产品知识

  • 2021-07-29

    超高速激光熔覆技术比热喷涂更有效率

    当前,零件抗磨损涂层的修复主要是采用硬铬电镀、热喷涂、或其他堆焊工艺进行修复。然而,由于环境、健康等问题,这些技术的应用将逐渐被取代。为实现这一目标,德国FraunhoferILT和亚琛工业大学(RWTH-Aachen)的研究人员开发了一种超高速激光熔覆技术,德文称之为EHLA。并且获得了2017年Fraunhofer创新奖(Fraunhofer)。

    防止部件的腐蚀和磨损是不容易的,标准工艺如硬铬电镀、热喷涂、堆焊等都有其局限性。激光器熔覆法是较为常用的替代工艺,但由于镀层速度和精度等方面的不足,尚未得到广泛应用。超高速激光熔覆技术将会彻底取代传统的涂层制备工艺。Flownhoff激光技术研究所的AndreeGasser博士介绍道:“采用超高速激光熔覆技术,可在短时间内完成大面积涂层的快速制备,厚的熔覆层后根据工艺要求从0.1-0.25mm调整,对工件表面基本无损伤,可进行较厚的熔融处理,使工件表面达到较厚的熔融状态。

    代替部分镀硬铬工艺

    硬铬镀层是目前制备耐腐蚀、耐磨涂层的常用工艺之一,但能耗较大。超高速激光熔覆技术为我们提供了更加经济的方法,加工过程不用化学原料,十分环保。与电镀铬层不同,该工艺制备的涂层与基体为冶金结合,涂层不易剥离。同时,超高速激光熔覆工艺所获得的表面涂层不存在硬铬层中常见的气孔和裂纹缺陷,其防护效果更加持久。
    资源的使用效率高于热喷涂。

    热喷工艺同样存在缺陷,其加工过程中粉料与气体消耗较大,材料利用率最高仅为50%左右,涂层与基体结合强度较弱。热喷法制备的气孔较多,应采用多层沉积(每层厚度约25-50μm)。与热喷涂法相比,超高速激光熔覆技术的材料利用率高达90%以上,大大提高了金属粉的利用率和经济性。单涂层既无气孔,又与基体结合牢固。
    较堆焊速度快,适用范围广。

    堆焊层通常是用来生产高质量、坚固的涂层,用钨极惰性气体保护焊或等离子弧粉末沉积等传统的堆焊工艺通常较厚(约2-3毫米),且需要消耗大量材料。传统的激光熔覆技术虽然已经能够生产出0.5-1毫米的薄层,但是对于大型零件的表面处理效率仍然过低,因此目前只能用于特定的领域。这种方法的另一个问题是要在规定的熔池尺寸后才能得到无缺陷的包覆层:零件在局部熔化时,粉末通过送粉喷嘴直接送进熔池内。Gasser博士在阐述超高速激光熔覆新技术时强调,其工艺关键在于“粉未颗粒在熔池上就被激光熔化”。也就是说,粉末材料以液体形式进入熔池而非固体颗粒状态,从而使熔覆层更均匀;此外,激光对基体材料的熔化非常有限,仅仅是表面的几个微米深度,而非毫米尺度。
    超高速激光熔覆速度比传统激光熔覆快100~250倍,使激光对基体的热影响最小。超高速激光熔覆可以实现热敏性材料零件的涂覆,传统方法由于热输量太大而无法实现这一点。与此同时,这一新工艺也可以用于全新的材料组合,如制备铝基材料或铸铁材料上的涂层。

    部分高承载零件内壁对表面熔覆、修复的应用需求在不断增加,期望在轴承、模具、气缸、油缸、压缸、压缸、气门等方面具有优良的耐磨、抗冲、腐蚀等性能。随著产品使用性能、结构复杂性的提高,工业上对激光熔覆内壁修复技术的应用极限尺度、多功能、高质高效等提出了越来越高的应用要求。

    与激光熔覆外壁熔覆器不同的是,内壁激光熔覆器加工头中激光束、粉末、冷却水都需要在有限空间上远距离传送到光头顶端,为适应较小、较长内径内径的加工,要求内壁激光熔覆加工头具有高集成、高精度、高刚性的特点。

    内壁激光熔覆光学系统,又称ICO(InnerCladdingOptics),是激光熔覆系统的核心部件,ACunity与FraunhoferILT的孵化公司IXUNGmbH建立联合实验室和制造工厂,针对工业界不同应用的不同应用需求,开发了系列型号内壁激光熔覆光学系统,对光路设计、轻量化结构的要求。模块化的系统设计和多系列内壁光学系统可以满足内壁熔覆、激光修复、激光焊接、激光强化等多种加工要求,所有适用于外壁激光熔覆材料都可以应用。

    在设计中,亚琛联合科技的内壁激光加工系统充分考虑到了应用的方便性,系统采用模块化设计,机床、机器人不同运动形式,配有不同规格的内壁光学系统,并可实现内外壁激光熔覆一体化集成。并根据不同产品特性和工艺要求,制定了激光熔覆、修补、强化内壁不同工艺的配套工艺规范。

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