超高速レーザークラッディングの研究状況と応用

硬質クロム電気めっきは、航空宇宙、石油・ガス、石炭機械、自動車、製紙などのさまざまな分野で広く使用されている標準プロセスであり、ローラー部品の表面硬度、耐食性、耐摩耗性向上、またはサイズ修復を実現します。 ただし、硬質クロム電気めっきは多くのエネルギーを消費し、深刻な環境汚染を引き起こします。一般的に使用されるCrO3（Cr6 +とも呼ばれます）は非常に毒性が高く、発がん性物質です。

そのため、世界中の国々が電気めっきプロセスを制限する規制を次々と導入しています。たとえば、我が国では、私の国の共産党第19回全国大会の報告書は、市場志向のグリーン技術革新システムを構築することを提案しました。包括的な資源保護とリサイクルを促進します。欧州では、2017年9月より、硬質クロム電気めっき工程は特別な許可を得た場合にのみ使用できるという規制が施行されています。



https://www.htrlaser.com/product-p1850770.html


現在、表面処理技術の応用市場は非常に広く、一般的な表面コーティング技術には溶射やレーザークラッディングが含まれます。硬質クロム電気めっきの代替としては、溶射技術で作製したコーティングは基板との機械的結合が弱く、コーティングと基板の間に亀裂が発生しやすく、コーティングが剥がれやすくなります。レーザークラッディング技術層と基板の間に冶金学的結合がありますが、通常、コーティングの厚さが厚く、準備効率が低くなります。薄肉または小さなサイズの部品をクラッディングする場合、比較的大きな入熱により、収縮するワークピースと変形。したがって、溶射とレーザークラッディングは、いくつかのアプリケーションシナリオでのみ硬質クロムメッキに取って代わります。このような状況下では、電気めっきの制限による市場ギャップは必然的に新技術の変化につながります。



ドイツのFraunhoferILTとRWTHアーヘン大学の研究者は、2013年に研究を開始し、2017年にコーティング用の修理された金属部品の開発に成功しました。この技術は超高速レーザークラッディング技術です。超高速レーザークラッディング技術が提案されると、多くの学者や研究者の注目を集め、元の硬質クロム電気めっきプロセスに徐々に取って代わり、応用分野は急速に拡大し、自動車部品のコーティング、金属積層造形およびその他の機会。






ドイツ語でEHLAと略され、英語でExtreme High SpeedCladdingと略される超高速レーザークラッディングは、同期粉末供給法を採用しています。粉末焦点面とレーザー焦点面の相対位置を調整することにより、クラッディング粉末基板上でレーザービームと接触し、溶融して基板表面に均一にコーティングされます。急速に凝固した後、クラッド層の希釈率は非常に低く、基板と冶金学的に結合します。従来のレーザークラッディングとの本質的な違いは、粉末の溶融位置が変化することです。


緑色レーザーポインター
超高速レーザークラッディングでは、基板の表面に落下するのは固体粉末粒子ではなく液体クラッディング材料であるため、クラッディング速度を大幅に上げることができます。従来のレーザークラッディングのクラッディング速度は通常0.5〜2.0m / minです。超高速レーザークラッディングのクラッディング速度は20〜200m / minで40〜100倍になります。このような高速クラッディング速度は、この技術を大面積部品のコーティングに使用できることを意味します。






超高速クラッディング速度はエネルギー密度を低下させ、基板上で溶融した粉末は大量のレーザーエネルギーを吸収するため、超高速レーザークラッディングの入熱は大幅に減少します。従来のレーザークラッディングは通常ミリメートルスケールです。超高速レーザー溶融の熱影響ゾーンはミクロンスケールです。



超高速レーザークラッディングで作製したコーティングは滑らかで、その後の機械加工ステップが少なくなります。従来のレーザークラッディングで作製したコーティングの厚さは通常0.5 mmを超えますが、超高速レーザークラッディングで作製したコーティングの厚さは通常0.5mmを超えます。レーザークラッディングは0.05〜1 mmです。表面の粗さは元の1/10に減らすことができ、要件を満たすために研磨するだけで済みます。



