Ngày nay, công nghệ ốp laser được nghiên cứu trong việc sửa chữa các bộ phận và linh kiện hàng không vũ trụ để thay thế mạ crôm. Thông qua các thí nghiệm, người ta đã xác minh rằng lớp ốp có độ cứng và tính khả thi cao của quá trình xử lý tiếp theo. Cuối cùng, ốp laser được so sánh với công nghệ mạ crôm truyền thống.
01
Nền ứng dụng
Các công cụ sản xuất hàng không vũ trụ, như đồ đạc, nhẫn và cấu trúc hỗ trợ, từ lâu đã phải đối mặt với các vấn đề hao mòn do xử lý các vật liệu cường độ cao (như hợp kim dựa trên niken và hợp kim titan). Các phương pháp sửa chữa truyền thống chủ yếu sử dụng mạ crôm cứng, nhưng phương pháp này có những nhược điểm đáng kể:
Rủi ro môi trường: Các giải pháp axit chromic là gây ung thư và quy định nghiêm ngặt theo các quy định về tầm với của EU;
Khiếm khuyết quá trình: Lớp phủ dễ bị bong tróc và sủi bọt, đòi hỏi nhiều chu kỳ làm lại;
Giới hạn độ dày: Lớp phủ thường vượt quá 1 mm, để lại phụ cấp gia công không đủ.
Để giải quyết các vấn đề này, một giải pháp sửa chữa mới tập trung vào công nghệ ốp laser (lớp laser, LC) được đề xuất. Phương pháp này sử dụng các quy trình sản xuất phụ gia có độ chính xác cao, thân thiện với môi trường để tái tạo bề mặt công cụ và nâng cao hiệu suất của chúng. Các tính năng kỹ thuật như sau:
Hiệu suất môi trường tuyệt vời
Loại bỏ hoàn toàn axit crom, sử dụng bột kim loại làm vật liệu phủ, phù hợp với xu hướng sản xuất xanh;
Quá trình không có khí thải có hại, đáp ứng các yêu cầu pháp lý của EU.
Liên kết luyện kim
Lớp phủ tạo thành một liên kết luyện kim với chất nền thông qua các cơ chế khuếch tán, đảm bảo không có khiếm khuyết như bong bóng hoặc bong tróc tại giao diện.
Khả năng thích ứng với các cấu trúc phức tạp
Có khả năng sửa chữa đa chiều trên các bề mặt phẳng, bề mặt hình trụ bên ngoài và bề mặt hình trụ bên trong, bao gồm các cấu trúc công cụ điển hình;
Thông qua kiểm soát hợp tác robot và cho ăn bột nghiêng (10 ° -30 °), nó có thể giải quyết thách thức của lớp phủ trong không gian hạn chế.
Phụ cấp gia công
① ốp nhiều lớp (ví dụ, dày 2 mm) đảm bảo phụ cấp gia công, tránh các vấn đề làm lại do lớp phủ truyền thống quá mỏng.
02
Laser Cladding: Vật liệu và Phương pháp
Các tính năng: Độ cứng 28-32 HRC, được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất các công cụ gia công động cơ aero, có thể đáp ứng các yêu cầu của sức mạnh cao và khả năng chống mài mòn cao.
Cơ sở lựa chọn: Hiệu suất xử lý nhiệt của nó (làm nguội + ủ) và khả năng tương thích của đầu vào nhiệt ốp laser để đảm bảo rằng chất nền không biến dạng hoặc nứt trong quá trình ốp.
Vật liệu phủ: Bột hợp kim Nicrbsi
Thành phần: Cơ sở Ni (CR 17%, B 3,5%, SI 4%, C 1%, Fe 4%), Phân phối kích thước hạt 15-53. Tên thương hiệu: Thụy Sĩ Oerlikon Metco Metco 15F.
Tự tan chảy: B và SI có thể làm giảm điểm nóng chảy, thúc đẩy dòng chảy của bể tan và giảm các hạt không có đường.
Độ cứng cao: CR và C tạo thành các cacbua cứng, chẳng hạn như cr₇c₃, cr₃c₂, để cải thiện khả năng chống mài mòn.
Kháng crack: Ma trận NI làm giảm căng thẳng nhiệt và tránh bị nứt lớp ốp.
Yêu cầu sản phẩm cho quá trình ốp laser
1. Độ dày của lớp ốp lớn hơn hoặc bằng 1,5 μm
2. Độ cứng của lớp ốp là hơn 38 hrc
* Sản phẩm vật lý (trái), bản vẽ kỹ thuật (phải)
Hệ thống ốp laser
Laser: laserline, model LDF 4000-30, bước sóng 940-980nm.
