Moderné priemyselné komponenty musia často pracovať v náročných podmienkach zahŕňajúcich opotrebovanie, koróziu, oxidáciu, vysoké teploty, nárazy, trenie a cyklické mechanické zaťaženie. V mnohých prípadoch nie je výroba celého komponentu z drahej vysokovýkonnej zliatiny ani technicky nevyhnutná, ani ekonomicky efektívna.

Povrchové inžinierstvo ponúka ďalší prístup.

Namiesto zmeny celého objemu materiálu komponentu, technológie povrchového inžinierstva modifikujú, spevňujú, obnovujú alebo chránia oblasti, kde je výkon najdôležitejší. V závislosti od aplikácie to môže zahŕňať nanášanie kovového alebo keramického povlaku, vytvorenie metalurgicky spojenej vrstvy, obnovenie stratených rozmerov alebo úpravu vlastností pôvodného povrchu bez pridania materiálu.

Technológie ako laserové naváranie, plazmové oblúkové naváranie (PTA), striekanie HVOF/HVAF, studené striekanie, konvenčné tepelné striekanie, oblúkové/drôtové striekanie, PVD a EB-PVD a laserové kalenie preto zohrávajú odlišné, ale doplnkové úlohy v modernej výrobe, údržbe, opravách a priemyselnej repasácii.

Neexistuje jeden ideálny proces pre každý komponent. Výber správnej technológie povrchového inžinierstva vyžaduje pochopenie materiálu substrátu, požadovaných vlastností povrchu, hrúbky povlaku, povoleného tepelného príkonu, mechanizmu spájania, geometrie, efektivity výroby a celkových nákladov na spracovanie.

Táto príručka poskytuje prehľad hlavných technológií priemyselného povrchového inžinierstva a vysvetľuje, kde je každý proces najvhodnejší.

1. Čo je povrchové inžinierstvo?

Povrchové inžinierstvo je riadená modifikácia povrchu alebo oblasti blízko povrchu komponentu s cieľom zlepšiť jeho funkčný výkon bez toho, aby sa nevyhnutne zmenili vlastnosti celého komponentu.

Táto koncepcia je obzvlášť dôležitá, pretože mnohé priemyselné poruchy začínajú na povrchu.

Komponenty používané v baníctve, rope a plyne, výrobe energie, námornom inžinierstve, doprave, pri výrobe foriem a nástrojov, strojárstve a ťažkom priemysle môžu súčasne zaznamenať niekoľko foriem degradácie povrchu.

Medzi typické problémy patria:

• Abrazívne a erózne opotrebenie
• Opotrebovanie a trenie spôsobené adhéziou
• Korózia a chemické pôsobenie
• Oxidácia pri zvýšených teplotách
• Tepelná únava
• kavitácia
• Poškodenie nárazom
• Strata rozmerov po dlhodobej prevádzke
• Lokalizované praskanie alebo poškodenie povrchu

Povrchové inžinierstvo umožňuje inžinierom navrhnúť povrch podľa prevádzkového prostredia a zároveň zachovať lacnejší alebo mechanicky vhodný základný materiál.

Napríklad veľký oceľový hriadeľ nemusí byť nevyhnutne vyrobený výlučne z vysoko odolnej zliatiny voči opotrebovaniu. Funkčná vrstva zliatiny sa môže namiesto toho naniesť iba na pracovný povrch.

Podobne drahý komponent, ktorý počas prevádzky stratil materiál, nemusí byť potrebné vyhodiť. V závislosti od jeho stavu je možné materiál naniesť na poškodenú oblasť a následne opracovať späť na požadované rozmery.

To vytvára tri hlavné funkcie pre povrchové inžinierstvo:

Ochrana povrchu

Povlak alebo modifikovaná vrstva môže zlepšiť odolnosť voči opotrebovaniu, korózii, oxidácii, erózii, teplu alebo inému poškodeniu životného prostredia.

Vylepšenie funkčného povrchu

Súčiastka môže mať povrchové vlastnosti, ktoré sa podstatne líšia od jej objemového materiálu, vrátane zvýšenej tvrdosti, zníženého trenia, tepelnej ochrany alebo špeciálnych fyzikálnych vlastností.

Opravy a repasovanie

Materiál stratený počas prevádzky je možné obnoviť, čo umožňuje obnoviť cenné priemyselné komponenty namiesto ich úplnej výmeny.

