Elektrifiering av fordon: Trender, utmaningar och möjligheter för ytbehandlingsindustrin

Elektrifiering av fordon

Trender, utmaningar och möjligheter för ytbehandlingsindustrin

Elektrifiering av fordon kommer att påverka ytbehandlingsindustrin. Dr Matthias Hoch från Atotech belyste frågorna i ett föredrag och ansåg att det finns stora möjligheter för de ytbehandlingsföretag som anammar kommande krav.

BILD: AUDI AG

Den nya Audi A8 L innehåller många olika material så som höghållfast stål, aluminium, magnesium och kolfiber.

Den globala produktionen av personbilar har de senaste åren varit runt 90 miljoner per år. De senaste två åren ha det varit en nedgång vilket är väldigt tydligt för pandemiåret 2020. Trots en total minskning av produktionen av fordon är ökningen av både hybrider och renodlade elbilar påtaglig. Jämfört med 2016 visar 2020 en ökning av hybrider med 275 % och elbilar med hela 435 %. Bilar med förbränningsmotor har backat med 28 %. Man kan också notera att tillverkningen av både hybrider och rena elbilar har ökat mellan 2019 och 2020 trots att den totala produktionen av bilar har minskat. (se tabell 1 på nästa sida). Även om det är svårt att ge en prognos, bland annat beroende på pandemin, så finns det många starka indikationer på att andelen elbilar kommer att öka kraftigt globalt. En annan tydlig trend är att andelen premiumbilar ökar. Det spås en tillväxt inom det segmentet med drygt 6 % per år under de kommande fem åren. Större bilar innebär fler och större komponenter som kräver ytbehandling.

Elhybrider har betydligt fler fästelement än konventionella bilar med förbränningsmotorer vilket framgår av tabell 2 (nästa sida). Vikten av fästelement i en elhybrid är cirka 25 % högre än i en konventionell bil. Det betyder ökade ytbehandlingsvolymer. Eftersom storleken på detaljerna generellt är mindre och dessutom fler än dubbelt så många, är arean som ska ytbehandlas betydligt större än idag. Ur ett ytbehandlingsperspektiv innebär det krav på fler olika metoder och även utrustning, som till exempel trummor med möjlighet att ytbehandla mycket små komponenter.

ÖKANDE KRAV PÅ YTORNA Kraven på de ytbehandlade ytorna ökar från bilindustrin. Det gäller bland annat friktionsegenskaper, livslängd, viktminskning och elektriska egenskaper. Sedan länge har krav på friktionskoefficient funnits på ytbehandlingar för att kunna Dr Matthias Hoch, Atotech. garantera att använt åtdragningsmomentet ger rätt förspänning i ett skruvförband. Men enligt Daimlers specifikation MBN 10544, som släpptes 2016, har kraven skärpts betydligt. Nu ska friktionskoefficienten vara samma, inte bara mot stål, utan även mot aluminium och ED-lack. Friktionen ska också vara inom intervallet 0,08 – 0,14 vid montering med både 200 varv per minut och 20 varv per minut. Det gäller vid första monteringen men också vid fyra kommande tillfällen.

Det finns åtminstone två faktorer som pekar på att ytbehandlingar med bättre

VM

UM

TM

SM

RM

QM

PM

OM

NM

M

2016 2017 2018 2019 2020 cöêÄê®ååáåÖ eóÄêáÇ _~ííÉêá

Tabell 1: Den årliga bilproduktionens sammansättning i antal miljoner producerade bilar.

korrosionsegenskaper efterfrågas. Den ena är den ökande livslängden av bilar, något man ser både i Asien, Amerika och Europa. Under perioden 2007 till 2015 har livslängden för bilar i Europa ökat med i genomsnitt 3,1 % per år. Ett annat exempel är bromsklossar. Idag byts dessa normalt med två till tre års mellanrum. För elbilar är situationen helt annorlunda. Det mesta av bromsverkan åstadkoms genom återladdning av batterierna. Det traditionella bromssystemet är mer att betrakta som en nödbroms. Detta innebär att bromsklossar kan förväntas ha samma livslängd som bilen. Då räcker det inte längre med bara fosfatering eller pulverlackering utan man måste gå över till andra ytbehandlingar. Det kan till exempel vara zink-nickel eller alternativt zink-nickel med en efterföljande sealer eller lackering.

VIKTREDUKTION VIKTIGT Stora elbilar kan idag uppvisa en räckvidd på upp till 50 – 60 mil. Däremot har små bilar svårt att få plats med så stora batterier som krävs för att nå motsvarande prestanda. Dessutom innebär mer batterier mer vikt vilket i sin tur minskar räckvidden. Möjligheten att köra 20 – 30 mil på en laddning begränsar användningen av de mindre bilarna. Reduktion av vikten är därför en betydelsefull faktor för att kunna öka möjligheterna till en längre körsträcka på en laddning. För att minska vikten införs nya material så som aluminium, magnesium och kolfiberarmerade kompositer (kolfiber). Fler olika material ökar risken för galvanisk korrosion och ju större skillnad i elektrokemiska egenskaper desto större risker för korrosion. Ett hjälpmedel att bedöma riskerna för galvanisk korrosion är den elektrokemiska spänningsserien. Material som är mer ädla ligger högt på skalan och de som är mindre ädla har en lägre potential och återfinns längre ner på skalan. Material som ligger nära varandra uppvisar mindre risk för galvanisk korrosion än de som ligger långt ifrån varandra. Försök i accelererad korrosionsprovning visar god överensstämmelse med spänningsserien. Kolfiber ligger högt i spänningsserien och försöken visar också att zink-nickel gav bättre utfall än både zink och zinkflakes. Zink-nickel är också bra alternativ tillsammans med aluminium, något som också stämmer med spänningsserien. Däremot för magnesium, som har en låg potential, ges det bästa utfallet tillsammans med en zinkbeläggning som också återfinns långt ner i spänningsserien.

SAMMANFATTNING De kraftiga förändringarna inom fordonsindustrin kommer att medföra en stor mängd möjligheter för pläterringsindustrin och nya material kommer att introduceras. Krav rörande viktreduktion, galvanisk korrosion och elektrisk ledningsförmåga kommer att få ökad betydelse. Friktionskoefficienten är en viktig egenskap för att säkerställa skruvförbandens funktion och vara stabil även för nya materialkombinationer. Elektrolytisk ytbehandling och flakesbeläggningar kommer fortsättningsvis att ha stor betydelse för fordonsindustrin för att ge goda korrosionsegenskaper och hög finish, däremot kommer vissa tilllämpningar försvinna samtidigt som nya kommer att uppstå.

Förbränningsmotor Laddhybrid

Mängd fästelement Ca 16 kg Ca 20 kg Antal fästelement Ca 2 500 st Ca 5 500 st Standardisering En blandning av Huvudsakligen standardiserade och mer fästelement med komplexa produkter varierande storlek och material

Tabell 2: En laddhybrid innehåller fler fästelement än en bil med förbränningsmotor.

Artikeln är en sammanfattning av ett webbinarium i februari av Dr Matthias Hoch, Atotech.

MATERIALHANTERING FÖR STORA OCH SMÅ PROJEKT

www.hjort.com

Lösningar för krävande företag i över 50 år

ABB • AGA Gas • Alackering • Alucrom • Atlas Copco • Belgatom • Bharat Forge • BMW • Componenta • Danfoss • Electrolux • Ford • ICA • Inwido • Lafuma • Le Creuset Mubea • OPEL • OSTP • Ovako • Permascand • Saab • SAPA • SAS Catering • Scania • SONACA • VBG • Volvo