วันนี้มีการศึกษาเทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์ในการซ่อมแซมชิ้นส่วนการบินและอวกาศและส่วนประกอบเพื่อแทนที่การชุบโครเมียม ผ่านการทดลองจะมีการตรวจสอบว่าชั้นหุ้มมีความแข็งสูงและความเป็นไปได้ของการประมวลผลที่ตามมา ในที่สุดการหุ้มด้วยเลเซอร์จะถูกเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีชุบโครเมียมแบบดั้งเดิม
01
พื้นหลังแอปพลิเคชัน
เครื่องมือการผลิตการบินและอวกาศเช่นการติดตั้งวงแหวนและโครงสร้างสนับสนุนมีปัญหาการสึกหรอที่เกิดจากการประมวลผลวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง (เช่นโลหะผสมนิกเกิลและโลหะผสมไทเทเนียม) วิธีการซ่อมแซมแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ใช้การชุบโครเมี่ยมอย่างหนัก แต่วิธีการนี้มีข้อเสียที่สำคัญ:
①ความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อม: สารละลายกรดโครเม็คเป็นสารก่อมะเร็งและควบคุมอย่างเข้มงวดภายใต้กฎระเบียบของสหภาพยุโรป
②ข้อบกพร่องของกระบวนการ: การเคลือบมีแนวโน้มที่จะปอกเปลือกและเดือด, ต้องมีรอบการทำงานซ้ำหลายรอบ;
③ข้อจำกัดความหนา: การเคลือบมักจะเกิน 1 มม. ทำให้มีค่าใช้จ่ายการตัดเฉือนไม่เพียงพอ
เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้มีการเสนอโซลูชันการซ่อมแซมใหม่ที่มีการเสนอเทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์ (เลเซอร์ Cladding, LC) วิธีนี้ใช้กระบวนการผลิตสารเติมแต่งที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีความแม่นยำสูงเพื่อสร้างพื้นผิวเครื่องมือใหม่และเพิ่มประสิทธิภาพ คุณสมบัติทางเทคนิคมีดังนี้:
ประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่ยอดเยี่ยม
①กำจัดกรดโครเมียมอย่างสมบูรณ์โดยใช้ผงโลหะเป็นวัสดุเคลือบโดยสอดคล้องกับแนวโน้มการผลิตสีเขียว
②กระบวนการนี้ไม่มีการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบของสหภาพยุโรป
พันธะโลหะ
①การเคลือบก่อให้เกิดพันธะโลหะกับสารตั้งต้นผ่านกลไกการแพร่กระจายทำให้มั่นใจได้ว่าไม่มีข้อบกพร่องเช่นฟองสบู่หรือการลอกที่ส่วนต่อประสาน
การปรับตัวให้เข้ากับโครงสร้างที่ซับซ้อน
①ความสามารถในการซ่อมแซมหลายมิติบนพื้นผิวเรียบพื้นผิวทรงกระบอกภายนอกและพื้นผิวทรงกระบอกภายในครอบคลุมโครงสร้างเครื่องมือทั่วไป
②ผ่านการควบคุมการทำงานร่วมกันของหุ่นยนต์และการให้อาหารผงเอียง (10 ° -30 °) มันสามารถแก้ปัญหาความท้าทายของการหุ้มในพื้นที่ จำกัด
ค่าปรับเครื่องตัดเฉือน
①การหุ้มแบบหลายชั้น (เช่นหนา 2 มม.) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะมีค่าเผื่อการตัดเฉือนหลีกเลี่ยงปัญหาการทำซ้ำที่เกิดจากการเคลือบแบบดั้งเดิมที่บางมากเกินไป
02
การหุ้มด้วยเลเซอร์: วัสดุและวิธีการ
คุณสมบัติ: ความแข็ง 28-32 HRC ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องมือการตัดเฉือนของ Aero-Engine สามารถตอบสนองความต้องการของความแข็งแรงสูงและความต้านทานการสึกหรอสูง
พื้นฐานการเลือก: ประสิทธิภาพการบำบัดความร้อน (การดับ + การแบ่งเบากราง) และความเข้ากันได้ของอินพุตความร้อนที่หุ้มด้วยเลเซอร์เพื่อให้แน่ใจว่าสารตั้งต้นจะไม่เปลี่ยนรูปหรือแตกในระหว่างกระบวนการหุ้ม
วัสดุเคลือบ: ผงโลหะผสม Nicrbsi
องค์ประกอบ: ฐาน Ni (Cr 17%, B 3.5%, Si 4%, C 1%, Fe 4%), การกระจายขนาดอนุภาค 15-53µm แบรนด์ชื่อ: Swiss Oerlikon Metco Metco 15f
①การละลายด้วยตนเอง: B และ SI สามารถลดจุดหลอมเหลวส่งเสริมการไหลของสระละลายและลดอนุภาคที่ไม่ละลาย
②ความแข็งสูง: Cr และ C สร้างคาร์ไบด์แข็งเช่นCr₇c₃, Cr₃c₂เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ
③ความต้านทานรอยแตก: NI เมทริกซ์ช่วยลดความเครียดจากความร้อนและหลีกเลี่ยงการแตกของชั้นหุ้ม
ข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์สำหรับกระบวนการหุ้มเลเซอร์
1. ความหนาของชั้นการหุ้มมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับ 1.5 μm
2. ความแข็งของเลเยอร์การหุ้มเป็นมากกว่า 38 ชั่วโมง
* ผลิตภัณฑ์ทางกายภาพ (ซ้าย) ภาพวาดทางเทคนิค (ขวา)
ระบบหุ้มเลเซอร์
เลเซอร์: เลเซอร์, รุ่น LDF 4000-30, ความยาวคลื่น 940-980Nm
ระบบให้อาหารผง: ตัวป้อนผง GTV PF
หัวหุ้ม: Fraunhofer IWS Coaxial Cladding Head, เส้นผ่านศูนย์กลางสปอต 3.5 มม.
