1. Огляд технології лазерного напилення

Лазерне плакування – це передова технологія обробки поверхонь та відновлення, яка в основному передбачає нанесення плакувального матеріалу на поверхню підкладки. Високоенергетичний лазерний промінь використовується для плавлення плакувального матеріалу, який потім швидко твердне, утворюючи металургійно зв'язаний шар. Ця технологія значно покращує поверхневі властивості матеріалів, включаючи зносостійкість та корозійну стійкість, що дозволяє виконувати високопродуктивний ремонт та посилення компонентів.

Порівняно з традиційними технологіями обробки поверхні, такими як гальванічне покриття та термічне напилення, покриття, отримані лазерним плакуванням, є більш однорідними, щільними та мають дрібніші зерна. Крім того, зона термічного впливу менша, а швидкість розведення контрольована, що забезпечує ширші перспективи промислового застосування. Однак традиційні процеси лазерного плакування також мають обмеження, такі як швидкість розведення, яка зазвичай перевищує 10%. Для досягнення ефективного захисту потрібні товстіші покриття, а шорсткість поверхні може бути занадто високою, що вимагає додаткової обробки, що призводить до втрат матеріалу та часу. Крім того, високе теплове навантаження в традиційних процесах може спричинити термічне напруження та розтріскування підкладки, а ефективність виробництва не підходить для швидкого плакування великої площі, що обмежує його подальше застосування.

2. Вступ до технології високошвидкісного лазерного плакування

В останні роки технологія високошвидкісного лазерного напилення зробила значний прорив як в ефективності процесу, так і в якості покриття. Ця технологія використовує коаксіальний метод подачі порошку, який дозволяє більше концентрувати лазерну енергію на потоці порошку. Порошок повністю або частково плавиться перед потраплянням у ванну розплаву, що значно зменшує теплове навантаження на підкладку та підвищує ефективність напилення та використання порошку.

Високошвидкісне лазерне наплавлювальне обладнання зазвичай є модульним, що спрощує обслуговування та заміну компонентів, забезпечуючи при цьому стабільність та повторюваність процесу. Конструкція сопла також гнучка, що дозволяє адаптуватися до різних зон обробки. Нові надшвидкісні лазерні наплавлювальні головки оптимізують оптичний шлях та конструкцію потоку порошку, що ще більше покращує використання енергії та стабільність процесу, що призводить до отримання більш гладких покриттів з меншою шорсткістю.

Очікується, що високошвидкісне лазерне напилення поступово замінить традиційну технологію лазерного напилення та стане основним методом у обробці поверхонь та відновленні. Однак лазерне напилення – це складний процес, що включає багатопараметричний зв'язок, і користувачам важливо ретельно розуміти його механізм та ключові точки контролю процесу. У наступних розділах підсумовано принципи роботи, ключові параметри процесу, їх вплив та поширені проблеми високошвидкісного лазерного напилення.

3. Принцип роботи високошвидкісного лазерного напилення

Фундаментальний принцип високошвидкісного лазерного напилення полягає у використанні високоенергетичного лазерного променя для безпосереднього плавлення металевого порошку, який розпилюється в повітря, одночасно плавлячи поверхню підкладки, утворюючи ванну розплаву. Розплавлений порошок і матеріал підкладки металургійно зв'язуються у ванні розплаву, і суміш швидко охолоджується та твердне, утворюючи високоефективне поверхневе покриття. Правильні параметри лазерного напилення мають вирішальне значення для досягнення високоякісних покриттів.

4. Ключові параметри процесу та їх вплив на високошвидкісне лазерне напилення

1. Потужність лазера

Потужність лазера визначає кількість порошку, який можна розплавити за одиницю часу, та ефективність плакування. Низька потужність може призвести до неповного плавлення порошку, що спричиняє точкову утворення, слабке зчеплення та низьку твердість покриття. З іншого боку, занадто висока потужність може перегріти ванну розплаву, що спричиняє утворення зморшок на поверхні або навіть випаровування металу.

2. Швидкість подачі порошку

Швидкість подачі порошку впливає на поглинання та розподіл лазерної енергії. Надмірна подача порошку може призвести до недостатньої енергії для розплавлення всього порошку, що призведе до поганого зчеплення, точкової утворення та відшаровування. Недостатня подача порошку збільшує його використання, але вимагає ретельного контролю для забезпечення безперервності та товщини покриття.

