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輝銳服務介紹 | 01 超高速激光熔覆技術
來源: | 作者:pmo33de7c | 發布時間: 2019-03-01 | 484 次瀏覽 | 分享到:
替代電鍍 高效環保的表面涂層技術
01技術背景介紹

超高速激光熔覆技術起源于德國弗勞恩霍夫激光技術研究所(Fraunhofer ILT),在2017年德國弗勞恩霍夫應用促進協會年度科學技術獎勵大會中,超高速激光熔覆技術榮獲了Fraunhofer科技創新獎。傳統的電鍍硬鉻技術普遍使用的三氧化鉻(CrO3),又稱六價鉻(Cr6+),連同其他有鉻成分的物質被歐盟委員會于2013 年定義為對人體有害物質,同時規定這些物質只能在獲得歐洲化學品總署的特殊且有限期認證后才能使用?;諞隕峽悸?,歐盟國家可能會不允許在金屬部件中使用鍍硬鉻,由此便迫切需要另一種工藝來替代鍍硬鉻。在我國,近年來傳統電鍍工藝給企業帶來的環保壓力非常大,并且使用電鍍技術的鍍層在質量、性能以及大修周期、修理費用等使用后期的成本維護方面也存在許多缺陷。2016年,工業和信息化部和環境?;げ抗賾謨》ⅰ端廴痙樂沃氐閾幸登褰嗌際跬菩蟹槳浮?,明確建議了激光熔覆技術在取代電鍍方面的應用。


超高速激光熔覆技術完成的熔覆涂層冶金質量高、稀釋率低、變形小、表面光潔度高,屬于先進環保的再制造加工技術,在工業再制造領域能極大地減少企業的后續機加工成本,能有效延長產品使用周期,為企業節省大量后期維修費用。和傳統的熔覆激光技術相比,超高速激光熔覆技術的工作效率要快上百倍。普通的激光熔覆技術速率是0.5—2 米/分鐘,而超高速激光熔覆技術可達到50—200 米/分鐘,鍍層速度至少提高了100 倍。超過1平方米/小時的涂層高效率可以使激光熔覆的成本降低到與鍍硬鉻成本相當。超高速激光熔覆技術的另一個優點是:目前可以在零件表面制備大規模的同成分涂層,這將有可能生產出在生命周期內不會磨損的創新零件。


  2015 年全球鍍硬鉻市場約為136 4000 萬美元,而熱噴涂市場達75 6000 萬美元。保守計算,如果超高速激光熔覆技術可以捕捉到10%份額的市場,這種新工藝就可以擁有20 億歐元的年市場容量。在我國,煤機液壓支架立柱表面涂層的年需求量可達數百萬平方米,市場需求份額可達數十億元。


圖1.應用于煤礦液壓立柱表面強化


現有涂層技術比較

分類

電鍍鉻

等離子體噴涂

火焰超音速噴涂

傳統激光熔覆

超高速激光熔覆

材料

合金粉末

合金粉末

合金粉末

合金粉末

厚度(mm)

<0.1

3-4

0.1-0.4

1-2

0.02-0.40

硬度 (HV)

>700

Cr-Fe 300

WC-Cr涂層>1000

Cr-Fe 500-600

Cr-Fe 500-600

耐磨性

較差

良好

良好

良好

良好

與母材結合

物理結合

冶金結合

冶金結合

冶金結合

冶金結合

基材熱輸入

較小

較小

很小

環保性

較好

較差

使用壽命(年)

1-1.5

2-3

2-3

>5

>3

生產成本

*鍍鉻表面的高硬度沒有實質作用.是工藝過程自然形成的特點。


02輝銳超高速熔覆設備

輝銳公司在全部國產化設備基礎上,自主研發的激光超高速熔覆技術取得了突破性進展。超高速熔覆屬于先進環保的再制造加工技術,針對替代鍍硬鉻軸類件,輝銳公司已成功開發了超高速熔覆設備和工藝方法,該設備可實現車削熔覆一體化加工。

輝銳研發的車削與超高速熔覆相結合的混合制造可以充分發揮效率優勢,使零件在一次裝夾定位后,增材與減材多種工藝結合一次加工出成品,避免了因重新定位產生的不必要的同軸度、圓跳動誤差,大幅提高涂層的質量和生產效率。

圖2.車削熔覆一體復合加工設備


   設備參數:

   國產固體激光器

   運動機構:5軸數控

   最大可回轉直徑:640mm

   加工長度1.5m

   重復定位精度:0.012mm

   可實現層厚:50–400μm

   沉積效率:可達500cm2/min

   基材稀釋率:<1%


03   輝銳研發的超高速熔覆工藝

  輝銳研發的激光超高速熔覆技術通過一系列試驗和工藝優化,獲得了可用于實際生產的穩定涂層工藝。


視頻01 超高速激光熔覆


   傳統激光熔覆粉末進入熔池后被熔化,層厚>500μm,激光掃描速率<1 m/min,沉積面效率10–50cm2/ min。


超高速激光熔覆工藝,激光與粉流充分交互作用,粉末在進入熔池前被激光充分加熱至熔融狀態,粉末利用率高。熔覆層特點如下:


可實現單層厚50–350μm

沉積面效率最高可達500cm2/ min

稀釋率<1%


應用舉例:取代電鍍硬鉻,熱敏感材料上的熔覆,鋁基材料修復。


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04    結果展示


某煤礦客戶的超高速熔覆測試樣品制作:

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? 基材為客戶提供,粉末材料為馬氏體不銹鋼

? 測試件總長1000mm,外徑217mm,壁厚13.5mm,熔覆長度940mm

? 連續熔覆時長45min,熔覆面效率0.84平米/小時

? 熔覆前后圓跳動變化<0.10mm

? 熔覆前后直線度變化<0.12mm



? 圖5:熔覆層表面 - 無明顯氧化,涂層致密呈金屬光澤



? 圖6:熔覆層表面PT探傷 - 顯示無裂紋



? 圖7:熔覆層截面金相圖 – 熔覆層致密,與基體冶金結合,稀釋率<1%


? 單層熔覆層厚度:370±15μm,粉末利用率:93.7%


? 圖8-9:熔覆后樣品直接精磨,得到表面粗糙度Ra<0.8μm


圖10:顯微硬度測量結果


11: 超高速熔覆涂層試樣鹽霧試驗結果 -熔覆表面未出現銹跡



平面超高速熔覆樣品展示


通過設備與工藝的進一步改進與開發,輝銳集團已實現了平面基材上的超高速熔覆。


視頻02 平面超高速激光熔覆




圖12: 平面超高速熔覆樣品


? 熔覆尺寸150mm x 65mm

? 基板厚度5mm

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