Tegenwoordig wordt laserbekledingtechnologie bestudeerd bij het repareren van ruimtevaartonderdelen en componenten om chroomplating te vervangen. Door experimenten wordt geverifieerd dat de bekledingslaag een hoge hardheid en haalbaarheid van latere verwerking heeft. Ten slotte wordt laserkleding vergeleken met traditionele chroomplatingtechnologie.
01
Applicatie -achtergrond
Aerospace-productiehulpmiddelen, zoals armaturen, ringen en ondersteuningsstructuren, hebben lang geconfronteerd met slijtageproblemen veroorzaakt door de verwerking van hoogwaardig materiaal (zoals op nikkel gebaseerde legeringen en titaniumlegeringen). Traditionele reparatiemethoden gebruiken voornamelijk harde chroomplaten, maar deze benadering heeft belangrijke nadelen:
① Milieurisico's: Chrominezuuroplossingen zijn carcinogeen en strikt gereguleerd onder EU -bereikvoorschriften;
② Procesdefecten: de coating is vatbaar voor peeling en borrelen, waarvoor meerdere herwerkingscycli nodig zijn;
③ Diktebeperkingen: de coating overschrijdt typisch 1 mm, waardoor onvoldoende bewerkingstoeslag achterblijft.
Om deze problemen aan te pakken, wordt een nieuwe reparatieoplossing voorgesteld op Laser Cladding (Laser Cladding, LC) -technologie. Deze methode maakt gebruik van milieuvriendelijke, zeer nauwkeurige additieve productieprocessen om gereedschapsoppervlakken te regenereren en hun prestaties te verbeteren. De technische kenmerken zijn als volgt:
Uitstekende milieuprestaties
① Elimineert volledig chroomzuur, met behulp van metaalpoeders als coatingmaterialen, uiteenlopend met groene productietrends;
② Het proces heeft geen schadelijke emissies en voldoet aan de EU -wettelijke vereisten.
Metallurgische binding
① De coating vormt een metallurgische binding met het substraat door diffusiemechanismen, waardoor geen defecten zoals bubbels of peeling op het grensvlak worden gewaarborgd.
Aanpassingsvermogen aan complexe structuren
① In staat tot multidimensionale reparaties op platte oppervlakken, externe cilindrische oppervlakken en interne cilindrische oppervlakken, die typische gereedschapsstructuren bedekken;
② Door robot samenwerkingscontrole en hellende poedervoeding (10 ° -30 °), kan het de uitdaging van bekleding in beperkte ruimtes oplossen.
Bewerkingstoeslag
① Multi-layer bekleding (bijv. 2 mm dik) zorgt voor bewerkingstoeslag, waardoor de herwerkproblemen worden vermeden veroorzaakt door te dunne traditionele coatings.
02
Laserbekleding: materialen en methoden
Kenmerken: Hardheid 28-32 HRC, veel gebruikt bij de productie van aero-motorbewerkingsgereedschappen, kunnen voldoen aan de vereisten van hoge sterkte en hoge slijtvastheid.
Selectiebasis: de prestaties van de warmtebehandeling ervan (blussen + temperen) en de compatibiliteit van laserbekledingwarmte -input om ervoor te zorgen dat het substraat niet vervormt of barst tijdens het bekledingsproces.
Coatingmateriaal: Nicrbsi -legeringspoeder
Samenstelling: Ni-basis (CR 17%, B 3,5%, SI 4%, C 1%, Fe 4%), deeltjesgrootteverdeling 15-53 µm. Merknaam: Zwitserse Oerlikon Metco Metco 15f.
① Zelfversmelten: B en Si kunnen het smeltpunt verminderen, de stroom van het smeltpool bevorderen en de niet-gesmolten deeltjes verminderen.
② Hoge hardheid: CR en C vormen harde carbiden, zoals Cr₇c₃, Cr₃c₂, om de slijtvastheid te verbeteren.
③ Scheurweerstand: NI -matrix verlicht thermische spanning en voorkomt barsten van de bekledingslaag.
