今日、レーザークラッディング技術は、クロムメッキを置き換えるために航空宇宙部品とコンポーネントの修復で研究されています。実験を通じて、被覆層がその後の処理の硬度と実現可能性が高いことが確認されています。最後に、レーザークラッディングは、従来のクロムメッキ技術と比較されます。
01
アプリケーションの背景
備品、リング、サポート構造などの航空宇宙製造ツールは、高強度材料（ニッケルベースの合金やチタン合金など）の処理によって引き起こされる摩耗の問題に長い間直面しています。従来の修理方法は主にハードクロムメッキを使用していますが、このアプローチには重要な欠点があります。
ryvention環境リスク：クロム酸溶液は発がん性であり、EUリーチ規制の下で厳密に規制されています。
processプロセスの欠陥：コーティングは皮をむきや泡立つ傾向があり、複数のリワークサイクルが必要です。
and厚さの制限：通常、コーティングは1 mmを超えており、機械加工手当が不十分です。
これらの問題に対処するために、レーザークラッディング（レーザークラッディング、LC）テクノロジーを中心とした新しい修理ソリューションが提案されています。この方法では、環境に優しい高精度添加剤の製造プロセスを使用して、ツール表面を再生し、パフォーマンスを向上させます。技術的な機能は次のとおりです。
優れた環境パフォーマンス
clom緑色酸を完全に排除し、金属粉末をコーティング材料として使用し、グリーン製造の傾向に合わせます。
corseプロセスには有害な排出量がなく、EUの規制要件を満たしています。
冶金結合
coatingコーティングは、拡散メカニズムを介して基質との冶金結合を形成し、界面での泡や剥離などの欠陥がないようにします。
複雑な構造への適応性
flative典型的なツール構造を覆う平らな表面、外部円筒表面、および内部円筒表面の多次元修理が可能です。
lobotロボットコラボレーションコントロールと傾斜した粉末給餌（10°-30°）により、閉じ込められたスペースでの被覆の課題を解決できます。
加工手当
cown薄い従来のコーティングによって引き起こされるリワークの問題を回避するために、マルチレイヤークラッディング（厚さ2 mm）により機械加工手当を保証します。
02
レーザークラッディング：材料と方法
機能：硬度28-32 HRCは、エアロエンジンの機械加工ツールの製造に広く使用されており、高強度と耐摩耗性の要件を満たすことができます。
選択基準：その熱処理性能（クエンチング +焼き戻し）とレーザークラッディングの熱入力の互換性は、クラッディングプロセス中に基板が変形または亀裂にならないようにします。
コーティング材料：Nicrbsi合金粉末
組成：NIベース（CR 17％、B 3.5％、SI 4％、C 1％、Fe 4％）、粒子サイズ分布15-53µm。ブランド名：Swiss Oerlikon Metco Metco 15F。
①自己溶融：BとSIは、融点を減らし、溶融プールの流れを促進し、溶けていない粒子を減らすことができます。
hired硬度：CrとCは、耐摩耗性を改善するために、Cr₇c₃、Cr₃c₂などの硬い炭化物を形成します。
crack亀裂抵抗：NIマトリックスは熱応力を緩和し、被覆層の亀裂を回避します。
レーザークラッディングプロセスの製品要件
1.被覆層の厚さは1.5μm以上です
2。クラッディング層の硬度は38 HRCを超えています
*製品物理（左）、技術図面（右）
レーザークラッディングシステム
レーザー：レーザーライン、モデルLDF 4000-30、波長940-980NM。
粉末給餌システム：GTV PFパウダーフィーダー。
クラッディングヘッド：Fraunhofer IWS同軸クラッディングヘッド、スポット直径3.5 mm。
ロボット：REIS RV60-40 Robot + RDK-05回転テーブル。複雑な軌跡制御を実現できます。
プロセスパラメーターの最適化
・ロジック：クラッディング層の高さと硬度を最大化し、融合と熱罹患ゾーンの深さを最小限に抑え、基板の過熱と柔らかくすることを避けます。
・最適なパラメーター：レーザーパワー1000W +粉末給餌速度17.4g/min、高硬度（> 700 hv 1）および低希釈速度（<10％）。
*クラッディングプロセスパラメーター
*単一チャネルクラッディング層測定の概略図
マルチパスマルチレイヤークラッディング戦略
パス計画
平面表面（CLAD A）：平行スキャンパス、速度50％の重複、10°傾き、粉末の蓄積を避けます。
