Absztrakt
Az alumíniumötvözetből készült burkolatalkatrészek gyártás és szervizelés során hajlamosak a porozitás és a repedések kialakulására, ami alkatrész-selejtezéshez és erőforrás-pazarláshoz vezet. Ez a tanulmány a ZL105A alumíniumötvözetből készült repülőgépipari alkatrészekre összpontosít, lézeres plattírozási technológiát alkalmazva az üzem közben keletkezett porozitás javítására AlSi10Mg por felhasználásával. A folyamatparaméterek beállításával és metallográfiai elemzéssel értékelték a plattírozó réteg porozitását különböző körülmények között. Az optimális folyamatparamétereket a következőkben azonosították: lézerteljesítmény 1.6~1.8 kW, por adagolási sebesség 0.6 ford/perc, argon gázáram 4 l/perc, szkennelési távolság 1.2 mm és szkennelési sebesség 600 mm/perc. A javítás után az alkatrész sűrűsége elérte a 98.18%-ot.

Bevezetés
A fém additív gyártási technológiák fejlődésével a lézeres plattírozás fontos módszerré vált az alkatrészhibák javítására. Az alumíniumötvözeteket azonban alacsony lézerabszorpció, magas hővezető képesség és oxidációs hajlam jellemzi, ami a burkolatalkatrészek összetett szerkezetével és vékonyfalú tulajdonságaival együtt megnehezíti a javítást. A tényleges termelési igények alapján ez a tanulmány az alumíniumötvözet burkolatok lézeres plattírozási javítási technológiáját vizsgálja, technikai támogatást nyújtva a kulcsfontosságú repülőgépipari alkatrészek felújításához.

Jelenlegi kutatások a lézeres burkolótechnológiáról

Hazai Kutatás
A lézeres platformozási technológia kutatása Kínában az 1990-es években kezdődött, főként a folyamatparaméterek optimalizálására, a platformozási anyagok teljesítményére és a berendezések fejlesztésére összpontosítva. Például Liu Xiubo és munkatársai a szkennelési sebesség hatását vizsgálták a platformozási réteg mikroszerkezetére és keménységére. Wu Hongliang és munkatársai Ni alapú ötvözeteket használtak a TA2 titánötvözet felületének lézeres platformozására, jelentősen növelve annak keménységét. Wang és munkatársai szisztematikus vizsgálatot végeztek a Ti2Ni3Si/Ni3Ti platformozási réteg tulajdonságairól. Hazai vállalatok, mint például a Xi'an Bishi és a Bolite, aktívan fejlesztenek lézeres platformozási berendezéseket. A jelenlegi berendezések azonban jellemzően 3000~6000 W teljesítménnyel működnek, korlátozott platformozási mélységgel.

Nemzetközi kutatás
Külföldön korábban kezdődtek a lézeres plattírozással kapcsolatos kutatások, amelyek az anyagok teljesítményét és a berendezések fejlesztését ölelték fel. Ignat és munkatársai például elemezték a hígítási arány és a folyamatparaméterek közötti összefüggést. Bernabe és munkatársai Al-Si port használtak magnéziumötvözetek plattírozására, nagy keménységű és korrózióálló bevonatokat elérve. Ocelik és munkatársai TiB2/Ti-6Al-4V lézeres plattírozással javították a súrlódási tulajdonságokat. Külföldi vállalatok, mint például a belgiumi Lasermach és az egyesült államokbeli Nittany Laser, belső felületek lézeres plattírozására szolgáló berendezéseket fejlesztettek ki, 2000 és 6000 W közötti teljesítménnyel és akár 500 mm maximális megmunkálási mélységgel.

Kísérleti módszerek

Berendezések és anyagok
A kísérleteket egy LDM8060 lézerrel irányított energialeválasztó rendszerrel végezték, amely koaxiális poradagoló rendszerrel, öttengelyes munkapaddal és argongáz-védőrendszerrel volt felszerelve. A használt bevonóanyag AlSi10Mg por volt, amelyet porlasztással állítottak elő, 53-105 μm szemcseméret-tartománnyal, ami jó hegeszthetőséget biztosított.

Folyamatparaméter-tervezés
Több folyamatparaméter-készletet hasonlítottak össze (lásd az 1. táblázatot), és a B és C csoport paramétereit választották ki további ellenőrzésre:

Fixture Design
Egy speciális szerelvényt terveztek a burkolatalkatrészek belső furatainak javítására, az alkatrész alsó furatait és párhuzamos felületeit használva rögzítésre. A szerelvény forgás közben maximálisan 1.5 mm-es lézerpont-eltolódással rendelkezett, ami kismértékben befolyásolta a burkolat minőségét.

Eredmények és viták

Burkolóréteg minőségelemzése
A porozitás statisztikai meghatározásához metallográfiai elemzést és ImageJ szoftvert használtunk, az eredmények a következők:

B csoport paramétereiAz olvadékmedence átlagos mélysége 181.73 μm, az átlagos pórusszám 274.67, a pórusok 98.58%-ának átmérője ≤ 50 μm.

C csoport paramétereiAz olvadékmedence átlagos mélysége 961.63 μm, az átlagos pórusszám 188.67, a pórusok 98.18%-ának átmérője ≤ 50 μm.

A C csoport paraméterei alatt az olvadékmedence mélyebb, jelentősen kevesebb pórussal, így alkalmasabb a mély furathibák javítására.

Valós alkatrészjavítási teszt
A burkolatvizsgálatokat argongázos védelem alatt (oxigéntartalom <200 ppm) és levegőn végezték. Az argonvédelem alatti burkolatréteg egyenletesebb és sűrűbb volt, míg a levegős burkolatban előaggregált részecskék jelentek meg. A javítás után vágást végeztek, de a középpontba helyezés hibája a burkolatréteg egyenetlen vágását eredményezte, ami arra utal, hogy a szerelvények beállításának pontosságát javítani kell.

Összegzés
A folyamatparaméterek optimalizálásával a ZL105A alumíniumötvözet burkolatok javításának optimális paramétereit a következőkben azonosították: lézerteljesítmény 1.6~1.8 kW, por adagolási sebesség 0.6 ford/perc, argon gázáramlás 4 l/perc, szkennelési távolság 1.2 mm és szkennelési sebesség 600 mm/perc.

Az argonvédelem alatt álló burkolóréteg kiváló minőséget mutatott, de magasabb költséggel.

A légbevonatú burkolat, bár hatékonyabb és költségkímélőbb, kevésbé egyenletes réteget eredményezett.

A tényleges javítások során biztosítani kell a szerelvények központosításának pontosságát a burkolatréteg épségének és a feldolgozási minőségnek a garantálása érdekében.