Abstract
Onderdelen van aluminiumlegeringen die gebruikt worden voor de behuizing zijn tijdens de productie en het gebruik gevoelig voor defecten zoals porositeit en scheuren, wat leidt tot afkeuring en verspilling van grondstoffen. Deze studie richt zich op onderdelen van de ZL105A aluminiumlegering voor de lucht- en ruimtevaart, waarbij lasercladdingtechnologie wordt gebruikt om de tijdens gebruik ontstane porositeit te herstellen met behulp van AlSi10Mg-poeder. Door de procesparameters aan te passen en metallografische analyses uit te voeren, werd de porositeit van de claddinglaag onder verschillende omstandigheden geëvalueerd. De optimale procesparameters werden vastgesteld als volgt: laservermogen 1.6~1.8 kW, poedertoevoersnelheid 0.6 r/min, argonstroom 4 L/min, scanafstand 1.2 mm en scansnelheid 600 mm/min. Na de reparatie bereikte de dichtheid van het onderdeel 98.18%.

Introductie
Met de ontwikkeling van metaaladditieve productietechnologieën is lasercladding een belangrijke methode geworden voor het repareren van defecten aan onderdelen. Aluminiumlegeringen kenmerken zich echter door een lage laserabsorptie, een hoge thermische geleidbaarheid en een gevoeligheid voor oxidatie. Deze eigenschappen, in combinatie met de complexe structuur en de dunwandige kenmerken van behuizingsonderdelen, maken reparatie lastig. Gebaseerd op de daadwerkelijke productiebehoeften, onderzoekt deze studie de lasercladding-reparatietechnologie voor behuizingen van aluminiumlegeringen en biedt daarmee technische ondersteuning voor de herfabricage van belangrijke ruimtevaartcomponenten.

Huidig ​​onderzoek naar lasercladdingtechnologie

Binnenlands onderzoek
Het onderzoek naar lasercladdingtechnologie in China begon in de jaren negentig en richtte zich voornamelijk op de optimalisatie van procesparameters, de prestaties van het claddingmateriaal en de ontwikkeling van apparatuur. Zo bestudeerden Liu Xiubo et al. de invloed van de scansnelheid op de microstructuur en hardheid van de claddinglaag. Wu Hongliang et al. gebruikten nikkellegeringen om het oppervlak van een TA2-titaniumlegering te lasercladdingen, waardoor de hardheid aanzienlijk toenam. Wang et al. voerden een systematische studie uit naar de eigenschappen van de Ti2Ni3Si/Ni3Ti-claddinglaag. Chinese bedrijven, zoals Xi'an Bishi en Bolite, ontwikkelen actief lasercladdingapparatuur. De huidige apparatuur werkt echter doorgaans met een vermogen van 3000 tot 6000 W en heeft een beperkte claddingdiepte.

Internationaal onderzoek
Onderzoek naar lasercladding begon al eerder in het buitenland en richtte zich op materiaaleigenschappen en de ontwikkeling van apparatuur. Zo analyseerden Ignat et al. de relatie tussen verdunningsgraad en procesparameters. Bernabe et al. gebruikten Al-Si-poeder om magnesiumlegeringen te bekleden, waarmee ze coatings met een hoge hardheid en corrosiebestendigheid bereikten. Ocelik et al. verbeterden de wrijvingseigenschappen door TiB2/Ti-6Al-4V met lasercladding te behandelen. Bedrijven in het buitenland, zoals Lasermach in België en Nittany Laser in de VS, hebben apparatuur ontwikkeld voor lasercladding op binnenoppervlakken, met vermogens variërend van 2000 tot 6000 W en maximale bewerkingsdiepten tot 500 mm.

Experimentele methodes

Uitrusting en materialen
De experimenten werden uitgevoerd met een LDM8060 lasergestuurd energieafzettingssysteem, uitgerust met een coaxiaal poedertoevoersysteem, een vijfassige werkbank en een argonbeschermingssysteem. Het gebruikte bekledingsmateriaal was AlSi10Mg-poeder, bereid door middel van verstuiving, met een deeltjesgrootte van 53-105 μm, wat een goede lasbaarheid garandeerde.

Ontwerp van procesparameters
Verschillende sets procesparameters werden vergeleken (zie tabel 1), en de parameters van groep B en groep C werden geselecteerd voor verdere verificatie:

Armatuur Ontwerp
Er werd een speciaal hulpstuk ontworpen om interne gaten in behuizingsonderdelen te repareren, waarbij de onderste gaten en parallelle oppervlakken van het onderdeel als bevestigingspunt werden gebruikt. Het hulpstuk had een maximale laserpuntverschuiving van 1.5 mm tijdens rotatie, wat de kwaliteit van de bekleding enigszins beïnvloedde.

Resultaten en discussie

Kwaliteitsanalyse van de bekledingslaag
Door middel van metallografische analyse en ImageJ-software is de porositeit statistisch bepaald, met de volgende resultaten:

Parameters van groep B : Gemiddelde smeltbaddiepte van 181.73 μm, gemiddeld aantal poriën 274.67, waarbij 98.58% van de poriën een diameter ≤ 50 μm heeft.

Parameters van groep C : Gemiddelde smeltbaddiepte van 961.63 μm, gemiddeld aantal poriën 188.67, waarbij 98.18% van de poriën een diameter ≤ 50 μm heeft.

Onder de parameters van Groep C is het smeltbad dieper, met aanzienlijk minder poriën, waardoor het geschikter is voor het repareren van diepe gaten.

Test van daadwerkelijke reparatie van onderdelen
Bekledingsproeven werden uitgevoerd onder bescherming van argongas (zuurstofgehalte <200 ppm) en in lucht. De bekledingslaag onder argonbescherming was uniformer en dichter, terwijl er bij bekleding in lucht voorgeaggregeerde deeltjes verschenen. Na de reparatie werd er gesneden, maar door een verkeerde centrering werd de bekledingslaag ongelijkmatig gesneden, wat aangeeft dat de nauwkeurigheid van de uitlijning van de mal verbeterd moet worden.

Conclusie
Door middel van optimalisatie van de procesparameters werden de optimale parameters voor het repareren van ZL105A aluminiumlegering behuizingen vastgesteld als volgt: laservermogen 1.6~1.8 kW, poedertoevoersnelheid 0.6 r/min, argon gasstroom 4 L/min, scanafstand 1.2 mm en scansnelheid 600 mm/min.

De bekledingslaag onder argonbescherming vertoonde een superieure kwaliteit, maar tegen hogere kosten.

Hoewel luchtbekleding efficiënter en kosteneffectiever is, resulteert het in een minder uniforme laag.

Bij daadwerkelijke reparaties is nauwkeurige centrering van het te monteren onderdeel essentieel om de integriteit van de bekledingslaag en de kwaliteit van de verwerking te garanderen.