หุ่นยนต์: Reis RV60-40 Robot + RDK-05 Table Table ซึ่งสามารถตระหนักถึงการควบคุมวิถีวิถีที่ซับซ้อน
การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการ
·ตรรกะ: เพิ่มความสูงและความแข็งของชั้นการหุ้มให้มากที่สุดลดความลึกของการหลอมรวมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนและหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปและทำให้พื้นผิวลดลง
·พารามิเตอร์ที่ดีที่สุด: พลังงานเลเซอร์ 1000W + อัตราการให้อาหารผง 17.4G/นาทีความแข็งสูง (> 700 HV 1) และอัตราการเจือจางต่ำ (<10%)
* พารามิเตอร์กระบวนการหุ้ม
* แผนผังไดอะแกรมของการวัดเลเยอร์ช่องสัญญาณเดี่ยว
กลยุทธ์การหุ้มแบบหลายชั้นหลายชั้น
การวางแผนเส้นทาง
พื้นผิวระนาบ (Clad A): เส้นทางการสแกนแบบขนานอัตราการทับซ้อน 50%, เอียง 10 °เพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมของผง
พื้นผิวทรงกระบอกด้านนอก (Clad B): เส้นทางการสแกนเกลียว, การควบคุมแบบซิงโครนัสของตารางการหมุน, เอียง 10 °
พื้นผิวทรงกระบอกด้านใน (Clad C): 30 °เอียงในพื้นที่ จำกัด ปรับมุมการให้อาหารผงเพื่อให้แน่ใจว่าเสถียรภาพของสระว่ายน้ำหลอมเหลว
การควบคุมเลเยอร์: 2 ชั้นของการหุ้มความหนารวม 2 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงรอยแตกที่เกิดจากรอบความร้อนหลายรอบ
การปรับสภาพเมทริกซ์:
การขัดผิว: การขัดกระดาษซับเป็น RA <1.6 µm, เอาชั้นออกไซด์และการปนเปื้อนของน้ำมัน
การทำความสะอาด: การทำความสะอาดอัลตราโซนิกด้วย isopropanol เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีน้ำมันตกค้าง
การประมวลผล
การหมุน: พื้นผิวทรงกระบอกแบนและภายนอกจะเปิดใช้งานเครื่องกลึงซีเอ็นซี
การบด: ใช้เครื่องบดหลุมกลางสำหรับพื้นผิวทรงกระบอกแบนและภายนอก
การกัด: การกัดพื้นผิวทรงกระบอกภายในบนเครื่องกัดพิเศษ
03
การหุ้มด้วยเลเซอร์: พารามิเตอร์กระบวนการ
ผลของพลังงานเลเซอร์
พลังงานสูงนำไปสู่การขยายตัวของสระละลายและการทำให้รุนแรงขึ้นของการละลายของร่างกายฐาน แต่อัตราการเจือจางอาจเกิน 20%ลดความบริสุทธิ์ขององค์ประกอบการเคลือบ
a) ความสูงของชั้นหุ้ม, b) ความกว้างของชั้นการหุ้ม, c) ความลึกของฟิวชั่น, d) ความลึกของ HAZ แตกต่างกันไปตามพลังงานเลเซอร์และอัตราการให้อาหารผง
อัตราความแข็งและการเจือจาง
①เมื่อพลังงานเลเซอร์คือ 1,000W และอัตราการให้อาหารแบบผงคือ 10.4 กรัม/นาทีความแข็งถึงจุดสูงสุดของ 680 HV0.3 ในเวลานี้อัตราการเจือจางต่ำ (~ 10%) และสัดส่วนของเฟสแข็ง (Cr₇c₃, Cr₃c₂) ในการเคลือบสูง
②อัตราการเจือจางสูง (> 20%) นำไปสู่การแทรกซึมของเหล็กเมทริกซ์ลงในสารเคลือบผิวซึ่งเป็นสารละลายที่เป็นของแข็ง Fe-Cr ซึ่งทำให้ผลของการเสริมสร้างความแข็งแรงของเฟสแข็ง