3. Швидкість сканування

Швидкість сканування впливає на товщину покриття та якість зчеплення. Якщо швидкість занадто висока, підкладка може не утворити ефективну ванну розплаву, що призведе до слабкого зчеплення та легкого відшаровування. Правильне збільшення швидкості може покращити твердість покриття та коефіцієнт використання порошку.

4. Коефіцієнт перекриття

Коефіцієнт перекриття впливає на якість поверхні та коефіцієнт розведення покриття. Високий коефіцієнт перекриття (малий розмір кроку) призводить до більш гладкої поверхні та нижчого коефіцієнта розведення, тоді як низький коефіцієнт перекриття призводить до видимих ​​смуг та більшого розведення.

5. Витрата газу

Потік газу виконує подвійну функцію: транспортує порошок та захищає ванну розплаву. Недостатній потік газу може призвести до засмічення порошку, тоді як надмірний потік газу знижує його використання. Аргон зазвичай використовується як захисний газ, забезпечуючи кращий захист від окислення, ніж азот, що допомагає покращити якість лазерного плакування.

6. Висота сопла

Висота сопла впливає на конвергенцію та використання порошку. Занадто висока висота сопла призводить до розсіювання порошку, знижуючи ефективність, тоді як занадто низька висота може призвести до злипання порошку, що перешкоджає нормальному процесу лазерного плакування.

5. Поширені проблеми та причини високошвидкісного лазерного напилення

Відшаровування покриття : це відбувається, коли підкладка не утворює розплавлену ванну, і порошок не може металургійно зв'язатися з підкладкою. Звичайні причини включають низьку потужність, надмірну подачу порошку, високу швидкість сканування або забруднення поверхні підкладки маслом чи покриттями.

Тріщини : Розтріскування зазвичай спричинене високою твердістю підкладки, шарами втоми або високою твердістю порошку. Кілька шарів плакування можуть спричинити накопичення напружень, а порошки на основі нікелю особливо чутливі.

Пористість : спричинена іржею, забрудненням підкладки маслом, домішками в порошку, вологою або неправильними параметрами процесу, такими як недостатня потужність, надмірна подача порошку або висока швидкість сканування.

Надмірна кількість порошку та відсутність металевого блиску : зазвичай це спричинено надмірною подачею порошку, недостатньою потужністю, високою швидкістю сканування, високою висотою сопла або невідповідністю лазерних плям.

Точкова утворення після шліфування : часто є результатом недостатньої потужності, надмірної подачі порошку або високої швидкості сканування, що запобігає повному розплавленню порошку.

Косі зморшки : викликані занадто великою потужністю, високою температурою ванни розплаву або надмірним розрідженням порошку.

Адгезія порошку до сопла : це пов'язано з надмірною подачею порошку, високою температурою сопла, низькою висотою сопла або шорсткістю поверхні. Ексцентричні налаштування плакувальної головки можуть допомогти зменшити це.

Засмічення порошку : часто спричинене поганою сипучістю порошку, домішками, вологою або поганою роботою системи подачі порошку. Нерівномірний розподіл порошку в системах багаторазової подачі також може спричинити засмічення.

Шиплячий звук під час плакування : це може виникати через забруднення порошком, вологу, брудну основу або високу потужність, що призводить до випаровування металу, що може вплинути на корозійну стійкість покриття.

Розбризкування іскор : спричинене високою швидкістю сканування, високою щільністю потужності, великим потоком газу або невідповідністю потужності та швидкості подачі порошку.

Нестабільний потік порошку : спричинений зносом скребка, засміченням каналу подачі порошку, малим потоком газу або поганою герметизацією подавального пристрою порошку, що призводить до нерівномірного покриття.

Зниження ефективності плакування : часто через забруднення захисної лінзи, знос скребка, неправильну робочу відстань, зношені отвори для порошку або зниження потужності лазера.

6. Висновок

Високошвидкісне лазерне напилення, як технологія лазерного напилення наступного покоління, пропонує значні переваги у підвищенні ефективності, зменшенні теплового навантаження та покращенні якості поверхні. Воно стає важливим напрямком для покращення та відновлення поверхонь. Оволодіння його принципами та контроль ключових параметрів, а також виявлення та усунення поширених дефектів, мають вирішальне значення для просування його застосування у практичному виробництві. З постійним удосконаленням відповідного обладнання та матеріалів, високошвидкісне лазерне напилення відіграватиме життєво важливу роль у більшій кількості промислових галузей.