Vhodná technológia závisí vo veľkej miere od toho, ktorý z týchto cieľov je najdôležitejší.

2. Hlavné technológie povrchového inžinierstva

2.1 Laserové opláštenie

Laserové oplášťovanie využíva vysokoenergetický laserový lúč na vytvorenie kontrolovaného roztaveného bazéna na substráte, zatiaľ čo sa do procesnej zóny zavádza kovový prášok alebo drôt.

Nanesený materiál a veľmi tenká oblasť substrátu sa roztavia a rýchlo tuhnú, čím sa vytvorí hustý povlak s metalurgickou väzbou k základnému materiálu.

Tento mechanizmus spájania je jedným z hlavných rozdielov medzi laserovým nanášaním a mnohými procesmi tepelného striekania.

Moderné laserové naváracie systémy dokážu spracovávať širokú škálu kovových materiálov vrátane materiálov na báze niklu, kobaltu, železa, nehrdzavejúcej ocele a iných technických zliatin.

Kľúčové výhody laserového oplášťovania

Laserové opláštenie ponúka:

• Silné metalurgické spojenie
• Nízke a kontrolovateľné riedenie
• Relatívne nízky tepelný príkon v porovnaní s konvenčným naváraním
• Husté nátery
• Presná kontrola nanášania
• Lokalizované spracovanie
• Dobrý potenciál automatizácie
• Schopnosť rozmerovej obnovy
• Viacvrstvové nanášanie
• Kompatibilita so zložitými opravárenskými a repasovanými operáciami

Pretože zdroj tepla je vysoko regulovateľný, laserové naváranie je obzvlášť užitočné, keď je dôležitá kvalita povlaku aj tepelná regulácia.

Táto technológia môže presiahnuť rámec konvenčného povrchového náteru.

Pri viacvrstvovom nanášaní a systémoch koordinovaného pohybu je možné rovnaký základný princíp laserového nanášania materiálu použiť na aditívnu výrobu metódou riadeného nanášania energiou (DED) , pridávanie prvkov, opravu súčiastok a výrobu takmer čistého tvaru.

typické aplikácie

Laserové opláštenie je široko použiteľné na súčiastky ako:

• Hriadele
• Hydraulické tyče
• valce
• Ventily
• Komponenty čerpadla
• Zložky ropy a plynu
• Ťažobné stroje
• Poľnohospodárske náradie
• Povrchy foriem
• Skrutkové komponenty
• Železničné komponenty
• Veľké priemyselné diely

Je to obzvlášť atraktívne, keď komponent vyžaduje vysoko kvalitnú metalurgicky spojenú vrstvu alebo keď cieľ zahŕňa vylepšenie povrchu aj obnovenie rozmerov.

2.2 Tvrdonávar PTA

Plazmové prenosové oblúkové naváranie (PTA) využíva prenesený plazmový oblúk na roztavenie kovového prášku spolu s povrchom substrátu.

Podobne ako laserové naváranie, aj PTA vytvára metalurgickú väzbu medzi naneseným materiálom a základnou zložkou.

PTA sa používa už desaťročia v priemyselných aplikáciách tvrdého navárania a zostáva účinným riešením tam, kde sú potrebné relatívne hrubé návary odolné voči opotrebovaniu a vysoká produktivita navárania.

Kľúčové charakteristiky rodičovského a učiteľského zboru

Rodičovsko-učiteľské združenie (PTA) vo všeobecnosti poskytuje:

• Metalurgické spájanie
• Vysoká rýchlosť nanášania
• Hrubé vrstvy tvrdého návaru
• Dobrá účinnosť spracovania
• Široká kompatibilita s tvrdonávarovými zliatinami
• Konkurencieschopné náklady na vybavenie a spracovanie

V porovnaní s laserovým naváraním však PTA zvyčajne zavádza do obrobku viac tepla a má tendenciu vytvárať väčšiu tepelne ovplyvnenú zónu a vyššie zriedenie substrátu.

To neznamená, že PTA je horší; robí ho vhodným pre iné okno spracovania.

