Als fortschrittliche Methode der Oberflächentechnik und Wiederaufbereitung, Laserauftragschweißen Technologie nutzt einen hochenergetischen Laserstrahl, um zuvor abgeschiedene oder synchron zugeführte Legierungspulver schnell zu schmelzen und eine metallurgisch gebundene Plattierungsschicht auf der Substratoberfläche zu bilden. Dadurch werden die Verschleißfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die Hochtemperaturleistung des Werkstücks erheblich verbessert. In der gesamten Laserauftragschweißen Prozesses hat die Wahl des Pulvermaterials einen direkten Einfluss auf die Qualität der Beschichtung und die Anwendungsleistung. Dieser Artikel gibt einen systematischen Überblick über die üblicherweise verwendeten Laserauftragschweißen Pulverwerkstoffe, einschließlich selbstfließender Legierungspulver, Verbundwerkstoffpulver, keramischer Pulver und anderer Werkstoffe auf Metallbasis, mit einer Analyse ihrer Klassifizierung, Eigenschaften und Anwendungsszenarien, um eine Referenz für die Werkstoffauswahl zu bieten.

1. Selbstfließende Legierungspulver

Selbstfließende Legierungspulver sind die am intensivsten erforschten und am häufigsten verwendeten Materialien in der Laserauftragschweißen. Dazu gehören hauptsächlich Legierungen auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis. Diese Pulver enthalten Elemente wie Bor und Silizium, die ihnen hervorragende Desoxidations- und Verschlackungseigenschaften verleihen, wodurch Oxidation und Porosität in der Plattierungsschicht wirksam reduziert und die Prozessqualität verbessert werden. Unter Laserauftragschweißen, Diese Pulver sind sehr anpassungsfähig an verschiedene Substrate (z. B. Kohlenstoffstahl und Edelstahl) und werden häufig für die Reparatur und Veredelung von Industriekomponenten verwendet.

1.1 Selbstfließende Legierungspulver auf Eisenbasis

Pulver auf Eisenbasis eignen sich für lokal verschleißfeste und leicht verformbare Teile, die in der Regel aus Gusseisen oder kohlenstoffarmem Stahl hergestellt werden. Die wichtigsten Vorteile sind eine breite Rohstoffquelle, niedrige Kosten und eine gute Verschleißfestigkeit. Zu den Nachteilen gehören jedoch ein höherer Schmelzpunkt und eine schlechtere Oxidationsbeständigkeit, was zu potenzieller Rissbildung und Porosität bei Laserauftragschweißen. In den letzten Jahren hat die Zugabe von Seltenen Erden zu Pulvern auf Eisenbasis deren Korrosions- und Rissbeständigkeit erheblich verbessert und damit ihr Anwendungspotenzial in Laserauftragschweißen.

1.2 Selbstfließende Legierungspulver auf Nickelbasis

Pulver auf Nickelbasis werden häufig verwendet in Laserauftragschweißen aufgrund ihrer hervorragenden Benetzbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und selbstschmierenden Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Unter rauen Bedingungen (z. B. bei starkem Stoß- oder Abriebverschleiß) werden häufig harte Partikel wie Karbide und Nitride in das Pulver auf Nickelbasis eingebracht, um Verbundbeschichtungen zu bilden, die ihre Leistung weiter verbessern.

1.3 Selbstfließende Legierungspulver auf Kobaltbasis

Pulver auf Kobaltbasis sind für ihre hervorragende Hochtemperatur-, Korrosions- und Schlagfestigkeit bekannt und werden häufig in anspruchsvollen Industriebereichen wie der Petrochemie und der Energieerzeugung eingesetzt. Während Laserauftragschweißen, Mit dem Zusatz von Legierungselementen wie Nickel und Chrom unterdrücken sie wirksam die Rissbildung und verbessern die Haftfestigkeit zwischen der Beschichtung und dem Substrat.

2. Komposit-Pulver

Verbundpulver werden in der Regel durch Mischen oder Beschichten von Metallen (z. B. Nickel oder Kobalt) mit hochschmelzenden Keramikpartikeln (z. B. Karbiden und Oxiden) hergestellt. Diese Pulver werden verwendet in Laserauftragschweißen um keramikverstärkte Metallmatrix-Verbundbeschichtungen herzustellen, die die Zähigkeit von Metallen mit der Verschleißfestigkeit und den Hochtemperatureigenschaften von Keramiken kombinieren. So können beispielsweise mit Wolframkarbid oder Chromkarbid beschichtete Pulver den Abbau und die Zersetzung von Keramikpartikeln während des Laserprozesses wirksam verhindern und so die Leistung der Beschichtung erheblich verbessern. Dies ist eine der heißesten Forschungsrichtungen in Laserauftragschweißen Technologie.

