Revestimiento láser consiste en colocar un material de revestimiento seleccionado sobre la superficie de un sustrato utilizando distintos métodos de relleno. Mediante irradiación láser, una fina capa de la superficie del sustrato se funde y solidifica rápidamente, formando un revestimiento superficial unido metalúrgicamente con muy baja dilución. Esto mejora significativamente las propiedades superficiales del material del sustrato, como la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión, la resistencia al calor, la resistencia a la oxidación y las propiedades eléctricas.

Clasificaciones del revestimiento láser

En función del tipo de materiales utilizados y de su acoplamiento con el rayo láser, se suelen utilizar revestimiento láser Las tecnologías pueden dividirse en: revestimiento láser de polvo coaxial, revestimiento láser de polvo fuera del eje (también llamado revestimiento láser de polvo lateral), revestimiento láser de alta velocidad (también llamado revestimiento láser de ultra alta velocidad) y revestimiento láser de alambre de alta velocidad.

Recubrimiento con láser de polvo coaxial

Polvo coaxial revestimiento láser utiliza normalmente un láser de fibra semiconductora y un alimentador de polvo alimentado por gas de tipo disco. El cabezal de revestimiento emplea un esquema de punto de luz circular con un haz de luz central y polvo alimentado a su alrededor o múltiples corrientes de polvo. Con un canal de gas protector especialmente diseñado, el polvo, el haz de luz y el gas protector convergen en un único punto, donde se forma un baño de fusión. A medida que el cabezal de revestimiento se desplaza con respecto a la pieza, se forma una capa de revestimiento en la superficie.

Ventajas del revestimiento con láser de polvo coaxial:

Gran libertad y fácil automatización: La calidad de la capa de revestimiento se mantiene constante independientemente de la dirección del movimiento, lo que la hace muy adaptable a la automatización con robots industriales o máquinas multieje.

Buena protección contra gases inertes: El baño de fusión está protegido por gases inertes, lo que mejora la estabilidad del proceso.

Pequeño baño de fusión, calentamiento uniforme y buena resistencia al agrietamiento: La interacción uniforme entre el polvo y la luz garantiza una mejor calidad y durabilidad de la superficie revestida.

Recubrimiento con láser de polvo fuera del eje

También conocido como polvo lateral revestimiento láser, Este método utiliza un láser semiconductor o de fibra con un alimentador de polvo por gravedad. El cabezal de revestimiento emplea un punto de luz rectangular combinado con alimentación lateral de polvo. El polvo de aleación llega a la superficie de la pieza y se funde con el rayo láser, formando un baño de fusión.

Ventajas del revestimiento con láser de polvo fuera del eje:

Alto aprovechamiento del material: El polvo se deposita previamente en la superficie antes de ser fundido por el láser, con lo que se consiguen índices de utilización del material superiores a 95%.

Alta eficacia del revestimiento: El haz rectangular permite aumentar la potencia del láser y el tamaño de los puntos, lo que mejora la velocidad de revestimiento.

Sin consumo de gas inerte: Este método no consume gas inerte, aunque requiere una cuidadosa consideración de la resistencia a la oxidación del polvo.

Recubrimiento láser ultrarrápido

Este proceso emplea un láser de fibra de alta calidad y cabezales de revestimiento de alta velocidad para alcanzar velocidades de revestimiento extremadamente altas (hasta 200 m/min). El polvo se precalienta o se funde completamente antes de entrar en el baño de fusión, lo que reduce drásticamente el tiempo necesario para la fusión del polvo.

Ventajas del revestimiento láser de alta velocidad:

Alto aprovechamiento de la energía láser: El rayo láser calienta eficazmente el polvo y la pieza, minimizando la pérdida de energía y maximizando la eficacia del revestimiento.

Baja tasa de dilución: Con altas velocidades de revestimiento y breves tiempos de exposición del baño de fusión, la tasa de dilución de la capa de revestimiento se mantiene baja.

Baja rugosidad superficial y resistencia a las grietas: El proceso minimiza los defectos en la capa revestida, garantizando resultados de alta calidad.

Recubrimiento por láser de alambre de alta velocidad

Cable de alta velocidad revestimiento láser utiliza alambre metálico como material de revestimiento, que se introduce en el haz láser. El alambre metálico se funde para formar un baño fundido, que se solidifica para crear la capa de revestimiento.