外側の円筒表面（CLAD B）：スパイラルスキャンパス、回転テーブルの同期制御、10°が傾いています。
内側の円筒表面（CLAD C）：限られた空間に30°傾斜し、粉末摂食角を調整して、溶融プールの安定性を確保します。
層制御：複数のサーマルサイクルによって引き起こされる亀裂を避けるために、2層のクラッディング、総厚2mm。
マトリックス前処理：
表面研磨：RA <1.6 µmまでのサンドペーパー研磨をし、酸化物層とオイル汚染を除去します。
洗浄：油の残留物を確保するために、イソプロパノールによる超音波洗浄。
後処理
ターニング：フラットおよび外部の円筒表面は、CNC旋盤をオンにします。
研削：平らおよび外部の円筒表面にセンターホールグラインディングマシンを使用します。
ミリング：特別なフライス材の内部円筒表面の製粉。
03
レーザークラッディング：プロセスパラメーター
レーザー出力の効果
高出力は、溶融プールの膨張と基本体の融解の悪化につながりますが、希釈速度は20％を超えてコーティング組成の純度を減らします。
a）被覆層の高さ、b）被覆層の幅、c）融合の深さ、d）ハズの深さは、レーザー出力と粉末摂食率によって異なります
硬度と希釈速度
laserレーザー出力が1000Wで、粉末の給餌速度が10.4g/minの場合、硬度は680 hv0.3のピークに達します。現時点では、希釈速度は低く（〜10％）、コーティングの硬相（Cr₇c₃、Cr₃c₂）の割合は高くなっています。
alow希釈速度（> 20％）は、マトリックス鉄のコーティングへの浸潤につながり、Fe-CR固溶体を形成し、硬相強化の効果を弱めます。
*硬度と希釈速度に対するプロセスパラメーターの影響：a）硬度、b）希釈速度
粉末摂食率の影響
過度の粉末給餌速度（> 17.4g/min）は、より多くの溶融粒子につながり、コーティングの密度を低下させます。
*粉末給餌速度と単一チャネルクラッディングの高さとの関係：レーザー出力が1000W未満の場合、粉末給餌速度が増加し、クラッディングの高さが増加します。
マルチレイヤークラッディング戦略
50％のオーバーラップレートと2層のクラッディングで、総厚は2 mmです。単一層の高さは制限されており、複数の層が加工手当の要件を満たすことができますが、マトリックスの軟化を避けるために熱入力を制御する必要があります（HAZ深度<200μm）。
*表面コーティングの厚さ：平面、外側の円筒表面、内側の円筒表面のコーティングの厚さは2 mmです
*被覆後の製品の表面に局所的な欠陥：a）外面被覆の凸と凹面開始点と終了点、b）内面の粉末接着現象
04
機械的処理と欠陥分析
研磨加工
表面の品質：表面の粗さは、粉砕後の0.272μm=0.272μmで、航空宇宙ツールra <1.25μmの要件を満たしています。粉砕深さが0.4 mmの場合、亀裂は見つかりませんでした。
利点：粉砕は、マイクロカットを介して材料を除去し、高硬度コーティング（〜750 hv1）での衝撃負荷を回避し、亀裂のリスクを減らします。
ターニングとフライス加工
ツールの摩耗：外側の円筒形の表面を回すと、0.3 mmを切った後、ハード合金ツールの最先端が割れます。その理由は、コーティングの硬度が高く、せん断応力が過剰になるためです。
表面欠陥：内側の円筒表面を粉砕すると、コーティングに局所的な亀裂が現れます。主な理由は、被覆層の残留応力の結合効果と振動を切断することです。
*回転後の平面と外側の円筒表面：亀裂と不規則なチップのコーティング
*ツールの摩耗：a）回転後の外部円筒表面、b）硬い合金ブレードエッジ骨折
*磨かれた外側の円筒表面：表面の粗さは改善されましたが、まだ目に見えるマイクロスクラッチ
*粉砕された内側の円筒表面：コーティング、粉砕振動、残留応力結合作用の局所亀裂
パラメーターの提案を処理します
ターニング：CBNやダイヤモンドコーティングなどのより高い赤硬度ツールが必要であり、熱応力を減らすためにクーラントを補完します。
ミリング：歯ごとの飼料を減らし、高速ミリング戦略を使用して振動を抑制します。
05
微細構造と相分析
インターフェイス冶金結合
SEM：クラッディング層と基板の間に界面には毛穴や亀裂はなく、連続的な遷移を示しています。基板40hmの鋼は、急速な冷却のためにプレートマルテンサイトを形成しますが、界面から離れた領域はマルテンサイトを強化します。
拡散メカニズム：溶融プールのNiおよびCR要素はマトリックスに拡散し、厚さ約5μmの相互拡散ゾーンを形成し、界面結合強度を高めます。
*基板とコーティングは冶金的に結合されており、界面には毛穴や亀裂はありません