3. Keramische Pulver

Keramische Pulver, die hauptsächlich Oxide (wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid) und Silizide enthalten, werden in Laserauftragschweißen wegen ihrer ausgezeichneten Hochtemperaturstabilität, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig in Wärmedämmschichten oder Schutzschichten unter besonderen Bedingungen eingesetzt. Keramik- und Metallsubstrate weisen jedoch erhebliche Unterschiede bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten und den Elastizitätsmodulen auf, was zu Rissen und Abplatzungen führt, nachdem Laserauftragschweißen. Forscher haben Übergangsschichten entwickelt oder Komponenten wie CaO und SiO₂ hinzugefügt, um diese Belastungen zu mindern, aber dies bleibt eine große Herausforderung in Laserauftragschweißen.

4. Andere Verkleidungsmaterialien auf Metallbasis

Zusätzlich zu den oben genannten Kategorien haben spezielle Metallpulver, wie z. B. auf Kupfer-, Titan-, Aluminium-, Magnesium- und Zirkoniumbasis, ebenfalls einen einzigartigen Wert für Laserauftragschweißen. Zum Beispiel:

Materialien auf Kupferbasis: Aufgrund ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit und ihrer Eigenschaften zur Trennung der flüssigen Phase können Pulver auf Kupferbasis zur Herstellung selbstverstärkender Verbundbeschichtungen verwendet werden.

Werkstoffe auf Titanbasis: Zur Verbesserung der Biokompatibilität oder der Korrosionsbeständigkeit werden häufig Kompositpulver auf Titanbasis verwendet, die in Laserauftragschweißen kann die Verschleißfestigkeit von medizinischen Titanlegierungen erheblich verbessern.

Materialien auf Aluminium- und Magnesium-Basis: Diese werden häufig für die Oberflächenmodifizierung von Leichtmetalllegierungen verwendet. Laserauftragschweißen mit Pulvern auf Aluminiumbasis kann die Härte und Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen wirksam verbessern.

Materialien auf Zirkonium-Basis: Laserauftragschweißen von Pulvern auf Zirkoniumbasis auf Titanlegierungen bildet eine hochharte, nichtkristalline Verstärkungsschicht, die für hochfeste Anwendungen geeignet ist.

5. Zusammenfassung und Anwendungsausblick

Die Auswahl der Materialien in Laserauftragschweißen wirkt sich direkt auf die Leistung und den Prozesserfolg der Plattierungsschicht aus. Die verschiedenen Pulversysteme unterscheiden sich erheblich in Bezug auf Kosten, Leistung und Prozessanpassung, was eine sorgfältige Auswahl auf der Grundlage der spezifischen Anwendungsanforderungen erfordert. Derzeit, Laserauftragschweißen Technologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Wiederaufbereitung von Teilen, der Oberflächenverfestigung und der Reparatur von High-End-Geräten. So kann beispielsweise durch die Reparatur von Schlüsselkomponenten wie Walzen, Formen und Hydrauliksäulen deren Leistung auf mehr als 90% der Spezifikationen der Originalteile wiederhergestellt werden, wobei die Kosten nur etwa ein Fünftel der Kosten für einen Ersatz betragen, was die Lebensdauer und die Betriebswirtschaftlichkeit der Ausrüstung erheblich verbessert.

Allerdings, Laserauftragschweißen Materialien sind noch nicht systematisiert oder standardisiert, und das Design der Zusammensetzung und die Leistungsvorhersage befinden sich noch in der Forschungsphase. In der Zukunft, mit der kontinuierlichen Entwicklung von Materialien und Prozessoptimierung, Laserauftragschweißen Technologie wird voraussichtlich die traditionellen Beschichtungs- und Überzugsprozesse in immer mehr industriellen Anwendungen ersetzen und zu einer Kerntechnologie in der High-End-Fertigung und der umweltfreundlichen Wiederaufbereitung werden.