Ventajas del revestimiento láser de alambre de alta velocidad:

Beneficios medioambientales: El uso de alambre en lugar de polvo elimina las salpicaduras y el polvo metálico, mejorando el rendimiento medioambiental.

Alto aprovechamiento del material: El alambre está totalmente fundido, lo que garantiza un aprovechamiento del material cercano a 99%.

Alta eficacia del revestimiento: La entrada controlada de energía y la rápida velocidad de revestimiento dan como resultado una alta eficiencia del material.

El impacto de los parámetros del proceso en el efecto de revestimiento

Revestimiento láser Los parámetros, como la potencia del láser, el diámetro del punto, la velocidad de revestimiento, el desplazamiento del enfoque, la velocidad de alimentación del polvo, la velocidad de escaneado y la temperatura de precalentamiento, afectan significativamente a la tasa de dilución de la capa de revestimiento, la formación de grietas, la rugosidad de la superficie y la densidad general de las piezas revestidas. Una configuración incorrecta de los parámetros puede provocar una unión metalúrgica deficiente entre el revestimiento y el sustrato, lo que impide la formación de canales multicapa.

Los parámetros clave del proceso incluyen:

Potencia láser: Determina el volumen fundido del sustrato. Aumentar la potencia conduce a un revestimiento más profundo, pero también aumenta la probabilidad de porosidad. Sin embargo, una mayor potencia puede reducir las grietas y la porosidad al mejorar la solidificación dinámica durante la fase de enfriamiento.

Diámetro del punto: El diámetro del punto del láser afecta a la anchura de la capa de revestimiento. Mientras que los puntos pequeños proporcionan una mejor calidad, los puntos grandes son mejores para cubrir áreas más extensas.

Velocidad de revestimiento: La velocidad de revestimiento influye en la fusión del polvo de aleación. Si es demasiado alta, el polvo no se fundirá por completo; si es demasiado baja, el baño se sobrecalentará y se perderá material.

Características de la tecnología de formación de superficies por revestimiento láser

Rápida velocidad de enfriamiento y solidificación rápida.

Baja deformación térmica, con bajos índices de dilución y una excelente adherencia metalúrgica entre el revestimiento y el sustrato.

Amplia selección de materiales: A base de hierro, a base de níquel, a base de cobre, a base de titanio, etc.

Control preciso del espesor: El espesor del revestimiento oscila entre 0,2 mm y 2 mm, ideal para la restauración de piezas de desgaste.

Alta precisión de procesamiento, adecuado para zonas pequeñas o difíciles de procesar.

Fácil integración de la automatización.

Sistemas de revestimiento láser de materiales

La elección de los materiales de revestimiento es crucial para conseguir la calidad y las propiedades superficiales deseadas. Normalmente, la selección de los materiales adecuados depende de las propiedades físicas y químicas del sustrato, y el material de revestimiento debe elegirse en consecuencia.

Sistemas de materiales:

Polvos de aleación autofusibles: Se trata de polvos a base de hierro, níquel y cobalto, y son los más utilizados en el revestimiento por láser. Ofrecen una excelente resistencia a la corrosión y la oxidación.

Polvos compuestos: Combinan cerámicas de alto punto de fusión, como carburos, nitruros y boruros, con metales, formando polvos ideales para producir revestimientos resistentes al desgaste.

Polvos cerámicos: Incluyen cerámicas a base de óxidos, como el óxido de aluminio y el óxido de circonio, que se utilizan habitualmente para producir revestimientos resistentes al calor.

Otros polvos de aleación: También se utilizan polvos a base de cobre, titanio, aluminio y otras aleaciones especializadas en función de los requisitos de la aplicación.

Conclusión

Revestimiento láser se utiliza ampliamente en industrias como la aeroespacial, automovilística, petroquímica, metalúrgica y del transporte ferroviario para reparar y mejorar componentes críticos. Proporcionando una solución rentable para reparar piezas dañadas, revestimiento láser reduce costes, aumenta la eficiencia y mejora el rendimiento. Con los avances en láseres de alta potencia y la reducción de los costes de fabricación, revestimiento láser se está convirtiendo en un tema candente en la investigación académica e industrial.