而采用硬质涂层刹车盘后，这种隐患便不复存在。
兼具经济效益和环保效益
Lott 博士于两年半之前出任了 Nagel 公司的总经理，并专注于转型和刹车盘业务。“我们此前的业务高度依赖内燃机，但该领域的业务正明显萎缩。通过为欧 7 标准设计的刹车盘解决方案，我们希望推出一种不涉及驱动系统的产品，同时继续深耕于我们最熟悉的行业。”销量证明了其决策是明智的：在最开始的六个月内，Nagel 公司就已交付了数十台刹车盘量产设备。
汽车厂家与零部件供应商正积极准备着全面切换到欧 7 标准。首款搭载硬质涂层刹车盘的车型预计将于 2025 年底上路：大规模的装车测试已在紧锣密鼓地进行当中。Lott 博士对这一业绩颇感自豪，但他也只是稍作表扬便转向更为严肃的话题：“更重要的是，我们的设备有助于减少精细粉尘排放，保护人们免遭健康危害。我对此倍感欣慰。“
- 首先由机械手抓取表面未经处理的铸铁刹车盘，将其送入涂层室。
- 然后由激光金属熔覆机床在其表面施加一层超硬碳化物涂层。在此过程中，激光加热与光束成形技术会最大限度地提升粉末利用率。
- 最后便由磨床对刹车盘进行交叉打磨，使其获得最终的表面结构和几何形状。至此便制造完成。
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