Productvereisten voor laserkleedproces
1. De dikte van de bekledingslaag is groter dan of gelijk aan 1,5 μm
2. De hardheid van de bekledingslaag is meer dan 38 HRC
* Product fysiek (links), technische tekeningen (rechts)
Laserkleedsysteem
Laser: laserline, model LDF 4000-30, golflengte 940-980 Nm.
Poedervoedingssysteem: GTV PF -poedervoeder.
Bekledingkop: Fraunhofer IWS coaxiale bekledingkop, spotdiameter 3,5 mm.
Robot: REIS RV60-40 Robot + RDK-05 Roterende tabel, die complexe trajectcontrole kan realiseren.
Procesparameteroptimalisatie
· Logica: maximaliseer de hoogte en hardheid van de bekledingslaag, minimaliseer de diepte van fusie en thermisch aangetaste zone en vermijd oververhitting en verzachting van het substraat.
· Optimale parameters: laservermogen 1000W + poedervoersnelheid 17,4 g/min, hoge hardheid (> 700 HV 1) en lage verdunningssnelheid (<10%).
* Parameters van het bekledingsproces
* Schematisch diagram van meting met één kanaalbekleding laag
Multi-pass multi-layer bekledingstrategie
Padplanning
Planair oppervlak (beklede a): parallel scanpad, overlappende snelheid 50%, kantel 10 ° om poederaccumulatie te voorkomen.
Outer cilindrisch oppervlak (bekleed B): spiraalvormige scanpad, synchrone controle van de roterende tafel, hellend 10 °.
Binnencilindrisch oppervlak (bekleding C): 30 ° hellend in de beperkte ruimte, pas de poedervoerhoek aan om de stabiliteit van het gesmolten zwembad te waarborgen.
Laagregeling: 2 lagen bekleding, totale dikte van 2 mm, om scheuren veroorzaakt door meerdere thermische cycli te voorkomen.
Matrix voorbehandeling:
Oppervlaktepolijsten: Schuurpolishing tot RA <1,6 µm, verwijder de oxidelaag en oliebesmetting.
Reiniging: ultrasone reiniging met isopropanol om geen olieresten te garanderen.
nabewerking
Draaien: platte en externe cilindrische oppervlakken worden op CNC -draaibanken ingeschakeld.
Malen: gebruik het middelste gat slijpmachine voor platte en externe cilindrische oppervlakken.
Frezen: frezen van interne cilindrische oppervlakken op een speciale freesmachine.
03
Laserbekleding: procesparameters
Het effect van laservermogen
Hoog vermogen leidt tot de expansie van de smeltpool en de verergering van het smelten van het basislichaam, maar de verdunningssnelheid kan meer dan 20%overschrijden, waardoor de zuiverheid van de coatingsamenstelling wordt verminderd.
A) De hoogte van de bekledingslaag, b) de breedte van de bekledingslaag, c) de diepte van de fusie, d) De HAZ -diepte varieert met het laservermogen en het voedingssnelheid van de poeder
Hardheid en verdunningspercentage
① Wanneer het laservermogen 1000 W is en de voedingssnelheid van het poeder 10,4 g/min is, bereikt de hardheid de piek van 680 HV0.3. Op dit moment is de verdunningssnelheid laag (~ 10%) en is het aandeel harde fase (CR₇C₃, CR₃C₂) in de coating hoog.
② Hoge verdunningssnelheid (> 20%) leidt tot de infiltratie van matrixijzer in de coating, waardoor Fe-CR vaste oplossing wordt gevormd, wat het effect van de harde faseversterking verzwakt.
* Invloed van procesparameters op hardheid en verdunningssnelheid: a) hardheid, b) verdunningssnelheid
Het effect van het voedingssnelheid van het poeder
Overmatige poedervoedingssnelheid (> 17,4 g/min) zal leiden tot meer niet-gesmolten deeltjes en de dichtheid van coating verminderen.
* Relatie tussen poedervoedingssnelheid en bekledinghoogte van één kanaal: wanneer het laservermogen minder is dan 1000 W, neemt de poedervoedingssnelheid toe en neemt de bekledingshoogte logaritmisch toe
Multi-layer bekledingstrategie
Met een overlappingspercentage van 50% en twee lagen bekleding, is de totale dikte 2 mm. Hoewel de hoogte van een enkele laag beperkt is en meerdere lagen kunnen voldoen aan de eisen van de bewerkingsvergunning, moet de thermische ingang worden geregeld om matrixverzachting te voorkomen (HAZ -diepte <200 μm).