Pre veľké, robustné komponenty, kde je prívod tepla menej kritický a z ekonomického hľadiska sú potrebné hrubé vrstvy tvrdého návaru, môže byť PTA vynikajúcou voľbou.

typické aplikácie

Rodičovský zbor sa bežne zvažuje pre:

• Súčasti ventilu
• Ťažobné zariadenie
• Noste taniere
• Poľnohospodárske komponenty
• Zložky ropy a plynu
• Ťažké stroje
• Priemyselné nástroje
• Mechanické diely odolné voči opotrebovaniu

Pre aplikácie s dominantným opotrebením, ktoré vyžadujú značnú hrúbku nanášania, môže PTA ponúknuť priaznivú rovnováhu medzi výkonom povlaku a výrobnými nákladmi.

2.3 Povlaky HVOF a HVAF

Vysokorýchlostné kyslíkovo-palivové (HVOF) a vysokorýchlostné vzduchovo-palivové (HVAF) patria do rodiny tepelných striekačských zariadení.

Namiesto zámerného tavenia substrátu tieto technológie urýchľujú častice povlaku smerom k povrchu súčiastky veľmi vysokými rýchlosťami.

Častice narážajú na substrát a postupnými vysokoenergetickými nárazmi vytvárajú hustý povlak.

Pretože samotný substrát sa netaví za účelom vytvorenia zóny tavenia, HVOF a HVAF dokážu dosiahnuť oveľa nižší tepelný príkon substrátu ako technológie nanášania založené na tavení.

Kľúčové výhody

V závislosti od materiálu a konfigurácie procesu môže HVOF/HVAF poskytnúť:

• Husté nátery
• Vysoká tvrdosť povlaku
• Vynikajúca odolnosť proti opotrebovaniu
• Dobrá odolnosť proti korózii
• Relatívne nízky tepelný príkon substrátu
• Vysoká účinnosť spracovania na veľkých plochách
• Minimálne riedenie substrátu

HVOF je obzvlášť dobre známy pre nanášanie povlakov na báze karbidov, ako sú systémy z karbidu volfrámu a karbidu chrómu.

HVAF využíva odlišné spaľovacie prostredie a môže poskytnúť výhody pre určité materiály, kde sú žiaduce nižšie teploty častíc a kontrola oxidácie.

typické aplikácie

Bežné aplikácie zahŕňajú:

• Hydraulické komponenty
• Komponenty čerpadla
• Priemyselné valce
• Ropné a plynové zariadenia
• Letectvo a kozmonautika
• Papier a tlačiarenské rolky
• Povrchy odolné voči opotrebovaniu
• Povrchy odolné voči korózii

HVOF/HVAF sa stáva obzvlášť atraktívnym, keď je cieľom tenký, hustý a odolný povlak proti opotrebovaniu bez roztavenia substrátu.

2.4 Studený sprej

Studené striekanie , najmä vysokotlakové studené striekanie, predstavuje zásadne odlišný prístup k nanášaniu materiálu.

Namiesto spoliehania sa primárne na tepelnú energiu na tavenie vstupnej suroviny, studené striekanie urýchľuje pevné práškové častice na extrémne vysoké rýchlosti pomocou vysokorýchlostného prúdu plynu.

Keď tieto častice narazia na substrát nad kritickou rýchlosťou, silná plastická deformácia im umožní spojiť sa s povrchom.

Častice počas usadzovania zvyčajne zostávajú v pevnom stave.

Vďaka tomu dochádza k jednému z najnižších tepelných zaťažení medzi priemyselnými technológiami náterov a opráv.

Prečo je studený sprej iný

Keďže sa zabráni rozsiahlemu topeniu, studený postrek môže znížiť problémy spojené s:

• oxidácia
• Tepelné skreslenie
• Fázová transformácia
• Veľké tepelne ovplyvnené zóny
• Tepelná degradácia citlivých substrátov

Studené striekanie je preto obzvlášť zaujímavé pre materiály citlivé na teplotu a pre aplikácie, kde je potrebné čo najviac zachovať pôvodné vlastnosti materiálu.