微細構造：a）ベースマルテンサイト、b）遷移ゾーンでの樹状突起の成長、c）コーティング樹状突起の分布と硬相
*硬度分布とマトリックス相変換：クラッディングゾーンの硬度は754-762HV1で、界面付近のマトリックスの硬度は605HV1（マルテンサイト）であり、遠く離れた領域の硬度は402HV1（温度構造）です。
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エンジニアリングアプリケーションの概要
プロセス代替
規制または高精度によって制限されている製品の場合、レーザークラッディングとクロムメッキの置換が優先されます。硬度と亀裂抵抗を考慮するために、適切な粉末が選択されています。
パラメーター最適化
singleシングルチャネル実験キャリブレーションを通じて、マトリックスの軟化を避けるために、希釈速度が10％未満に制御されます。
multial多層被覆の場合は、0.3〜0.5 mmの研削手当を予約します。
欠陥の予防と制御
基質の研削、表面油の汚れを完全に除去し、毛穴を排除します。湿気の多い環境での粉末の粉末。
これはあなたの参照のみです！
*注：レーザークラッディングと従来のクロムメッキの比較
| レーザークラッディングとクロムメッキ：比較分析 | ||
| パート1：プロセスの原則と環境への影響 | ||
| 寸法 | 伝統的なクロムメッキ | レーザークラッディング（LC） |
| プロセス原則 | 電気化学的堆積：cr³⁺クロム酸溶液（厚さ<1 mm）の金属クロムに還元。 | 冶金結合：レーザー溶融基質と金属粉末（たとえば、nicrbsi）を溶かして、拡散結合層（厚さ2 mm以下）を形成します。 |
| 環境への影響 | 毒性：発がん性CR溶液を使用します。 廃棄物：複雑な中和/ろ過が必要です。 |
非毒性：金属粉末（例：nicrbsi）。 液体廃棄物ゼロ：粉末使用率> 90％。 |
| 規制制限 | EUは、産業用途を制限しています。 | 制限はありません。 「グリーン再製造」テクノロジーに分類されます。 |
| レーザークラッディングとクロムメッキ：比較分析 | ||
| パート2：コーティング性能と結合メカニズム | ||
| 寸法 | 伝統的なクロムメッキ | レーザークラッディング（LC） |
| 結合メカニズム | 機械的結合（物理的吸着）;剥離が起こりやすい。 | 元素拡散による冶金結合;界面強度or基質材料。 |
| 硬度と摩耗 | 硬度：800〜1000 hV（脆性）。 耐摩耗性は厚さに依存します。 |
硬度：700〜760 hV（nicrbsi）。 Cr₇c₃/cr₃c₂フェーズは耐摩耗性を高めます。 |
| 欠陥タイプ | 水ぶくれ（汚染）。 剥離（ストレス）。 |
気孔率（不均一な粉末摂食）。 マイクロクラック（熱蓄積;パラメーターを介して修正可能）。 |
| レーザークラッディングとクロムメッキ：比較分析 | ||
| パート3：プロセスの柔軟性とコスト効率 | ||
| 寸法 | 伝統的なクロムメッキ | レーザークラッディング（LC） |
| プロセスの互換性 | 粉砕に限定。ターニング/フライス加工は剥離を引き起こします。 | 研削/ターニング/ミリング（CBNなどの最適化されたツール）と互換性があります。 繰り返し可能な修理。 |
| コスト構造 | バルクのユニットごとのコストが低い（> 5個）が、廃棄物処理コストが高くなっています。 | 金型料金はありません。小さなバッチに最適です。 |
| 障害モード | 剥離は基板を公開します。 | ローカライズされた摩耗;可能なターゲット修理。 |
| レーザークラッディングとクロムメッキ：比較分析 | ||
| パート4：実用的なアプリケーションシナリオ | ||
| シナリオ | 伝統的なクロムメッキ | レーザークラッディング（LC） |
| 単純なジオメトリ | 平らな表面（例えば、備品面）に適しています。 | 環境的に好ましい代替品。 |
| 複雑なジオメトリ | 限られている（例えば、内側の空洞/狭い隙間）。 | ロボットパス計画により、複雑な表面にクラッドができます。 |
| 高精度 | 粉砕後の耐性±0.01 mm、コーティングの厚さによって制限されています。 | 厚さ制御（±0.1 mm）;十分な加工手当。 |
| 極端な環境 | コーティングは300°Cを超える（酸化/剥離）で失敗します。 | nicrbsiは〜800°Cに耐えます（たとえば、エンジンコンポーネント）。 |
コンタクトパーソン: Ms. Coco
電話番号: +86 13377773809
