レーザークラッディング 技術では、選択されたクラッド材をさまざまな充填方法を用いて基材表面に配置します。レーザー照射により、基材表面の薄い層が溶融し、素早く固化することで、非常に低い希釈率で冶金的に結合した表面皮膜が形成されます。これにより、耐摩耗性、耐食性、耐熱性、耐酸化性、電気特性など、基材の表面特性が大幅に向上します。.

レーザークラッディングの分類

使用される材料の種類とレーザービームとのカップリングに基づき、一般的な レーザークラッド 技術は、同軸粉末レーザークラッディング、軸外粉末レーザークラッディング（横方向粉末レーザークラッディングとも呼ばれる）、高速レーザークラッディング（超高速レーザークラッディングとも呼ばれる）、高速ワイヤーレーザークラッディングに分けられる。.

同軸粉末レーザークラッディング

同軸パウダー レーザークラッド 通常、半導体ファイバーレーザーとディスクタイプのガス供給式粉末フィーダーが使用される。クラッディングヘッドは、中央の光ビームとその周囲に供給される粉末、または複数の粉末ストリームを備えた円形光スポット方式を採用している。特別に設計された保護ガス流路により、粉末、光ビーム、保護ガスは一点に収束し、そこで溶融プールが形成される。クラッディングヘッドがワークピースに対して相対的に移動すると、表面にクラッディング層が形成されます。.

同軸粉末レーザークラッディングの利点：

高い自由度と容易な自動化:クラッド層の品質が移動方向に関係なく一定に保たれるため、産業用ロボットや多軸マシンによる自動化に非常に適しています。.

優れた不活性ガス保護:溶融プールは不活性ガスでシールドされ、プロセスの安定性を向上させる。.

溶融池が小さく、均一に加熱され、耐クラック性に優れている。:パウダーと光の均一な相互作用により、クラッド表面の品質と耐久性が向上します。.

オフアクシス粉末レーザークラッディング

別名ラテラルパウダー レーザークラッド, この方法では、半導体レーザーまたはファイバーレーザーと重力式粉末供給装置を使用する。クラッディングヘッドは、矩形の光スポットと横方向への粉末供給を組み合わせている。合金粉末は加工物の表面に送られ、レーザービームによって溶融され、溶融プールを形成する。.

オフアクシス粉末レーザクラッディングの利点：

高い材料利用率:レーザーで溶融する前に粉末をあらかじめ表面に堆積させることで、95%以上の材料利用率を実現。.

高い被覆効率:長方形のビームは、レーザーの出力を上げ、スポットサイズを大きくし、クラッディング速度を向上させます。.

不活性ガスの消費なし:粉末の耐酸化性を考慮する必要があるが、不活性ガスを使用しない。.

超高速レーザークラッディング

このプロセスは、高品質のファイバーレーザーと高速クラッディングヘッドを採用し、極めて高速のクラッディング速度（最大200m/分）を実現します。粉末は溶融プールに入る前に予熱または完全溶融されるため、粉末溶融に必要な時間が劇的に短縮されます。.

超高速レーザークラッディングの利点：

高いレーザーエネルギー利用率:レーザービームは効率的に粉末と加工物を加熱し、エネルギー損失を最小限に抑え、クラッディング効率を最大化します。.

希釈率が低い:クラッディング速度が速く、溶融池の露出時間が短い場合、クラッディング層の希釈率は低いままです。.

低い表面粗さと耐クラック性:このプロセスは、クラッド層の欠陥を最小限に抑え、高品質の結果を保証します。.

高速ワイヤーレーザークラッディング

高速ワイヤー レーザークラッド は、クラッド材として金属ワイヤーを使用し、これをレーザービームに送り込む。金属ワイヤは溶融して溶融池を形成し、これが凝固してクラッド層が形成される。.

高速ワイヤーレーザークラッディングの利点：

環境面でのメリット:粉末の代わりにワイヤーを使用することで、飛散や金属粉を排除し、環境性能を向上。.

高い材料利用率:ワイヤーは完全に溶融され、99%の材料利用率をほぼ保証します。.

高い被覆効率:制御されたエネルギー投入と高速クラッディングにより、高い材料効率を実現。.

クラッディング効果に及ぼすプロセスパラメーターの影響

レーザークラッディング レーザー出力、スポット径、クラッディング速度、フォーカスオフセット、粉末供給速度、スキャン速度、予熱温度などのパラメータは、クラッディング層の希釈率、クラック形成、表面粗さ、およびクラッディングされた部品の全体密度に大きく影響します。不適切なパラメータ設定は、クラッ ド層と基材間の冶金学的結合不良を引き起こし、多層 チャンネルの形成を阻害します。.

主なプロセスパラメーターは以下の通り：

レーザー出力:これは基板の溶融体積を決定する。出力を上げるとクラッディングが深くなるが、ポロシティが発生しやすくなる。しかし、高い出力は、冷却段階での動的凝固を改善することで、クラックやポロシティを減少させることができる。.

スポット径:レーザーのスポット径はクラッド層の幅に影響する。スポット径が小さい方が品質が良いのに対して、スポット径が大きい方が広い面積をカバーできます。.

クラッディング速度:クラッディング速度は、合金粉末の溶融具合に影響する。高すぎると粉末が完全に溶融せず、低すぎるとプールが過熱して材料の損失につながる。.

レーザークラッド表面形成技術の特徴

速い冷却速度 そして急速な凝固。.

熱変形が少ない, 希釈率が低く、塗膜と基材との冶金的結合に優れている。.

幅広い素材選択:鉄系、ニッケル系、銅系、チタン系など。.

正確な厚み制御:クラッディングの厚さは0.2mmから2mmで、摩耗部分の修復に最適です。.

高い加工精度, 狭い場所や加工しにくい場所に適している。.

容易なオートメーション統合.

レーザークラッディング材料システム

クラッド材の選択は、所望の表面品質と特性を達成するために極めて重要です。一般的に、適切な材料の選択は基材の物理的・化学的特性に依存し、クラッド材はそれに応じて選択されなければなりません。.

マテリアルシステム：

自己融着合金粉末:鉄系、ニッケル系、コバルト系の粉末があり、レーザークラッディングに最もよく使用される。耐食性と耐酸化性に優れています。.

複合パウダー:炭化物、窒化物、ホウ化物などの高融点セラミックスを金属と結合させ、耐摩耗性コーティングに最適な粉末を形成する。.

セラミックパウダー:酸化アルミニウムや酸化ジルコニウムのような酸化物系セラミックスを含み、これらは耐熱性コーティングの製造によく使用される。.

その他の合金粉末:銅ベース、チタンベース、アルミニウムベース、その他の特殊合金粉末も、用途に応じて使用される。.

結論

レーザークラッディング 技術は、航空宇宙、自動車、石油化学、冶金、鉄道輸送などの産業で、重要部品の修理や改良に広く使用されている。損傷した部品を修理するための費用対効果の高いソリューションを提供します、, レーザークラッド は、コストを削減し、効率を高め、性能を向上させます。高出力レーザーの進化と製造コストの削減により、, レーザークラッド は、学術的にも産業研究的にもホットなトピックになりつつある。.