Vhodné materiály

Studený nástrek je obzvlášť účinný pre mnohé tvárne kovové materiály vrátane:

• Hliník
• meď
• Nikel
• titán
• zinok
• Vybrané zliatiny a kompozitné suroviny

Kompatibilita materiálov silne závisí od vlastností častíc, charakteristík substrátu, plynových podmienok a rýchlosti nárazu.

typické aplikácie

Studený sprej sa môže použiť na:

• Rozmerová obnova
• Ochrana proti korózii
• Vodivé povlaky
• Oprava hliníkových a horčíkových komponentov
• Usadzovanie medi
• Lokalizované kovové usadeniny
• Oprava tepelne citlivých komponentov

Pre aplikácie, kde je dominantnou požiadavkou minimálny tepelný vplyv , môže studené striekanie poskytnúť možnosti, ktoré procesy založené na fúzii nie je možné ľahko dosiahnuť.

2.5 Konvenčné tepelné striekanie

Tepelné striekanie je široká skupina procesov, pri ktorých sa vstupný materiál zahrieva a zrýchľuje smerom k pripravenému substrátu.

V závislosti od procesu môže byť vstupnou surovinou prášok, drôt alebo iná vhodná forma.

Medzi bežné technológie tepelného striekania patria:

• Plazmové striekanie
• Striekanie plameňom
• HVOF
• HVAF
• Oblúkové striekanie

Tieto procesy pokrývajú mimoriadne širokú škálu náterových materiálov a aplikácií.

Tepelné striekanie dokáže nanášať kovy, zliatiny, keramiku, karbidy a špecializované funkčné materiály.

Na rozdiel od laserového nanášania alebo tepelného nanášania (PTA), konvenčné procesy tepelného nanášania vo všeobecnosti zámerne netavia substrát za účelom vytvorenia metalurgickej zóny tavenia.

Namiesto toho, výkonnosť náteru silne závisí od nárazu častíc, prípravy povrchu, mechanického prepojenia, lokalizovaných spojovacích javov a špecifického náterového systému.

typické aplikácie

Technológie tepelného striekania sa široko používajú na:

• Ochrana proti opotrebovaniu
• Ochrana proti korózii
• Tepelné bariéry
• Elektrická izolácia
• Rozmerová obnova
• Kontrola trenia
• Ochrana pred vysokými teplotami
• Funkčné nátery

Vďaka svojej všestrannosti je termálne striekanie jednou z najväčších a najrozmanitejších kategórií v oblasti povrchového inžinierstva.

2.6 Oblúkové a drôtené striekanie

Oblúkové striekanie , známe aj ako dvojdrôtové oblúkové striekanie, používa ako vstupnú surovinu dva elektricky vodivé drôty.

Elektrický oblúk taví hroty drôtu, zatiaľ čo stlačený plyn rozprašuje roztavený materiál a poháňa ho smerom k pripravenému substrátu.

Vďaka možnosti kontinuálneho dodávania drôtu je možné oblúkové striekanie dosiahnuť vysokú produktivitu nanášania a ekonomicky pokryť veľké povrchové plochy.

Hlavné výhody

Oblúkové/drôtové striekacie zariadenie ponúka:

• Vysoká rýchlosť nanášania
• Relatívne nízke prevádzkové náklady
• Efektívne pokrytie veľkých plôch
• Jednoduché kontinuálne podávanie drôtu
• Dobrá vhodnosť pre nátery na ochranu pred koróziou

Medzi typické materiály patrí zinok, hliník, oceľ a rôzne kovové zliatiny.

typické aplikácie

Oblúkové striekanie sa často používa na:

• Oceľové konštrukcie
• Mosty
• Morské štruktúry
• Tanky
• Veľké priemyselné komponenty
• Ochrana proti korózii
• Rozmerová obnova

Je to obzvlášť atraktívne, keď je pokrytie veľkej plochy a nákladová efektívnosť dôležitejšie ako dosiahnutie metalurgicky taveného povlaku.

2.7 PVD a EB-PVD

Fyzikálne nanášanie z pár (PVD) predstavuje ďalšiu triedu technológií povrchového inžinierstva.

Namiesto nanášania relatívne hrubých vrstiev roztavených alebo urýchlených častíc, PVD procesy vytvárajú materiál v plynnej fáze a kondenzujú ho na substráte za vzniku tenkého funkčného povlaku.

PVD povlaky sa bežne používajú tam, kde sú potrebné extrémne tenké, tvrdé, odolné voči opotrebovaniu, dekoratívne, optické alebo inak funkčné povrchy.

Typické nátery môžu obsahovať nitridy a iné technické zlúčeniny.