Hệ thống cho ăn bột: GTV PF trung chuyển bột.
Đầu lớp: Fraunhofer IWS Copliding Head, đường kính điểm 3,5 mm.
Robot: REIS RV60-40 Robot + RDK-05 Bảng xoay, có thể nhận ra điều khiển quỹ đạo phức tạp.
Tối ưu hóa tham số quá trình
· Logic: Tối đa hóa chiều cao và độ cứng của lớp ốp, giảm thiểu độ sâu của vùng tổng hợp và nhiệt bị ảnh hưởng, và tránh quá nóng và làm mềm chất nền.
· Các thông số tối ưu: Công suất laser 1000W + Tốc độ cho ăn bột 17,4g/phút, độ cứng cao (> 700 HV 1) và tốc độ pha loãng thấp (<10%).
* Tham số quá trình ốp
* Sơ đồ của phép đo lớp lớp phủ kênh đơn
Chiến lược ốp nhiều lớp đa lớp
Lập kế hoạch đường dẫn
Bề mặt phẳng (Clad A): đường quét song song, tỷ lệ chồng chéo 50%, nghiêng 10 ° để tránh tích lũy bột.
Bề mặt hình trụ bên ngoài (Clad B): đường quét xoắn ốc, điều khiển đồng bộ của bảng quay, nghiêng 10 °.
Bề mặt hình trụ bên trong (Clad C): 30 ° nghiêng trong không gian giới hạn, điều chỉnh góc ăn bột để đảm bảo tính ổn định của hồ nóng chảy.
Kiểm soát lớp: 2 lớp ốp, tổng độ dày 2 mm, để tránh các vết nứt gây ra bởi nhiều chu kỳ nhiệt.
Tiền xử lý ma trận:
Đánh bóng bề mặt: Đánh bóng giấy nhám thành RA <1.6 PhaM, loại bỏ lớp oxit và ô nhiễm dầu.
Làm sạch: Làm sạch siêu âm bằng isopropanol để đảm bảo không có dư lượng dầu.
xử lý hậu kỳ
Turn: Bề mặt hình trụ phẳng và bên ngoài được bật trên máy tiện CNC.
Nghiền: Sử dụng máy mài lỗ trung tâm cho các bề mặt hình trụ phẳng và bên ngoài.
Phay: Phay các bề mặt hình trụ bên trong trên một máy phay đặc biệt.
03
Laser Cladding: Các tham số xử lý
Ảnh hưởng của công suất laser
Công suất cao dẫn đến sự mở rộng của bể tan chảy và sự nặng nề của cơ thể nóng chảy, nhưng tốc độ pha loãng có thể vượt quá 20%, làm giảm độ tinh khiết của thành phần lớp phủ.
A) chiều cao của lớp ốp, b) chiều rộng của lớp ốp, c) độ sâu của phản ứng tổng hợp
Độ cứng và tốc độ pha loãng
Khi công suất laser là 1000W và tốc độ cho ăn bột là 10,4g/phút, độ cứng đạt đỉnh 680 HV0.3. Tại thời điểm này, tốc độ pha loãng thấp (~ 10%) và tỷ lệ của pha cứng (CR₇C₃, CR₃C₂) trong lớp phủ cao.
Tốc độ pha loãng cao (> 20%) dẫn đến sự xâm nhập của sắt ma trận vào lớp phủ, tạo thành dung dịch rắn Fe-CR, làm suy yếu ảnh hưởng của việc tăng cường pha cứng.
* Ảnh hưởng của các thông số quá trình đến độ cứng và tốc độ pha loãng: a) Độ cứng, b) Tốc độ pha loãng
Ảnh hưởng của tốc độ cho ăn bột
Tốc độ cho ăn bột quá mức (> 17,4g/phút) sẽ dẫn đến các hạt không có bột hơn và giảm mật độ của lớp phủ.
* Mối quan hệ giữa tốc độ cho ăn bột và chiều cao ốp kênh đơn: Khi công suất laser nhỏ hơn 1000W, tốc độ cho ăn bột tăng và chiều cao ốp tăng lên về mặt logarit
Chiến lược ốp nhiều lớp
Với tốc độ chồng chéo 50% và hai lớp ốp, tổng độ dày là 2 mm. Mặc dù chiều cao của một lớp duy nhất bị giới hạn và nhiều lớp có thể đáp ứng các yêu cầu phụ cấp gia công, đầu vào nhiệt phải được kiểm soát để tránh làm mềm ma trận (độ sâu HAZ <200 m).
