Laser Cladding - công nghệ phủ vật liệu đẳng cấp

 


Tổng quan

Laser Cladding, còn được gọi là phủ kim loại bằng tia laze, là một kỹ thuật phủ thêm một vật liệu này lên bề mặt của vật liệu khác. Lớp phủ laser bao gồm việc đưa một dòng bột hoặc dây kim loại vào một bể nóng chảy được tạo ra bởi chùm tia laser khi nó quét qua bề mặt vật liệu, phủ lên một lớp vật liệu mới.

Công nghệ laser cladding cho phép vật liệu được phủ thêm một cách chính xác, có chọn lọc và với lượng nhiệt đầu vào tối thiểu vào lớp nền bên dưới, không gây nhiều biến dạng nhiệt.

Quá trình phủ laze cho phép cải thiện đặc tính cho bề mặt của một bộ phận, bao gồm khả năng chống mài mòn tốt hơn, cũng như cho phép sửa chữa các bề mặt bị hư hỏng hoặc mòn. Tạo ra liên kết cơ học giữa vật liệu cơ bản và lớp là một trong những quy trình hàn chính xác nhất hiện có.

Laser Cladding hoạt động như thế nào?

Việc phủ laser cladding có thể được thực hiện bằng cách sử dụng dây (bao gồm cả dây nóng hoặc lạnh) hoặc bột. Tia laser tạo ra một vùng nóng chảy trên bề mặt của phôi mà dây hoặc bột được thêm vào đồng thời. Mặc dù công suất cao của tia laser như một nguồn nhiệt, thời gian phơi sáng ngắn có nghĩa là thời gian đông đặc và làm mát nhanh.

Kết quả là tạo ra một lớp liên kết kim loại cứng hơn có thể đạt được khi phun nhiệt và ít nguy hiểm cho sức khỏe hơn so với quá trình mạ crom cứng.

Có thể trộn hai hoặc nhiều loại bột và kiểm soát tốc độ cấp liệu cho cả hai loại bột riêng biệt có nghĩa là đây là một quy trình linh hoạt có thể được sử dụng để chế tạo các thành phần không đồng nhất hoặc vật liệu được phân loại theo chức năng. Ngoài ra, laser cladding cho phép thiết kế độ dốc vật liệu ở cấp độ vi cấu trúc do sự hợp nhất và trộn lẫn cục bộ trong vùng nóng chảy, có nghĩa là vật liệu thêm có thể được điều chỉnh cho phù hợp với chức năng trong các ứng dụng cụ thể.

Phân loại ốp Laser Cladding

Có rất nhiều biến thể của tấm ốp laze và công nghệ ốp laze.

Các mô tả trong bài viết này sẽ chủ yếu tập trung vào laser cladding thông thường (phổ biến hiện nay). Tuy nhiên, có những biến thể mới hơn và tiên tiến hơn của công nghệ, bao gồm Ứng dụng Laser tốc độ cực cao (EHLA).

Trong quy trình EHLA, bột được đưa vào dòng của chùm tia laser hội tụ phía trên chất nền. Điều này đảm bảo rằng vật liệu lắng đọng đã nóng chảy trước khi tiếp xúc với bề mặt, trên bề mặt vẫn hình thành một vũng nóng chảy rất nông, cho phép vật liệu lắng đọng nguội đi và đông đặc lại khi tiếp xúc với vật liệu bên dưới, giảm lượng nhiệt truyền đến thành phần bên dưới và độ sâu của hiệu ứng pha loãng và nhiệt. Độ pha loãng nhỏ này tạo ra khả năng tạo ra các lớp phủ mỏng hơn nhiều (20-300µm) đạt được liên kết hóa học mong muốn trong vòng 5-10µm. Điều này cũng tạo nên giá trị cốt lõi của EHLA, tốc độ di chuyển cao có thể vượt quá 100m / phút.

Ưu điểm laser cladding

Lớp phủ bằng laser mang lại một số lợi thế khi so sánh với các quy trình phủ thông thường. Những ưu điểm của lớp phủ bằng laser, bao gồm việc cung cấp vật liệu phủ chất lượng cao hơn (độ bền và tính toàn vẹn của liên kết cao) với rất ít sự biến dạng và pha loãng, cũng như chất lượng bề mặt được nâng cao. Những lợi thế này bao gồm:

  • Khả năng nâng cao hiệu suất phù hợp chính xác ở nơi cần thiết
  • Có thể được sử dụng với nhiều sự lựa chọn vật liệu, cả làm nền và lớp bao gồm thiết kế hợp kim hoặc hỗn hợp ma trận kim loại (MMC) đặt riêng
  • Ít hoặc không có rỗ (mật độ> 99,9%)
  • Nhiệt đầu vào tương đối thấp dẫn đến vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp (EHLA thấp tới 10µm)
  • Sự biến dạng tối thiểu trong chất nền làm giảm nhu cầu gia công sửa chữa
  • Tự động hóa dễ dàng và tích hợp vào môi trường sản xuất CNC và CAD / CAM
  • Giảm thời gian sản xuất
  • Cải thiện kiểm soát nhiệt với điều chế công suất laser
  • Khả năng sản xuất các bộ phận được phân loại theo chức năng
  • Tỷ lệ đắp kim loại chính xác, phụ thuộc vào thiết bị và đặc điểm ứng dụng
  • Tính chất cơ học tốt
  • Thích hợp để sửa chữa các bộ phận bị mòn

Nhược điểm

Mặc dù có rất nhiều ưu điểm đối với tấm ốp bằng laser, nhưng cũng có một vài nhược điểm đối với công nghệ này, bao gồm:

  • Chi phí thiết lập đắt tiền cho thiết bị vốn
  • Thiết bị lớn có nghĩa là nó thường không di động được, mặc dù có các giải pháp di động tại chỗ.
  • Tỷ lệ xây dựng cao có thể dẫn đến nứt (mặc dù với một số vật liệu, điều này có thể được loại bỏ bằng các biện pháp kiểm soát nhiệt bổ sung như kiểm soát làm nóng trước và sau làm mát).