EB-PVD

Fyzikálna depozícia z pár elektrónovým lúčom (EB-PVD) využíva vysokoenergetický elektrónový lúč na odparovanie náterového materiálu vo vákuovom prostredí.

Odparený materiál následne kondenzuje na súčiastke.

EB-PVD je obzvlášť dôležité v špecializovaných vysokovýkonných aplikáciách, kde sú potrebné starostlivo kontrolované tenkovrstvové štruktúry.

typické aplikácie

Technológie PVD a EB-PVD sa dajú použiť na:

• Rezné nástroje
• Presné náradie
• Povrchy odolné voči opotrebovaniu
• Vysokoteplotné komponenty
• Systémy tepelnoizolačných náterov
• Špecializované aplikácie v leteckom a kozmickom priemysle a energetike
• Funkčné tenké filmy

Tieto procesy zaberajú veľmi odlišný technologický priestor od laserového navárania alebo tepelnej úpravy tepelnou technológiou (PTA).

Zatiaľ čo laserové nanášanie môže nanášať vrstvy merané v zlomkoch milimetra až po niekoľko milimetrov alebo viac, PVD povlaky sa zvyčajne merajú v mikrometroch.

Správny proces preto nezávisí len od požadovaného materiálu, ale aj od funkčného rozsahu povrchovej vrstvy.

2.8 Laserové kalenie

Nie každý proces povrchového inžinierstva vyžaduje pridanie ďalšieho materiálu.

Laserové kalenie modifikuje vlastnosti existujúceho substrátu.

Laser rýchlo zahrieva lokalizovanú oblasť vhodného materiálu nad jeho transformačnú teplotu. Teplo sa potom rýchlo rozptýli do okolitého sypkého materiálu, čím sa vytvorí samozhášací efekt a stvrdnutá povrchová vrstva.

Nie je nevyhnutne potrebný žiadny náterový materiál.

Kľúčové výhody

Laserové kalenie môže poskytnúť:

• Lokálna povrchová úprava
• Presná regulácia tepla
• Obmedzené skreslenie
• Selektívne ošetrenie opotrebovaných oblastí
• Žiadny ďalší náterový materiál
• Vysoký potenciál automatizácie

Je obzvlášť užitočný pre ocele a iné materiály schopné transformačného kalenia.

typické aplikácie

Laserové kalenie sa môže použiť na:

• Gears
• Vodiace dráhy
• Hriadele
• Ložiskové plochy
• Povrchy foriem
• Komponenty stroja
• Lokalizované zóny opotrebenia

Ak je existujúci materiál vhodný a cieľom je jednoducho zvýšiť tvrdosť povrchu, laserové kalenie môže úplne eliminovať potrebu nanášania dodatočnej vrstvy.

3. Porovnanie technológií povrchového inžinierstva

Žiadna porovnávacia tabuľka nemôže reprezentovať každú zliatinu, konfiguráciu stroja alebo prevádzkový parameter. Nasledujúca tabuľka však poskytuje užitočný všeobecný rámec pre predbežný výber procesu.

*Hodnoty sú len orientačné. Skutočná dosiahnuteľná hrúbka závisí od materiálu, procesných parametrov, konfigurácie zariadenia, geometrie substrátu, požiadaviek na povlak a od toho, či sa použije viacero nanášacích prechodov.

4. Ako vybrať správny proces povrchového inžinierstva

Výber procesu len preto, že vytvára „tvrdý povlak“, môže viesť k zlým technickým alebo ekonomickým výsledkom.

Správne rozhodnutie by malo začať už od samotného komponentu.

4.1 Aký je materiál substrátu?

Prvá otázka je, z čoho je komponent vyrobený.

Oceľ, nehrdzavejúca oceľ, liatina, zliatiny niklu, zliatiny titánu, zliatiny hliníka, zliatiny medi a iné technické materiály reagujú odlišne na teplo a usadzovanie.

Kompatibilita medzi substrátom a naneseným materiálom ovplyvňuje aj riziko vzniku trhlín, kvalitu spoja, zvyškové napätie a stabilitu procesu.

4.2 Aká vlastnosť povrchu je požadovaná?

Rôzne poruchy si vyžadujú rôzne riešenia.

Napríklad:

Silné abrazívne opotrebenie:
Kandidátmi môžu byť laserové nanášanie, PTA, HVOF/HVAF a vybrané procesy tepelného striekania.

korózie:
V závislosti od prostredia je možné zvážiť laserové nanášanie, tepelné striekanie, HVOF/HVAF, oblúkové striekanie a ďalšie technológie ochranných náterov.

