Hochleistungs-Kaltgasbeschichten etabliert sich

Oberflächen 08. 05. 2023
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Von Dr. Reeti Singh, Ján Kondás, Max Meinicke, Leonhard Holzgaßner und Dr. Sascha Bernhardt

Seit der Veröffentlichung der Euro-7-Norm ist die Beschichtung von Bremsscheiben zur Reduktion der Feinstaubbelastung in aller Munde. Das Unternehmen Impact Innovations GmbH aus Rattenkirchen nimmt hierbei eine führende Rolle ein. Die IMPACT- Kaltggasbeschichtungen sind inzwischen für Bremsscheiben von mehreren OEMs technisch qualifiziert. Daher wird die IMPACT-Kaltgasbeschichtungstechnologie derzeit von diesen für die Serienproduktion evaluiert.

Parallel zur Bremsscheibenbeschichtung läuft die Serienproduktion für weitere Anwendun­gen in der Automobilindustrie bereits an. Nachdem mit dem absehbaren Ende von Verbrennungsmotoren die Nachfrage an der Beschichtung von Zylinderlaufflächen stark abnimmt, entstehen neue Anwendungsfelder für Elektrofahrzeuge. Die dort verbaute Hochleistungselektronik, sogenannte IGBT-Module, bedürfen einer effizienten Kühlung. Das Hochdruck-Kaltgasbeschichten liefert hierfür eine beeindruckende Lösung. Auf Aluminiumkühlplatten aufgespritzte Kupferbeschichtungen bieten einen optimalen Wärmeübergang. Beim Kaltgasspritzen entsteht keine Oxidation im Prozess und es wird nach dem IACS-Standard eine elektrische Leitfähigkeit von bis zu 98 Prozent erzielt.

Darüber hinaus steigt die Nachfrage nach induktionsfähigen Beschichtungen für Kochgeschirr bei Impact Innovations stark an. Mehrere Großkunden vom Qualitätsanbieter aus dem oberen Leistungssegment bis zum Low-Cost-Anbieter für Massenware setzen immer mehr auf Kaltgasbeschichtungen von Impact Innovations. Selbst in der Raumfahrt bahnt sich die additive Fertigung von Brennkammern und Raketendüsen durch den Kaltgasprozess in Kleinserien an.

Bremsenbeschichtung zur Feinstaubreduktion

Bremsscheiben aus Grauguss sind nicht nur günstig in der Herstellung, sondern sie verfügen auch über alle notwendigen mechanischen Eigenschaften. Grauguss mit eingebettetem Graphit ist der gängigste Werkstoff, aus dem Bremsscheiben hergestellt werden. Schlechte Korrosionsbeständigkeit und übermäßiger Verschleiß der Bremsscheibe während des Betriebs sind jedoch die Hauptproblembereiche. Bremsscheiben sind extrem hohen Belastungen ausgesetzt und gehören zu den am stärksten beanspruchten Teilen eines Fahrzeugs. Sie müssen nicht nur aufgrund des hohen Verschleißes in relativ kurzen Abständen ausgetauscht werden, sondern der Verschleiß stellt auch eine starke Belastung der Umwelt dar.

Da für Kfz-Bremsscheiben aus Kostensicht noch kein anderer Werkstoff mit Grauguss konkurrieren kann, stellt die Beschichtung dieser Bremsscheiben eine praktikable und kostengünstige Lösung dar. Herkömmliche thermische Beschichtungsverfahren sind jedoch noch sehr material- und kostenintensiv und die geforderten Eigenschaften hinsichtlich Schichthaftung, Korrosionsbeständigkeit und Rissverhalten können nicht erfüllt werden.

Dank verbesserter Abgasreinigung kann bei modernen Autos eine Reduzierung der Abgasemissionen erreicht werden. Allerdings wird immer noch vernachlässigt, wie viel Feinstaub durch den Abrieb von Reifen und Bremsen entsteht. Gut die ­Hälfte des Feinstaubs im deutschen ­Straßenverkehr wird durch Reifen- und Straßenabrieb verursacht, ein weiteres Viertel durch ­Abrieb von Bremsbelägen. Emissionen aus dem Bremsenverschleiß wie Brems- oder Feinstaub sind für die Automobilindustrie aufgrund von strengeren und umweltfreundlicheren EU-Vorschriften (Euro 7) ein wachsendes Problem.

Bei einer Hochleistungs-Kaltgasbeschichtung mit dem IMPACT-Cold Spray System EvoCSII kommt es zu keiner Delamination oder starker Rissbildung in der Beschichtung und die Partikelemission wird um bis zu 90 Prozent reduziert. Das Kaltgasspritzverfahren überzeugt gegenüber anderen Beschichtungstechnologien durch seine Einfachheit, Leistungsstärke und geringen Kosten. Die Leistung der Beschichtung wurde hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Zughaftfestigkeit zwischen der Beschichtung und der Bremsscheibe bewertet. Die kaltgasgespritzte Verbundbeschichtung auf Bremsscheibe aus Grauguss zeigte im SAE J2522-Test eine Verschleißminderung von 95 Prozent. Zudem weist die Beschichtung auch nach extrem anspruchsvollen Prüfstandsläufen eine hervorragende Haftung ohne Delamination auf. Darüber hinaus wurden 720 Stunden Salzsprühnebeltest erfolgreich ohne jegliche Korrosion absolviert.

Da es sich um einen kalten Prozess handelt, gibt es keinen thermischen Verzug in der Grundscheibe und der Schichtaufbau zeichnet sich durch seine Gleichmäßigkeit aus. So können immer die selben Prozessparameter verwendet werden, unabhängig von den Abmessungen und der Form der Bremsscheiben. Dadurch können die Schichtdicke auf ein Minimum reduziert und die notwendigen Kosten für das anschließende Schleifen minimiert werden. Eine Bremsscheibe in Standardausführung kann auch im Einschichtsystem (ohne Zwischenschicht) in weniger als 30 ­Sekunden beschichtet werden. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen eine kostengünstige und ressourcenschonende Lösung für die Bremsscheibenanwendung mit kaltgasgespritzten Verbundbeschichtungen, die allen Anforderungen standhält.

Text zum Titelbild: Induktionsfähige Kaltgasbeschichtung für Kochgeschirr von Impact Innovations (rechts) sowie Hochleistungs-Kaltgasbeschichtung für Bremsscheiben

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