Nguyên vật liệu

Lớp phủ bằng laser có thể được thực hiện với nhiều loại kim loại bao gồm:

  • Hợp kim nhôm (Al- (Mg) -Si)
  • Hợp kim coban (Co, C, Cr, W)
  • Các hợp kim đồng
  • Hợp kim dễ chảy niken (Ni-Cr-B-Si)
  • Thép không gỉ (Fe, Cr, Ni)
  • Siêu hợp kim (Ni, Co, Mo, Cr, Si)
  • Hợp kim titan
  • Thép dụng cụ (Fe, C, Cr, V)
  • MMC bao gồm cacbua (WC, TiC, CBN)
  • Hợp kim phụ gia nano (hợp kim tăng cường phân tán oxit)

Loại vật liệu đa dạng này có nghĩa là tấm phủ laser có thể được sử dụng cho một lượng lớn lựa chọn các ứng dụng công nghiệp, bao gồm sản xuất nhanh chóng, sửa chữa các bộ phận và nâng cao bề mặt. Ví dụ, các vật liệu như cacbua vonfram trong MMC mang lại độ bền, lý tưởng cho các ứng dụng sơn phủ đòi hỏi khả năng chống mài mòn cao.

Các ứng dụng

Như đã đề cập ở trên, laser cladding phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp. Các ứng dụng này bao gồm các lĩnh vực khác nhau, từ nông nghiệp và hàng không vũ trụ đến khoan, khai thác dầu khí và năng lượng.

Một số ứng dụng ví dụ bao gồm

Dụng cụ cắt

Vật liệu phủ laze có thể được sử dụng làm lớp để bảo vệ lưỡi cưa, lưỡi cắt, đĩa cắt và các dụng cụ cắt khác khỏi bị mài mòn và ăn mòn, đồng thời cung cấp các đặc tính cắt vượt trội. Quá trình này không bị biến dạng có nghĩa là các dụng cụ này được giữ thẳng trong khi có thể đạt được các độ dày lớp phủ khác nhau phù hợp với yêu cầu. Các công cụ phủ bề mặt này có thể tìm thấy các ứng dụng trong toàn ngành, bao gồm cả xây dựng và nông nghiệp.

Dụng cụ khoan

Các công cụ khoan hiệu suất cao được sử dụng trong một loạt các ngành công nghiệp bao gồm dầu khí, khai thác mỏ và địa nhiệt. Những công cụ này cần được bảo vệ chống mài mòn để chịu được những áp lực mà chúng phải chịu và đạt đến tuổi thọ cần thiết của chúng. Tấm phủ bằng laser ngày càng trở nên phổ biến như một kỹ thuật để áp dụng các lớp phủ do hiệu suất vật liệu mà quá trình này mang lại.

Trao đổi nhiệt

Bộ trao đổi nhiệt có thể bị ăn mòn do chất lỏng và khí ăn mòn mà chúng tiếp xúc. Lớp phủ laser với lớp phủ như hợp kim niken có khả năng chống ăn mòn tốt và dẻo dai có thể giúp tránh nứt vỡ trong bộ trao đổi nhiệt, đồng thời cải thiện khả năng chống mài mòn ngay cả ở nhiệt độ cao.

Xi lanh thủy lực

Các xi lanh thủy lực, chẳng hạn như những xi lanh được sử dụng trong ngành khai thác mỏ, yêu cầu phải có lớp phủ để giảm thiểu sự ăn mòn do khí quyển gây ra. Mạ chrome là phương pháp chính được sử dụng trong quá khứ, nhưng phương pháp này ngày càng được thay thế bởi lớp phủ bằng tia laze, do độ bền vượt trội mà nó mang lại. Một số ước tính nói rằng laser cladding có thể cải thiện độ bền của các sản phẩm này lên 100%.

Thay thế cho mạ Crom cứng

Mạ crom cứng đã phải đối mặt với các biện pháp cấm từ EU, khiến ngành công nghiệp này phải thử và tìm kiếm các giải pháp thay thế. Trước đây, tấm phủ laser đã được giảm giá như một giải pháp vì nó không được coi là đủ nhanh hoặc không thể cung cấp các lớp phủ đủ mỏng. Tuy nhiên, những phát triển trong công nghệ (đặc biệt là ứng dụng laser tốc độ cực cao EHLA) hiện cho phép lắng đọng tốc độ cao hơn với các lớp mỏng hơn theo cách hiệu quả hơn về điện năng, có nghĩa là lớp phủ laser có thể cung cấp một giải pháp thay thế hiệu quả cho lớp mạ crom cứng cho các ứng dụng cụ thể.



Nhận xét

Danh mục bài

Biểu mẫu liên hệ

Gửi