Tepelná ochrana:
Vhodnejšie môžu byť špecializované systémy na tepelné striekanie alebo nanášanie parou.

Tvrdosť povrchu bez rozmerového nahromadenia:
Laserové kalenie môže byť výhodnejšie.

Rozmerová obnova:
V závislosti od materiálu a požadovanej vrstvy je možné vyhodnotiť laserové nanášanie, studené striekanie, tepelné nanášanie (PTA) alebo vybrané procesy tepelného striekania.

Pred výberom zariadenia je preto potrebné identifikovať mechanizmus poruchy.

4.3 Aká hrubá musí byť vrstva?

Požadovaná hrúbka môže okamžite eliminovať niektoré procesy.

PVD a EB-PVD sú určené predovšetkým pre relatívne tenké funkčné povlaky.

HVOF/HVAF je vysoko účinný pre mnoho tenkých až stredne hrubých povlakov odolných proti opotrebeniu.

Laserové naváranie dokáže vytvoriť podstatne hrubšie metalurgicky spojené vrstvy a vykonávať viacvrstvové nanášanie.

PTA je obzvlášť užitočná, keď sú potrebné relatívne hrubé návary.

Studené striekanie môže tiež dosiahnuť značné nahromadenie za vhodných materiálových a procesných podmienok.

Požadovaná hrúbka by sa preto mala zvážiť spolu s pevnosťou spoja, tepelnými účinkami a vlastnosťami materiálu.

4.4 Koľko tepla dokáže komponent tolerovať?

Tepelná citlivosť je často jedným z najdôležitejších kritérií výberu.

Pre veľký, hrubý oceľový komponent môže byť prijateľný mierny tepelný vstup.

V prípade tenkostenných, presne opracovaných, tepelne spracovaných, hliníkových, horčíkových alebo inak teplotne citlivých súčiastok môže byť tepelná deformácia alebo metalurgické zmeny neprijateľné.

Zjednodušené tepelné hodnotenie je preto užitočné:

Veľmi nízky tepelný vplyv: Studený sprej
low: HVOF/HVAF, oblúkové striekanie a mnoho procesov tepelného striekania
Lokalizované a kontrolované: Laserové oplášťovanie / laserové kalenie
Vyšší tepelný príkon: Tvrdonávarové zváranie na báze PTA a konvenčného zvárania

Toto poradie je len všeobecné. Skutočný tepelný vplyv závisí vo veľkej miere od výkonu zariadenia, rýchlosti spracovania, geometrie súčiastky, materiálu substrátu, stratégie chladenia a parametrov nanášania.

4.5 Je metalurgické spájanie nevyhnutné?

Pre niektoré kritické opravárenské a renovačné aplikácie je metalurgicky spojená vrstva veľmi žiaduca.

Laserové naváranie a PTA vytvárajú fúziu medzi nanesenou zliatinou a substrátom.

Procesy tepelného striekania používajú zásadne odlišné mechanizmy spájania a zámerne nevytvárajú rovnakú zónu tavenia.

Toto rozlíšenie môže byť dôležité, keď súčiastky sú vystavené silnému mechanickému zaťaženiu, opakovaným nárazom, tepelným cyklom alebo následnému obrábaniu.

Silnejšia fúzia však nie je automaticky lepšia pre každú aplikáciu.

Ak substrát netoleruje topenie alebo významný tepelný príkon, proces bez tavenia môže v skutočnosti poskytnúť lepšie technické riešenie.

4.6 Aká je požadovaná efektívnosť výroby?

Dôležitá je aj rýchlosť spracovania a plocha povlaku.

Presný proces laserového oplášťovania môže byť technicky vynikajúci, ale zbytočný pre veľmi veľkú konštrukciu vyžadujúcu lacnú ochranu pred koróziou.

V takom prípade môže byť oblúkové striekanie oveľa ekonomickejším riešením.

Podobne môže byť HVOF/HVAF vysoko produktívny pre veľké plochy povlakov vyžadujúce vysoko kvalitné vrstvy odolné voči opotrebeniu.

PTA dokáže ponúknuť efektívne ťažké tvrdonávarové návary.