* Độ dày lớp phủ bề mặt: Độ dày lớp phủ của mặt phẳng, bề mặt hình trụ bên ngoài và bề mặt hình trụ bên trong là 2 mm
* Khiếm khuyết cục bộ trên bề mặt của sản phẩm sau khi ốp: a) lồi và lõm điểm bắt đầu và kết thúc của lớp phủ bề mặt bên ngoài, b) hiện tượng bám dính bột trên bề mặt bên trong
04
Xử lý cơ học và phân tích khiếm khuyết
Gia công mài mòn
Chất lượng bề mặt: Độ nhám bề mặt RA = 0,272μm sau khi mài, đáp ứng các yêu cầu của các công cụ hàng không vũ trụ RA <1,25μm. Không có vết nứt nào được tìm thấy khi độ sâu mài là 0,4 mm.
Ưu điểm: Nghiền loại bỏ vật liệu thông qua việc cắt vi mô, tránh tải trọng va chạm trên lớp phủ cứng cao (~ 750 HV1) và giảm nguy cơ nứt.
Quay và phay
Công cụ hao mòn: Khi xoay bề mặt hình trụ bên ngoài, cạnh cắt của công cụ hợp kim cứng sẽ bị nứt sau khi cắt 0,3 mm. Lý do là độ cứng của lớp phủ cao, dẫn đến ứng suất cắt quá mức.
Khiếm khuyết bề mặt: Khi phay bề mặt hình trụ bên trong, các vết nứt cục bộ xuất hiện trong lớp phủ. Lý do chính liên quan đến hiệu ứng khớp nối của ứng suất dư trong lớp ốp và độ rung cắt.
* Mặt phẳng và bề mặt hình trụ bên ngoài sau khi quay: lớp phủ nứt và chip không đều
* Công cụ hao mòn: a) Bề mặt hình trụ bên ngoài sau khi quay, b) gãy xương lưỡi hợp kim cứng
* Bề mặt hình trụ bên ngoài được đánh bóng: Độ nhám bề mặt được cải thiện, nhưng vẫn có thể nhìn thấy các vết trầy xước vi mô
* Bề mặt hình trụ bên trong: vết nứt cục bộ của lớp phủ, rung động và hành động khớp nối ứng suất dư
Xử lý đề xuất tham số
Turn: Các công cụ cứng màu đỏ cao hơn như CBN hoặc lớp phủ kim cương được yêu cầu, được bổ sung bằng chất làm mát để giảm căng thẳng nhiệt.
Phay: Giảm thức ăn trên mỗi răng và sử dụng chiến lược phay tốc độ cao để ngăn chặn rung động.
05
Cấu trúc vi mô và phân tích pha
Liên kết luyện kim giao diện
SEM: Không có lỗ chân lông hoặc vết nứt ở giao diện giữa lớp ốp và chất nền, cho thấy sự chuyển đổi liên tục. Chất nền thép 40hm tạo thành martensite do làm mát nhanh chóng, trong khi khu vực cách xa giao diện là martensite được tăng cường.
Cơ chế khuếch tán: Các yếu tố Ni và CR trong nhóm tan chảy khuếch tán đến ma trận, tạo thành một vùng khuếch tán lẫn nhau dày khoảng 5μm, giúp tăng cường cường độ liên kết giao thoa.
* Chất nền và lớp phủ được liên kết kim loại, và không có lỗ chân lông hoặc vết nứt tại giao diện
Cấu trúc vi mô: a) cơ sở martensite, b) tăng trưởng dendrite trong vùng chuyển tiếp, c) phân phối các sợi nhánh và pha cứng
* Phân phối độ cứng và biến đổi pha ma trận: Độ cứng của vùng ốp là 754-762HV1, độ cứng của ma trận gần giao diện là 605hv1 (martensite) và độ cứng của khu vực xa là 402HV1 (cấu trúc nóng tính)
06
Tóm tắt các ứng dụng kỹ thuật
Quá trình thay thế
Đối với các sản phẩm bị giới hạn bởi các quy định hoặc độ chính xác cao, ưu tiên được đưa ra đối với ốp laser và thay thế mạ crôm. Bột phù hợp được chọn để tính đến độ cứng và khả năng chống nứt.
Tối ưu hóa tham số
Thông qua hiệu chuẩn thử nghiệm một kênh, tốc độ pha loãng được kiểm soát dưới 10% để tránh làm mềm ma trận.
Khi lớp phủ nhiều lớp, dự trữ trợ cấp mài 0,3-0,5 mm.
