大部分的精細粉塵污染並非來自尾氣。在車輛行駛過程中，有高達 70% 的精細粉塵來源於輪胎、鋪裝路面以及煞車的磨損。新能源汽車也不外如是。電動車也不外如是。據歐盟環境署（EEA）估計，每年約有 25 萬名歐洲居民因精細粉塵污染過高而過早死亡。此前歐標排放標準僅對汽油車和柴油車的尾氣排放進行了規範。而隨著歐 7 標準的出臺，歐盟首次將監管範圍擴大到了所有乘用車的輪胎與煞車系統。所有要在 2026 年後繼續在歐盟銷售新車的汽車廠商，現在都必須迅速想出對策，看如何才能將煞車系統排放的精細粉塵減少 80%。
艱巨挑戰
Claus-Ulrich Lott 博士現任 Nagel 公司的總經理。在他踱步穿過主廠房那片充滿陽光且老舊的區域，一一列舉道：「解決方案應該具備什麼條件？首先是要滿足歐盟標準。幾乎無磨損。這是毋庸置疑的。第二點就是要成本低廉。煞車是大量生產的產品，因此單件價格是關鍵因素，哪怕成本只有幾分錢的差別。第三點則是它必須盡可能地無縫融入現有的生產流程。」Lott 博士在煞車碟盤試生產設備前停下了腳步。「為此，我們決定製造一台可為煞車碟盤施加超硬塗層的機台。」
在機台圓臺上，一塊鑄鐵材質的乘用車煞車碟盤在雷射加工頭和七個粉末輸送噴嘴下旋轉。高速雷射金屬熔覆單元，即所謂的 NaCoat，其能夠塗覆兩層材料。首先是 0.1 毫米厚的不銹鋼附著層。其上又會被塗覆 0.2 毫米厚的功能層，該層充滿了超硬的碳化物顆粒。Lott 解釋說：「經過三十秒的加工後，表面塗層在顯微鏡下看起來就像一塊裹著整顆堅果的巧克力：堅硬顆粒從塗層中突起。」 「但這種狀態還不足以減少精細粉塵的排放。」
所以煞車碟盤還會被送入 NaGrind 磨床之中，然後由 36 把金剛石刀具將其打磨光滑。至此，超硬汽車煞車碟盤才算製造完成。耐磨層的硬度約為標準鑄鐵煞車碟盤的十倍，使用壽命也大幅延長。
左圖是一台碟片式雷射機為兩套高速塗層系統提供雷射能量；右圖是煞車碟盤正接受最後打磨。
關鍵在於雷射束
Lott 表示：「所以為煞車碟盤施加堅硬塗層的想法也就順理成章了。但如何才能實現？」有三種製程很快被排除在外：電化學塗層——太髒。熱噴塗——太慢。冷噴塗——太貴，而且還並不適合所有種類的煞車碟盤。由於清潔且加工時間短，Lott 最終選擇了高速雷射金屬熔覆製程，即所謂的 Laser Metal Deposition (HS-LMD)。
Lott 笑著說：「當人們要將想法付諸實踐時，問題才總是真正出現。比如說鑄鐵，它是一種對塗層不利的基材。」塗層難以附著，因此需要消耗大量粉末。「而粉末在煞車碟盤的生產過程中最終會占到製造成本的 60% 到 70%。因此我們的設備就必須高效利用粉末，換句話說就是要將輸送來的粉末物盡其用。」那麼，Nagel 公司現在是如何減少粉末消耗的呢？
「我們在研發階段就與 TRUMPF 展開了合作。雙方在光束成形方面採用了雙重技巧。」BrightLine Weld 光束成形技術 會將雷射功率劃分為可獨立調節的纖芯區和包層區，類似於既可中心噴水，也可環形噴水的花灑。這樣一來，能量和熱量的輸入就會被最佳化調節。一方面，煞車碟盤幾乎不會發生變形。另一方面，塗層會明顯變薄，因此消耗的粉末也就更少。TRUMPF 的雙焦技術是降低粉末消耗的第二個關鍵：在粉末灑落到鑄件之前，一部分雷射光束會稍微加熱鑄鐵零件。這樣一來，粉末就能夠馬上附著，不會被彈開並成為昂貴的廢料。機台在塗覆過程中可利用多達 94% 的粉末。Nagel 公司現已掌握了歐 7 標準低磨損煞車碟盤的經濟製造方法。
得益於 TRUMPF 的 BrightLine Weld 解決方案，在粉末鋪粉過程中，多達 94% 的粉末都會牢固附著在煞車碟盤上。
電動車煞車碟盤的生銹問題也被順帶解決了
搭載超硬煞車碟盤的電動車於城市中安靜穿行之時，除了幾乎不會排放精細粉塵外，還給其駕駛員帶了一項額外優勢：進一步提升了電動車的安全性。因為這種塗層煞車碟盤具備抗腐蝕能力，所以無需擔心生銹。而這對於電動車來說絕對是一個好消息。電動車在日常行駛中主要依靠動能回收進行制動。即透過馬達反轉在驅動鏈中產生阻力，從而完成車輛制動。機械煞車碟盤的使用頻率因此就變得很低，久而久之就會生銹。
Lott 解釋道：「如果某天你在高速公路上必須緊急制動，但煞車碟盤已經生銹，那麼脫落的銹蝕顆粒就會嚴重增加制動距離，而這是非常嚴重的安全隱患。」 而採用硬質塗層煞車碟盤後，這種隱患便不復存在。
兼具經濟效益和環保效益
Lott 博士于兩年半之前出任了 Nagel 公司的總經理，並專注於轉型和煞車碟盤業務。「我們此前的業務高度依賴內燃機，但該領域的業務正明顯萎縮。透過為歐 7 標準設計的煞車碟盤解決方案，我們希望推出一種不涉及驅動系統的產品，同時繼續深耕於我們最熟悉的行業。」銷量證明了其決策是明智的：在最開始的六個月內，Nagel 公司就已交付了數十台煞車碟盤量產設備。
汽車廠家與零部件供應商正積極準備著全面切換到歐 7 標準。首款搭載硬質塗層煞車碟盤的車型預計將於 2025 年底上路：大規模的裝車測試已在緊鑼密鼓地進行當中。Lott 博士對這一業績頗感自豪，但他也只是稍作表揚便轉向更為嚴肅的話題：「更重要的是，我們的設備有助於減少精細粉塵排放，保護人們免遭健康危害。我對此倍感欣慰。」
- 首先由機械手抓取表面未經處理的鑄鐵煞車碟盤，將其送入塗層室。
- 然後由雷射金屬熔覆機台在其表面施加一層超硬碳化物塗層。在此過程中，雷射加熱與光束成形技術會最大限度地提升粉末利用率。
- 最後便由磨床對煞車碟盤進行交叉打磨，使其獲得最終的表面結構和幾何形狀。至此便生產完成。
點擊此處即可詳細瞭解如何利用雷射金屬熔覆技術製造符合歐 7 標準的煞車碟盤。
