Vysokorychlostní laserové plátování jako pokročilá technologie povrchového inženýrství nabízí významné výhody při zlepšování vlastností materiálů a opravách poškozených součástí. Vzhledem ke složitosti procesních parametrů a měnícím se faktorům prostředí se však vysokorychlostní laserové plátování může v praktických aplikacích setkat s různými problémy s kvalitou. Tento článek systematicky rozebírá běžné problémy a jejich příčiny při vysokorychlostním laserovém plátování a poskytuje poznatky pro optimalizaci procesu.

1. Lepení povlaku a metalurgické vady

Při vysokorychlostním laserovém plátování má kvalita vazby mezi povlakem a substrátem přímý vliv na provozní vlastnosti. Níže jsou uvedeny typické vady související s lepením:

1.1 Peeling

Odlupováním se rozumí oddělování povlaku od povrchu podkladu. Hlavní příčinou je, že se na podkladu nevytvořila účinná tavenina, což vedlo ke špatnému metalurgickému spojení mezi práškem a podkladem. Při vysokorychlostním laserovém plátování mohou nízký výkon, nadměrné množství prášku a vysoká rychlost skenování bránit vytvoření bazénu taveniny. Kromě toho může správnému spojení bránit také znečištění, jako je olej nebo galvanické vrstvy na povrchu obrobku.

1.2 Trhliny

Trhliny jsou běžnou vadou vysokorychlostních laserových plátů, která často souvisí s koncentrací tepelného napětí a nesouladem materiálů. Trhliny se s větší pravděpodobností objevují, když má substrát vysokou tvrdost (např. po kalení nebo nauhličování), únavové vrstvy nebo když má prášek vysokou tvrdost a velkou míru smrštění. Citlivost na trhliny je obzvláště vysoká při použití prášků na bázi niklu nebo při vícevrstvém laserovém plátování.

1.3 Pórovitost

Pórovitost výrazně snižuje hustotu povlaku a jeho odolnost proti korozi. U vysokorychlostního laserového pokovování jsou příčiny pórovitosti různé, včetně rzi nebo oleje na substrátu, nečistot nebo vlhkosti v prášku, nestabilního toku prášku, nadměrného množství prášku, nedostatečného výkonu nebo vysoké rychlosti skenování.

2. Kvalita povrchu povlaku a morfologické problémy

2.1 Nadměrné množství plovoucího prášku a nedostatek kovového lesku

Tento problém vážně ovlivňuje kvalitu povrchu po vysokorychlostním laserovém plátování. Může být způsoben nadměrným množstvím prášku, nízkým výkonem, vysokou rychlostí skenování, vysokou výškou trysky, malou velikostí laserového bodu nebo kontaminací optických čoček, což způsobuje neúplné roztavení prášku a špatné smáčení.

2.2 Pitting po broušení

Příčinou vzniku důlků je obvykle neúplné roztavení prášku nebo nedostatečné roztavení. Tento problém je běžný u procesů s nízkým výkonem, nadměrným množstvím prášku nebo vysokou rychlostí skenování, což jsou typické projevy špatného sladění energie a prášku při vysokorychlostním laserovém plátování.

2.3 Diagonální vrásky na povlaku

Tyto morfologické vady obvykle souvisejí s přehřátým bazénem taveniny a vyskytují se spíše při příliš vysokém výkonu, příliš vysoké teplotě bazénu taveniny nebo při nadměrném zkapalnění prášku. To může ovlivnit vzhled a rozměrovou přesnost vysokorychlostního laserového plátování dílu.

3. Problémy s podáváním prášku a stabilitou procesu

3.1 Přilnavost prášku k trysce

Přilnutí prášku k trysce může narušit tok prášku a ovlivnit stabilitu vysokorychlostního laserového plátování. Mezi příčiny patří nadměrný výron prášku, zvýšená teplota trysky, malá pracovní vzdálenost trysky nebo drsný či znečištěný povrch trysky. Správné odsazení plátovací hlavy může pomoci tento problém zmírnit.

3.2 Ucpávání práškem

Ucpání práškem přímo přerušuje vysokorychlostní laserový proces plátování. Mezi běžné příčiny patří opožděné čištění nalepeného prášku, špatná tekutost prášku, vlhkost nebo nečistoty v prášku a nerovnoměrné rozložení prášku v systémech s více přívody.

3.3 “Syčivý” hluk při obkládání

Abnormální hluk během procesu oplášťování často signalizuje problém v procesu. Může být způsoben kontaminací práškem, vlhkostí nebo znečištěným podkladem. Vysoká hustota výkonu může vést k odpařování kovu v bazénu taveniny, což způsobuje hluk a ovlivňuje korozní odolnost laserového plátování.

3.4 Rozstřikování jisker při oplášťování

Silné rozstřikování jisker může ohrozit bezpečnost procesu a kvalitu povlaku. Obvykle k němu dochází při příliš vysoké rychlosti snímání, příliš vysoké hustotě výkonu, nesouladu výkonu a podávání prášku nebo při příliš velkém průtoku plynu, který představuje nadměrný příkon energie v procesu vysokorychlostního laserového plátování.

3.5 Nestabilní tok prášku vedoucí k nerovnoměrnému povlaku

Stabilní tok prášku je nezbytný pro dosažení rovnoměrného vysokorychlostního laserového pokovování. Nestabilita toku prášku je často způsobena opotřebovanými škrabkami, ucpanými kanály pro podávání prášku, nedostatečným průtokem plynu, špatným těsněním podavače prášku nebo únikem vzduchu v potrubí pro podávání prášku.

3.6 Snížená účinnost opláštění (tenčí nátěr)

Snížená účinnost znamená zhoršení stavu systému. Mezi možné příčiny patří znečištění ochranných čoček, opotřebované škrabky, nesprávná pracovní vzdálenost, opotřebované otvory pro prášek způsobující jeho hrubší tok nebo snížení výkonu laseru.

4. Závěr

Vysokorychlostní laserové plátování je technologie, která vyžaduje přesnou kontrolu procesních parametrů. Výskyt výše zmíněných problémů často úzce souvisí se sladěním parametrů, stavem zařízení a řízením materiálu. Systematické pochopení příčin těchto vad je zásadní pro dosažení vysoké kvality vysokorychlostního laserového plátování a rozšíření jeho použití. Průběžnou optimalizací procesu a posílením monitorování procesu lze účinně zlepšit stabilitu a výtěžnost vysokorychlostního laserového plátování.