また、超高速レーザークラッディングは、硬質クロム電気めっきと比較して、細孔や亀裂などの欠陥がなく、環境にやさしく、溶射と比較して、材料を約90％節約できます。そのため、超高速レーザークラッディング技術が業界で徐々に適用されており、電気めっきに取って代わることができる最も競争力のあるプロセスとしても知られています。






私の国は、採炭用油圧サポートの世界最大の生産国です。この製品は、国内市場のニーズを満たすだけでなく、米国、ヨーロッパ、東南アジア、その他の国や地域にも輸出されています。ただし、油圧支柱やジャッキなどの油圧サポートのコアコンポーネントは、表面の耐食性と耐摩耗性で処理する必要があります。製造とメンテナンスの観点から、毎年100万平方メートル近くを処理する必要があります。従来の電気メッキプロセスが与える企業によってもたらされる環境保護圧力は非常に大きく、電気めっき層には、品質、性能、オーバーホール期間、修理コスト、およびその他のその後のコスト保守にも多くの欠陥があります。超高速レーザークラッディングの開発により、これらの問題は解決されました。






従来の自動車用ブレーキディスクは、黒鉛相を層状にしたねずみ鋳鉄でできており、熱伝導性と耐熱性は良好ですが、耐食性、耐摩耗性に劣るため、表面に貼る必要があります。耐食性の準備耐摩耗性コーティング。現在、電気めっきや溶射などの従来の表面処理プロセスでは、ねずみ鋳鉄とその表面コーティングを冶金学的にすることは困難です。表面処理プロセスでは、ねずみ鋳鉄を表面コーティングに冶金学的に結合することも困難です。コーティングに細孔や亀裂が発生しやすい。欠陥。



この問題に対応して、ドイツのFraunhofer ILTの研究者は、超高速レーザークラッディング技術を使用して、ブレーキディスクの表面にコーティングの層を作成しました。コーティングは基板に冶金学的に結合されています。剥離が発生し、低入熱はまた、ブレーキディスクの灰色の鋳鉄の炭素要素がその表面の溶融池に溶解するのを防ぎ、それによってコーティングおよび結合ゾーンでの細孔および亀裂の生成を回避することができる。





Fraunhofer ILT（Fraunhofer Institute for Laser Technology）によって育てられた工業化されたイノベーション企業として、ACunityは2016年にドイツのアーヘンに設立され、中国市場への超高速レーザークラッディング技術の導入を主導しました。ACunity超高-スピードレーザークラッディングシリーズの機器は、さまざまな直径と長さのシャフト部品のコーティング製造と迅速な修理アプリケーションの要件を満たすことができます。



粉末供給ノズルは、超高速レーザークラッディング技術のコアコンポーネントであり、クラッディングの品質、効率、コストなどに直接影響します。ACunityとFraunhofer ILTは共同で重要な問題に取り組み、継続的に革新し、さまざまな製品を発売しました。大量の新しいノズル。化学製品の生産では、生産効率と耐用年数を改善することがより効果的です。さまざまな耐摩耗性、耐食性、耐熱性のコーティングの準備要件に応えて、完全なプロセスデータベースが確立されています。同時に、カスタマイズされた機器の統合とサポート技術の研究開発サービスをお客様に提供します。




超高速レーザークラッディングは、クラッディング効率が高く、コーティング品質が優れているため、国内外の学者が調査・研究を行っています。工業生産への継続的な適用は、独自の技術的利点だけでなく、優れた環境にも依存します。利益と巨大な経済的可能性。将来の超高速レーザークラッディングの主な研究ホットスポットは、平面と自由形状表面に焦点を当てた超高速レーザークラッディング装置の開発、新しいクラッディング材料の開発、および超高速レーザークラッディングのさらなる研究です。 -超高速を拡大するための積層造形と組み合わせた高速レーザークラッディング技術表面処理におけるレーザークラッディング技術の適用範囲は、コーティング品質をさらに最適化し、3D積層造形技術の開発を促進し、産業用途を大幅に促進しました将来の金属3D印刷技術の。