Phòng ngừa và kiểm soát khiếm khuyết
Mài cơ chất, loại bỏ triệt để các vết dầu bề mặt, loại bỏ lỗ chân lông; Bột trước khi khô trong môi trường ẩm ướt.
Đây chỉ là để bạn tham khảo!
* Lưu ý: So sánh giữa ốp laser và mạ crôm truyền thống
| Ốp laser so với mạ crôm: Phân tích so sánh | ||
| Phần 1: Nguyên tắc quy trình & tác động môi trường | ||
| Kích thước | Mạ crôm truyền thống | Laser Cladding (LC) |
| Nguyên tắc xử lý | Sự lắng đọng điện hóa: CR³⁺ giảm thành crom kim loại trong dung dịch axit crom (độ dày <1 mm). | Liên kết luyện kim: Laser tan chảy chất nền và bột kim loại (ví dụ, NICRBSI) để tạo thành một lớp liên kết khuếch tán (độ dày ≤2 mm). |
| Tác động môi trường | Độc tính: Sử dụng các giải pháp CR⁶⁺ gây ung thư. Chất thải: Yêu cầu trung hòa/lọc phức tạp. |
Không độc hại: Bột kim loại (ví dụ: Nicrbsi). Không có chất thải lỏng: Sử dụng bột> 90%. |
| Hạn chế quy định | EU hạn chế sử dụng công nghiệp CR⁶⁺. | Không hạn chế; Được phân loại là công nghệ tái sản xuất màu xanh lá cây. |
| Ốp laser so với mạ crôm: Phân tích so sánh | ||
| Phần 2: Hiệu suất lớp phủ & cơ chế liên kết | ||
| Kích thước | Mạ crôm truyền thống | Laser Cladding (LC) |
| Cơ chế liên kết | Liên kết cơ học (hấp phụ vật lý); dễ bị phân định. | Liên kết luyện kim với khuếch tán nguyên tố; Sức mạnh của vật liệu cơ chất. |
| Độ cứng & mặc | Độ cứng: 800 Hàng1000 HV (giòn). Điện trở hao mòn phụ thuộc vào độ dày. |
Độ cứng: 700 bóng760 HV (NICRBSI). CR₇C₃/CR₃C₂ Các giai đoạn tăng cường khả năng chống mài mòn. |
| Loại khuyết tật | Phồng rộp (ô nhiễm). Delamination (căng thẳng). |
Độ xốp (cho ăn bột không đều). Microcracks (tích lũy nhiệt; có thể sửa chữa thông qua các tham số). |
| Ốp laser so với mạ crôm: Phân tích so sánh | ||
| Phần 3: Quy trình linh hoạt & hiệu quả chi phí | ||
| Kích thước | Mạ crôm truyền thống | Laser Cladding (LC) |
| Khả năng tương thích quy trình | Giới hạn để mài; Turn/phay gây ra bong tróc. | Tương thích với mài/quay/phay (các công cụ được tối ưu hóa như CBN). Sửa chữa lặp lại. |
| Cấu trúc chi phí | Chi phí mỗi đơn vị thấp cho số lượng lớn (> 5 miếng), nhưng chi phí xử lý chất thải cao. | Không có phí khuôn; Lý tưởng cho các lô nhỏ. |
| Chế độ thất bại | Delamination phơi bày cơ chất. | Mặc cục bộ; Mục tiêu sửa chữa có thể. |
| Ốp laser so với mạ crôm: Phân tích so sánh | ||
| Phần 4: Kịch bản ứng dụng thực tế | ||
| Kịch bản | Mạ crôm truyền thống | Laser Cladding (LC) |
| Hình học đơn giản | Thích hợp cho các bề mặt phẳng (ví dụ, máy bay cố định). | Thay thế ưa thích môi trường. |
| Hình học phức tạp | Giới hạn (ví dụ: khoang bên trong/khoảng trống hẹp). | Lập kế hoạch đường dẫn robot cho phép ốp trên các bề mặt phức tạp. |
| Độ chính xác cao | Dung sai sau khi cân bằng ± 0,01 mm, bị giới hạn bởi độ dày lớp phủ. | Kiểm soát độ dày (± 0,1 mm); đủ phụ cấp gia công. |
| Môi trường khắc nghiệt | Lớp phủ thất bại ở> 300 °
Pub Thời gian : 2025-03-31 17:39:02
>> danh mục tin tức
Chi tiết liên lạc
Taiyi Laser Technology Company Limited
Người liên hệ: Ms. Coco Tel: +86 13377773809 | |