* Oppervlaktecoatingdikte: de coatingdikte van vlak, buitencilindrisch oppervlak en binnencilindrisch oppervlak is 2 mm
* Lokale defecten op het oppervlak van het product na bekleding: a) convexe en concave start- en eindpunten van de buitenste oppervlakte bekleding, b) poederadhesiefenomeen op het binnenoppervlak
04
Mechanische verwerking en defectanalyse
Schuurmachines
Oppervlaktekwaliteit: de oppervlakteruwheid RA = 0,272 μm na slijpen, die voldoet aan de vereisten van ruimtevaarttools RA <1,25 μm. Er werden geen scheuren gevonden wanneer de slijp diepte 0,4 mm was.
Voordelen: slijpen verwijdert materiaal door micro-snijden, het vermijden van impactbelastingen op hoge hardheidscoatings (~ 750 HV1) en het verminderen van het risico op kraken.
Draaien en frezen
Gereedschapslijtage: bij het draaien van het buitenste cilindrische oppervlak, zal de snijrand van het gereedschap met harde legering barsten na het snijden van 0,3 mm. De reden is dat de coatinghardheid hoog is, wat resulteert in overmatige schuifspanning.
Oppervlakte -defecten: bij het frezen van het binnenste cilindrische oppervlak verschijnen lokale scheuren in de coating. De belangrijkste reden is gerelateerd aan het koppelingseffect van restspanning in de bekledingslaag en het snijden van trillingen.
* Het vlak en het buitenste cilindrische oppervlak na het draaien: coating kraken en onregelmatige chips
* Gereedschapslijtage: a) Extern cilindrisch oppervlak na draaien, b) Hard legeringsmes randbreuk
* Gepolijst buitencilindrisch oppervlak: oppervlakteruwheid verbeterde, maar nog steeds zichtbare micro -krassen
* Gefuurd binnencilindrisch oppervlak: lokale scheur van coating, freestrillingen en resterende stresskoppelingsactie
Parameter -suggesties verwerken
Draaien: hogere gereedschappen met rode hardheid zoals CBN of diamantcoatings zijn vereist, aangevuld met koelvloeistof om thermische stress te verminderen.
Frezen: Verminder de voeding per tand en gebruik hoge snelheidsfrezenstrategie om trillingen te onderdrukken.
05
Microstructuur en fase -analyse
Interface metallurgische binding
SEM: Er zijn geen poriën of scheuren op het grensvlak tussen de bekledingslaag en het substraat, met continue overgang. Het substraat 40HM staal vormt plaat martensiet als gevolg van snelle koeling, terwijl het gebied weg van het interface getemperd is martensiet.
Diffusiemechanisme: Ni- en CR -elementen in de smeltpool diffunderen tot de matrix, die een wederzijdse diffusiezone vormen van ongeveer 5μm dik, wat de grensvlakverbindingssterkte verbetert.
* Het substraat en de coating zijn metallurgisch gebonden en er zijn geen poriën of scheuren op het grensvlak
Microstructuur: a) Basis martensiet, b) dendrietgroei in de overgangszone, c) Verdeling van coatingdendrieten en harde fase
* Hardheidsdistributie en matrixfase-transformatie: de hardheid van de bekledingszone is 754-762HV1, de hardheid van de matrix in de buurt van het interface is 605HV1 (martensiet), en de hardheid van het verre gebied is 402HV1 (gehard structuur)
06
Samenvatting van technische toepassingen
Procesvervanging
Voor producten die worden beperkt door voorschriften of hoge precisie, wordt prioriteit gegeven aan laserkleding en vervanging van chroomplaten. Geschikte poeders worden geselecteerd om rekening te houden met hardheid en barstweerstand.
Parameteroptimalisatie
① Door middel van experimentele kalibratie met één kanaal wordt de verdunningssnelheid geregeld om minder dan 10% te zijn om het verzachten van de matrix te voorkomen.