Laserové naváranie sa stáva obzvlášť cenným, keď proces ospravedlňuje presnosť, metalurgické spájanie, automatizácia, nízke riedenie, kontrolovaný vstup tepla a opravárenské schopnosti.

Najlepšia technológia je preto tá, ktorá dosahuje požadovaný technický výsledok pri prijateľných celkových výrobných alebo životných nákladoch , a nie jednoducho proces s najvyššími technickými špecifikáciami.

5. Laserové opláštenie vs. PTA vs. HVOF vs. studené striekanie: Čo je lepšie?

Toto je jedna z najčastejších otázok v priemyselnom povrchovom inžinierstve.

Odpoveďou je, že žiadny z nich nie je univerzálne lepší.

Riešia rôzne inžinierske problémy.

Ak aplikácia vyžaduje presné nanášanie, nízke riedenie, kontrolovaný tepelný príkon, metalurgické spájanie a schopnosť obnoviť poškodenú geometriu, laserové naváranie je často silným kandidátom.

Ak je potrebný hrubý, ekonomický metalurgický tvrdý návar a súčiastka znesie väčší tepelný príkon, môže byť vhodnejšia PTA .

Ak je požiadavkou hustý, vysoko odolný karbidový povlak s nízkym tepelným príkonom substrátu, HVOF alebo HVAF môžu ponúknuť významné výhody.

Ak je substrát extrémne citlivý na teplotu alebo je potrebné nanášanie v pevnom skupenstve, studené striekanie si zaslúži vážne zváženie.

Pre ochranu proti korózii na veľmi veľkých plochách môže byť lepšia hospodárnosť z hľadiska oblúkového striekania alebo iných technológií tepelného striekania .

Pre extrémne tenké funkčné povlaky pracuje PVD alebo EB-PVD v úplne inom rozsahu hrúbky a výkonu.

A keď nie je potrebný žiadny ďalší materiál, laserové kalenie môže byť najjednoduchším riešením.

Proces by mal zodpovedať technickým požiadavkám – nie naopak.

6. Hybridné riešenia povrchového inžinierstva

Priemyselné komponenty čoraz častejšie pracujú v zložitých podmienkach, ktoré nie je vždy možné vyriešiť jedinou povrchovou úpravou.

Komponent môže súčasne vyžadovať:

• Rozmerová obnova
• Odolnosť proti opotrebeniu
• Ochrana proti korózii
• Tepelná ochrana
• Lokalizovaná tvrdosť
• Minimálne skreslenie
• Špecifická povrchová úprava

To vytvára príležitosti pre hybridné povrchové inžinierstvo.

Napríklad poškodený komponent by sa mohol najprv rozmerovo obnoviť pomocou laserového opláštenia a potom by sa mu mohla dodatočne dokončiť alebo povrchovo upraviť podľa jeho konečných prevádzkových podmienok.

Rôzne oblasti veľkej súčiastky môžu tiež vyžadovať rôzne procesy.

Silne opotrebovaná funkčná oblasť môže odôvodniť metalurgickú obnovu, zatiaľ čo veľký nekritický povrch môže vyžadovať iba ochranu proti korózii.

Cieľom inžinierstva by preto malo byť vybudovanie vhodného procesného reťazca , a nie vnucovanie každej aplikácie jednej technológii náterov.

7. Od jednej technológie k aplikačne špecifickému povrchovému inžinierstvu

V spoločnosti GREENSTONE zostávajú laserové nanášanie a riadená energetická depozícia ústrednými technológiami pre priemyselné zušľachťovanie povrchov, opravy, repasovanie a aditívnu výrobu kovov.

Priemyselné povrchové inžinierstvo však presahuje rámec jedného procesu.

Tvrdonávarovanie PTA, HVOF/HVAF, tepelné striekanie, vysokotlakové studené striekanie, laserové kalenie, naparovanie a ďalšie pokročilé technológie povrchov majú svoje vlastné výhody a hranice použitia.

Z tohto dôvodu by východiskovým bodom projektu povrchového inžinierstva nemalo byť jednoducho:

„Ktorý stroj by sa mal použiť?“

Dôležitejšie otázky sú:

Aká je zložka?
Ako to zlyhalo?
Aké povrchové vlastnosti sú potrebné?
Aký vysoký tepelný vplyv je prijateľný?
Aká hrubá musí byť funkčná vrstva?
Vyžaduje si aplikácia náter, opravu, rozmerovú obnovu alebo kompletnú repasáciu?

