Le rechargement par laser à grande vitesse, en tant que technologie avancée d'ingénierie de surface, offre des avantages significatifs dans l'amélioration des propriétés des matériaux et la réparation des composants endommagés. Toutefois, en raison de la complexité des paramètres du processus et de l'évolution des facteurs environnementaux, le rechargement par laser à grande vitesse peut rencontrer divers problèmes de qualité dans les applications pratiques. Cet article passe systématiquement en revue les problèmes courants et leurs causes dans le domaine du rechargement par laser à grande vitesse, et fournit des indications pour l'optimisation du processus.

1. Adhésion du revêtement et défauts métallurgiques

Dans le cas du rechargement laser à grande vitesse, la qualité de la liaison entre le revêtement et le substrat a une incidence directe sur les performances de service. Les défauts typiques liés à la liaison sont les suivants :

1.1 Le pelage

L'écaillage désigne le détachement du revêtement de la surface du substrat. La cause principale est que le substrat n'a pas formé un bassin de fusion efficace, ce qui entraîne une mauvaise liaison métallurgique entre la poudre et le substrat. Dans le cas du rechargement par laser à grande vitesse, une faible puissance, un excès de poudre et une vitesse de balayage élevée peuvent entraver la formation d'un bain de fusion. En outre, une contamination telle que de l'huile ou des couches électrodéposées sur la surface de la pièce peut également empêcher une liaison correcte.

1.2 Fissures

Les fissures sont des défauts courants dans les revêtements laser à grande vitesse, souvent liés à la concentration des contraintes thermiques et à l'inadéquation des matériaux. Les fissures sont plus susceptibles de se produire lorsque le substrat présente une dureté élevée (par exemple, après une trempe ou une cémentation), des couches de fatigue ou lorsque la poudre présente une dureté élevée et des taux de rétrécissement importants. La sensibilité aux fissures est particulièrement élevée lors de l'utilisation de poudres à base de nickel ou dans le cas d'un revêtement laser multicouche.

1.3 Porosité

La porosité réduit considérablement la densité du revêtement et sa résistance à la corrosion. Dans le revêtement par laser à grande vitesse, les causes de la porosité sont diverses : rouille ou huile sur le substrat, impuretés ou humidité dans la poudre, flux de poudre instable, excès de poudre, puissance insuffisante ou vitesse de balayage élevée.

2. Qualité de la surface du revêtement et questions morphologiques

2.1 Excès de poudre flottante et manque d'éclat métallique

Ce problème affecte gravement la qualité de la surface après le rechargement par laser à grande vitesse. Il peut résulter d'un excès de poudre, d'une faible puissance, d'une vitesse de balayage élevée, d'une hauteur de buse élevée, d'une petite taille de spot laser ou d'une contamination des lentilles optiques, ce qui entraîne une fusion incomplète de la poudre et un mauvais mouillage.

2.2 Piqûres après broyage

Les piqûres sont généralement dues à une fusion incomplète ou insuffisante de la poudre. Ce problème est courant dans les processus à faible puissance, à poudre excessive ou à vitesse de balayage élevée, qui sont des manifestations typiques d'une mauvaise adéquation entre la poudre et l'énergie dans le rechargement par laser à grande vitesse.

2.3 Rides diagonales sur le revêtement

Ces défauts morphologiques sont généralement liés à une surchauffe du bain de fusion et sont plus susceptibles de se produire lorsque la puissance est trop élevée, que la température du bain de fusion est trop élevée ou que la poudre est excessivement liquéfiée. Cela peut affecter l'apparence et la précision dimensionnelle de la pièce de rechargement par laser à grande vitesse.

3. Alimentation en poudre et stabilité du procédé

3.1 Adhésion de la poudre à la buse

L'adhésion de la poudre à la buse peut perturber l'écoulement de la poudre et affecter la stabilité du rechargement par laser à grande vitesse. Les causes comprennent l'éjection excessive de poudre, l'augmentation de la température de la buse, une faible distance de travail de la buse ou des surfaces de buse rugueuses ou contaminées. Un décalage correct de la tête de rechargement peut contribuer à atténuer ce problème.

3.2 Colmatage des poudres

Le colmatage de la poudre interrompt directement le processus de revêtement laser à grande vitesse. Les causes les plus courantes sont un nettoyage tardif de la poudre adhérente, une mauvaise fluidité de la poudre, la présence d'humidité ou d'impuretés dans la poudre et une distribution inégale de la poudre dans les systèmes d'alimentation multiple.

3.3 Bruit “sifflant” pendant le revêtement

Un bruit anormal pendant le processus de revêtement indique souvent un problème dans le processus. Il peut être dû à une contamination par la poudre, à l'humidité ou à des substrats sales. Une densité de puissance élevée peut entraîner la vaporisation du métal dans le bain de fusion, ce qui produit du bruit et affecte la résistance à la corrosion du revêtement laser.

3.4 Projection d'étincelles pendant le revêtement

De fortes projections d'étincelles peuvent compromettre la sécurité du processus et la qualité du revêtement. Elles se produisent généralement lorsque la vitesse de balayage est trop élevée, que la densité de puissance est trop importante, que la puissance et l'alimentation en poudre ne sont pas adaptées ou que le débit de gaz est trop important, ce qui représente un apport d'énergie excessif dans le processus de revêtement par laser à grande vitesse.

3.5 Flux de poudre instable entraînant un revêtement irrégulier

Un flux de poudre stable est essentiel pour obtenir un revêtement laser uniforme à grande vitesse. L'instabilité du flux de poudre est souvent due à l'usure des racleurs, à l'obstruction des canaux d'alimentation en poudre, à un flux de gaz insuffisant, à de mauvais joints d'alimentation en poudre ou à des fuites d'air dans les tuyaux d'alimentation en poudre.

3.6 Efficacité réduite du revêtement (couche plus fine)

Une efficacité réduite signifie une détérioration de l'état du système. Les causes possibles sont la contamination des lentilles de protection, l'usure des racleurs, une distance de travail incorrecte, des trous de poudre usés provoquant un flux de poudre plus rugueux, ou une diminution de la puissance du laser.

4. Conclusion

Le rechargement par laser à grande vitesse est une technologie qui exige un contrôle précis des paramètres du processus. L'apparition des problèmes susmentionnés est souvent étroitement liée à l'adaptation des paramètres, à l'état de l'équipement et à la gestion des matériaux. Une compréhension systématique des causes de ces défauts est cruciale pour obtenir un rechargement laser à grande vitesse de haute qualité et étendre son application. En optimisant continuellement le processus et en renforçant sa surveillance, il est possible d'améliorer efficacement la stabilité et le rendement du rechargement par laser à grande vitesse.