② Reserveer bij meerlagige bekleding 0,3-0,5 mm slijptoeslag.
Preventie en controle van defecten
Het slijpen van het substraat, het grondig verwijderen van olievlekken van oppervlakte, het elimineren van poriën; Poeder voorafgaand aan drogen in vochtige omgeving.
Dit is alleen voor uw referentie!
* Opmerking: vergelijking tussen laserkleding en traditionele chroomplaten
| Laserbekleding versus chrome plateren: vergelijkende analyse | ||
| Deel 1: Procesprincipe & milieu -impact | ||
| Dimensie | Traditionele chrome plating | Laser Cladding (LC) |
| Procesprincipe | Elektrochemische depositie: CR³⁺ gereduceerd tot metaalchroom in chroomzuuroplossing (dikte <1 mm). | Metallurgische binding: laser smelt substraat en metaalpoeder (bijv. NICRBSI) om een diffusiegebonden laag te vormen (dikte ≤2 mm). |
| Milieu -impact | Toxiciteit: gebruikt carcinogene CR⁶⁺ -oplossingen. Afval: complexe neutralisatie/filtratie vereist. |
Niet-toxisch: metalen poeders (bijv. Nicrbsi). Nul vloeibaar afval: poedergebruik> 90%. |
| Wettelijke beperkingen | EU beperkt CR⁶⁺ industrieel gebruik. | Geen beperkingen; geclassificeerd als "groene remanufacturing" -technologie. |
| Laserbekleding versus chrome plateren: vergelijkende analyse | ||
| Deel 2: Coating Performance & Bonding -mechanisme | ||
| Dimensie | Traditionele chrome plating | Laser Cladding (LC) |
| Bindmechanisme | Mechanische binding (fysieke adsorptie); vatbaar voor delaminatie. | Metallurgische binding met elementaire diffusie; grensvlaksterkte ≈ substraatmateriaal. |
| Hardheid en slijtage | Hardheid: 800-1000 HV (bros). Draagweerstand hangt af van de dikte. |
Hardheid: 700–760 HV (Nicrbsi). CR₇C₃/CR₃C₂ -fasen verbeteren de slijtvastheid. |
| Typen defect | Blaarvorming (verontreiniging). Delaminatie (stress). |
Porositeit (ongelijke poedervoeding). Microcracks (thermische accumulatie; bevestigbaar via parameters). |
| Laserbekleding versus chrome plateren: vergelijkende analyse | ||
| Deel 3: Procesflexibiliteit en kostenefficiëntie | ||
| Dimensie | Traditionele chrome plating | Laser Cladding (LC) |
| Procescompatibiliteit | Beperkt tot slijpen; draaien/frezen veroorzaakt peeling. | Compatibel met slijpen/draaien/frezen (geoptimaliseerde tools zoals CBN). Herhaalbare reparaties. |
| Kostenstructuur | Lage kosten per eenheid voor bulk (> 5 stuks), maar hoge afvalbehandelingskosten. | Geen schimmelkosten; Ideaal voor kleine batches. |
| Foutmodi | Delaminatie legt substraat bloot. | Gelokaliseerde slijtage; Gerichte reparaties mogelijk. |
| Laserbekleding versus chrome plateren: vergelijkende analyse | ||
| Deel 4: Praktische toepassingsscenario's | ||
| Scenario | Traditionele chrome plating | Laser Cladding (LC) |
| Eenvoudige geometrie | Geschikt voor vlakke oppervlakken (bijv. Schatvliegtuigen). | Milieuvriendelijke alternatief. |
| Complexe geometrie | Beperkte (bijv. Binnenholten/smalle openingen). | Robotische padplanning maakt bekleding op complexe oppervlakken mogelijk. |
| Hoge precisie | Post-grinding tolerantie ± 0,01 mm, beperkt door coatingdikte. | Diktecontrole (± 0,1 mm); voldoende bewerkingstoeslag. |
| Extreme omgevingen | Coating mislukt bij> 300 ° C (oxidatie/delaminatie). | Nicrbsi is bestand tegen ~ 800 ° C (bijv. Motorcomponenten). |
Contactpersoon: Ms. Coco
Tel.: +86 13377773809