Až po pochopení týchto podmienok by sa mala určiť konfigurácia procesu a zariadenia.

Pre aplikácie, kde laserové naváranie predstavuje najlepšie technické riešenie, spoločnosť GREENSTONE vyvíja systémy laserového navárania a DED na základe skutočného obrobku, nanášaného materiálu, geometrie, výrobných požiadaviek a procesných cieľov.

Pri projektoch zahŕňajúcich iné technológie povrchového inžinierstva je možné rôzne procesy vyhodnotiť aj ako súčasť širšieho technického riešenia špecifického pre danú aplikáciu.

Cieľom nie je aplikovať jednu technológiu na každý komponent.

Ide o výber správneho procesu povrchového inžinierstva pre správny priemyselný problém.

Často kladené otázky o technológiách povrchového inžinierstva

Aký je rozdiel medzi laserovým nanášaním a tepelným striekaním?

Laserové nanášanie vytvára kontrolovaný roztavený kúpeľ a metalurgickú väzbu medzi naneseným materiálom a substrátom. Tepelné striekanie vo všeobecnosti nanáša urýchlené častice na pripravený povrch bez zámerného roztavenia substrátu. Laserové nanášanie je preto obzvlášť vhodné na metalurgické opravy a rozmerové prestavby, zatiaľ čo tepelné striekanie ponúka výhody pre mnohé aplikácie náterov s nízkym tepelným vstupom.

Je laserové oplášťovanie lepšie ako PTA?

Nie v každej aplikácii. Laserové naváranie vo všeobecnosti ponúka nižšie riedenie, lokalizovanejší vstup tepla a vyššiu presnosť nanášania. PTA môže zabezpečiť vysokú účinnosť nanášania a ekonomicky výhodný hrubý tvrdý návar. Správna voľba závisí od obrobku a požiadaviek na výkon.

Aká je hlavná výhoda studeného spreja?

Studené striekanie ukladá častice prevažne v pevnom stave, čo má za následok veľmi nízky tepelný vplyv. Vďaka tomu je obzvlášť cenné pre tepelne citlivé substráty a materiály, ktoré môžu počas konvenčných procesov tavenia utrpieť nežiaduce zmeny.

Aký je rozdiel medzi HVOF a laserovým naváraním?

HVOF je vysokorýchlostný proces tepelného striekania, ktorý dokáže vytvoriť husté povlaky odolné proti opotrebeniu bez zámerného tavenia substrátu. Laserové nanášanie taví vstupný materiál spolu s tenkou vrstvou substrátu, čím sa vytvára metalurgické spojenie. HVOF je vysoko účinný pre mnoho karbidových a opotrebovateľných povlakov, zatiaľ čo laserové nanášanie je obzvlášť cenné pre metalurgické opravy, hrubšie vrstvy a rozmerovú obnovu.

Dá sa povrchové inžinierstvo použiť na opravu opotrebovaných priemyselných komponentov?

Áno. Na opravu alebo rozmerovú obnovu je možné za vhodných podmienok použiť laserové nanášanie, tepelné nanášanie tepelne, studené striekanie a vybrané technológie tepelného striekania. Správny postup závisí od podkladu, množstva straty materiálu, požadovaných vlastností, geometrie súčiastky a povoleného tepelného príkonu.

Ktorá technológia povrchového inžinierstva má najnižší tepelný príkon?

Studené striekanie patrí medzi technológie nanášania s najnižším tepelným vstupom, pretože častice vo všeobecnosti zostávajú počas nanášania pevné. HVOF/HVAF a iné procesy tepelného striekania môžu tiež minimalizovať ohrev substrátu v porovnaní s technológiami založenými na fúzii.

Ako si mám vybrať medzi laserovým oplášťovaním, HVOF, studeným striekaním a PTA?

Začnite s materiálom substrátu, mechanizmom poruchy, požadovanou hrúbkou povlaku, tepelnou citlivosťou, požadovaným mechanizmom spájania, geometriou súčiastky, rýchlosťou výroby a nákladmi na životný cyklus. Výber procesu by mal byť založený na technických požiadavkách súčiastky, a nie na jednej technológii povlakovania.