相关文章

德国开发新型超高速激光熔覆技术 比热喷涂更有效率

来源网址:

【】目前,零件的耐蚀、耐磨主要是通过硬铬的、热喷涂、或其它堆焊技术来修复。不过,这些技术的应用将会逐渐由于环境,健康等问题被取部分取代。为此德国弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer ILT)和亚琛工业大学(RWTH-Aachen)的研究者开发出一种超高速激光熔覆技术,德文称之为EHLA。并荣获了2017年Fraunhofer创新奖(Fraunhofer较高奖项)。

保护零件免受腐蚀和磨损并不简单,标准的工艺如硬铬电镀、热喷涂、堆焊等技术均有各自的局限性。激光熔覆是比较常见的可替代工艺,但由于镀层速率以及精度的不足,还没有被广泛使用。而超高速激光熔覆技术,将革命性替代传统的涂层制备工艺。弗劳恩霍夫激光技术研究所的Andres Gasser博士介绍说:“采用超高速激光熔覆技术,我们可以在短时间内完成大面积涂层的快速制备,熔覆层厚后按照工艺需求从0.1-0.25 mm调整,对工件表面基本无损伤,和普通激光熔覆工艺的不同之处在于粉末在离工件一定距离处融化,并高速喷射到工件表面形成极薄的冶金层。

替代部分硬铬电镀技术

硬铬电镀是当前耐蚀、耐磨涂层制备较常用的技术之一,但是耗能较大。超高速激光熔覆技术如今为我们提供了更经济的方法,加工过程无需应用化学原料,非常环保。不同于电镀铬层,该技术制备的涂层与基体之间为冶金结合,涂层不易剥落。并且,超高速激光熔覆技术制备的表面涂层中没有硬铬层里常见的气孔和裂纹缺陷,其防护作用更持久、有效。

比热喷涂更有效利用资源

热喷涂技术同样也有不足之处,其加工过程粉末材料与气体消耗较大,材料利用率较大只有50%左右;并且涂层和基体的结合力较弱。由于热喷涂制备的涂层气孔较多,必须采用多层沉积方式制备(每层大约25-50μm厚)。相比于热喷涂方法,新开发的超高速激光熔覆技术材料利用率高达90%以上,明显提高了金属粉的利用率与经济性。单层涂层中不仅没有气孔,而且与基体结合牢靠。

比堆焊速度更快、应用更广

堆焊常用来生产高质量、坚固的涂层,传统的堆焊工艺如钨极惰性气体保护焊或等离子弧粉末沉积技术的涂层一般都较厚(约2-3mm),需要消耗大量材料。常规激光熔覆技术虽然已经可以制备较薄的涂层(约0.5mm-1mm),但在处理大零件表面时效率还是太低,所以目前为止只应用于某些特殊领域。该方法的另一问题是需要特定的熔池尺寸方可获得无缺陷的熔覆涂层:零件被局部熔化的同时,粉末通过送粉喷嘴直接送入到熔池内部。Gasser博士在阐述超高速激光熔覆新技术时强调,其工艺关键性是“粉未颗粒在熔池上方就被激光熔化”。这意味着粉末材料是以液态形式进入到熔池,而不是以固态颗粒状态,因此熔覆层会更加均质;而且,激光对基体材料的熔化量非常有限,只是表面的几个微米深度,而不是毫米尺度。

超高速激光熔覆速度比传统激光熔覆快100-250倍,使得激光对基体的热影响达到较小。因此,超高速激光熔覆可实现热敏感材料零件的涂层制备,传统方法因热输过高,这在之前是不可能实现的。同时,这种新工艺还可用于全新的材料组合,例如铝基材料或铸铁材料上涂层的制备。