Nuevo proceso de recubrimiento brinda protección efectiva para los discos de freno

Más que muchas otras autopartes, los discos de freno están sujetos a cargas mecánicas repetidas. Como resultado de esta abrasión continua, producen partículas finas, lo que representa una carga ambiental considerable.

Un nuevo proceso de recubrimiento desarrollado por el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT y la Universidad RWTH Aachen puede reducir significativamente este impacto. Mediante el uso de la “deposición de material láser de alta velocidad extrema”, conocida por el acrónimo EHLA, se ha demostrado que es posible brindar a los discos de freno una protección efectiva contra el desgaste y la corrosión en un procedimiento que es rápido y económico.

“El proceso EHLA es ideal para su uso en la industria automotriz, especialmente para recubrir discos de freno”, señala Thomas Schopphoven, investigador y líder del equipo de Tecnología de Productividad y Sistemas dentro del grupo de Deposición de Material Láser en Fraunhofer ILT. “Convencionalmente, es muy difícil recubrir los discos de freno porque tienen que soportar altas cargas y también hay consideraciones económicas y ambientales, pero con EHLA, ahora es posible aplicar recubrimientos que forman un enlace metalúrgico con el material base del disco y, por lo tanto, se adhieren muy fuertemente. A diferencia de los recubrimientos convencionales, estos no se desprenden ni se astillan”.

Avance en procesos convencionales

Los recubrimientos generados con procesos convencionales tienen poros y grietas. Con el proceso EHLA, el recubrimiento permanece intacto y, por lo tanto, ofrece una protección más larga y efectiva para el componente. Esto aumenta la vida útil y evita fallas tempranas como resultado de daños en la superficie del disco de freno. Además, el proceso es adecuado para una amplia gama de materiales. Por lo tanto, es posible seleccionar un recubrimiento ecológico para cada aplicación específica.

El proceso EHLA es una nueva variante de proceso en la conocida deposición de material láser, que ha demostrado ser altamente exitosa en áreas como la reparación de aspas de turbina. Sin embargo, EHLA tiene una serie de ventajas decisivas.

La alta velocidad del proceso reduce la entrada de calor

Con el proceso EHLA, las partículas de polvo del material de recubrimiento se funden directamente en el rayo láser, en lugar de en un grupo de fusión en la superficie del componente. Dado que el grupo de fusión ahora se alimenta de gotas líquidas de material, en lugar de partículas sólidas de polvo, el proceso de recubrimiento es mucho más rápido, pasando de 0.5 a 2 metros por minuto con deposición de material láser convencional hasta 500 metros por minuto.

Esto también reduce sustancialmente la exposición al calor del material que se está recubriendo. A diferencia de la deposición de material láser convencional, donde la zona afectada por el calor puede tener una profundidad de uno o más milímetros, la exposición térmica con el proceso EHLA permanece en el rango de micrómetros. Esto permite el uso de combinaciones de materiales completamente nuevos, como recubrimientos para aleaciones de aluminio o hierro fundido (como en los discos de freno).

La baja entrada de calor evita que el carbono del disco de freno se disuelva en la masa fundida, lo que de lo contrario daría lugar a fases frágiles, poros, defectos de unión y grietas en la zona de recubrimiento y unión. En otras palabras, es posible generar discos de freno hechos de hierro fundido gris con un recubrimiento efectivo que esté firmemente unido con el material base.

Un proceso confiable y eficiente en recursos que ofrece calidad

Con la deposición de material con láser, el recubrimiento producido generalmente tiene un espesor de al menos medio milímetro. Esto consume mucho material y también hace que el acabado sea mucho más complicado. Por el contrario, el proceso EHLA produce capas muy delgadas de entre 25 y 250 micrómetros. Como resultado, el recubrimiento es más puro y más liso, con una rugosidad reducida a aproximadamente 1/10 de su valor anterior.

Además, el proceso EHLA utiliza hasta 90% del material en polvo alimentado. Por lo tanto, es extremadamente eficiente en recursos y más económico, lo cual es un requisito básico para su uso en un entorno industrial de producción masiva.

De hecho, sus aplicaciones industriales pronto podrían ser una realidad. Las investigaciones iniciales han demostrado que el proceso EHLA es capaz de generar recubrimientos de manera confiable, con diferentes combinaciones de materiales, para discos de freno convencionales hechos de hierro fundido gris. Un sistema que está listo para su uso en la producción masiva, incluido un proceso de molienda modificado para terminar los componentes, se encuentra actualmente en construcción en la empresa HPL Technologies, con sede en Aquisgrán.

EHLA multipremiada

Entre tanto, las virtudes de este nuevo proceso han convencido a los jurados de tres premios diferentes de innovación: el Premio Joseph von Fraunhofer en 2017; Berthold Leibinger Innovationspreis en 2018; y, en el mismo año, el segundo lugar en el Stahl-Innovationspreis, en la categoría “Acero en Investigación y Desarrollo”, como una alternativa ecológica, basada en láser a los recubrimientos de cromo (VI).

Los detalles sobre el proceso EHLA y otras tendencias actuales de la investigación y el desarrollo se presentarán del 10 al 13 de septiembre en el stand conjunto de Fraunhofer (C12, en el Pabellón 4.1) en el Salón Internacional del Automóvil IAA de este año en Frankfurt.