* อิทธิพลของพารามิเตอร์กระบวนการต่อความแข็งและอัตราการเจือจาง: a) ความแข็ง, b) อัตราการเจือจาง
ผลของอัตราการให้อาหารผง
อัตราการให้อาหารผงมากเกินไป (> 17.4g/นาที) จะนำไปสู่อนุภาคที่ไม่ได้รับการละลายมากขึ้นและลดความหนาแน่นของการเคลือบ
* ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการให้อาหารแบบผงและความสูงของช่องทางเดียว: เมื่อพลังงานเลเซอร์น้อยกว่า 1,000W อัตราการให้อาหารผงจะเพิ่มขึ้นและความสูงของการหุ้มจะเพิ่มขึ้นลอการิทึม
กลยุทธ์การหุ้มแบบหลายชั้น
ด้วยอัตราการทับซ้อน 50% และการหุ้มสองชั้นความหนารวมคือ 2 มม. แม้ว่าความสูงของเลเยอร์เดียวจะมี จำกัด และหลายชั้นสามารถตอบสนองความต้องการของค่าเผื่อการตัดเฉือน แต่จะต้องมีการควบคุมอินพุตความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการอ่อนตัวของเมทริกซ์ (ความลึกของ HAZ <200 μM)
* ความหนาของการเคลือบผิว: ความหนาการเคลือบของระนาบพื้นผิวทรงกระบอกด้านนอกและพื้นผิวทรงกระบอกด้านในคือ 2 มม.
* ข้อบกพร่องในท้องถิ่นบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์หลังจากการหุ้ม: a) นูนและเว้าจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการหุ้มพื้นผิวด้านนอก b) ปรากฏการณ์การยึดเกาะของผงบนพื้นผิวด้านใน
04
การประมวลผลเชิงกลและการวิเคราะห์ข้อบกพร่อง
เครื่องตัดเฉือน
คุณภาพพื้นผิว: ความขรุขระของพื้นผิว RA = 0.272μmหลังจากการบดซึ่งตรงกับข้อกำหนดของเครื่องมือการบินและอวกาศ RA <1.25μm ไม่พบรอยแตกเมื่อความลึกของการบดเท่ากับ 0.4 มม.
ข้อดี: การบดขจัดวัสดุผ่านการตัดขนาดเล็กหลีกเลี่ยงการรับแรงกระแทกต่อการเคลือบความแข็งสูง (~ 750 HV1) และลดความเสี่ยงของการแตกร้าว
การหมุนและการกัด
การสึกหรอของเครื่องมือ: เมื่อหมุนพื้นผิวทรงกระบอกด้านนอกขอบตัดของเครื่องมือโลหะผสมแข็งจะแตกหลังจากตัด 0.3 มม. เหตุผลก็คือความแข็งของการเคลือบสูงส่งผลให้เกิดความเครียดแรงเฉือนมากเกินไป
ข้อบกพร่องของพื้นผิว: เมื่อกัดพื้นผิวทรงกระบอกด้านในรอยแตกในท้องถิ่นจะปรากฏขึ้นในการเคลือบ เหตุผลหลักเกี่ยวข้องกับผลกระทบของการมีเพศสัมพันธ์ของความเครียดที่เหลืออยู่ในชั้นหุ้มและการสั่นสะเทือน
* ระนาบและพื้นผิวทรงกระบอกด้านนอกหลังจากเลี้ยว: การเคลือบรอยแตกและชิปผิดปกติ
* การสึกหรอของเครื่องมือ: a) พื้นผิวทรงกระบอกภายนอกหลังจากเลี้ยว, b) การแตกหักขอบใบมีดโลหะผสม
* พื้นผิวทรงกระบอกด้านนอกขัดเงา: ความขรุขระพื้นผิวดีขึ้น แต่ยังคงมีรอยขีดข่วนขนาดเล็กที่มองเห็นได้
* พื้นผิวทรงกระบอกด้านใน: รอยแตกในท้องถิ่นของการเคลือบการสั่นสะเทือนการกัดและการกระทำที่มีเพศสัมพันธ์ที่เหลืออยู่
คำแนะนำการประมวลผลพารามิเตอร์
การหมุน: จำเป็นต้องใช้เครื่องมือความแข็งสีแดงที่สูงขึ้นเช่น CBN หรือการเคลือบเพชรซึ่งเสริมด้วยสารหล่อเย็นเพื่อลดความเครียดจากความร้อน
การโม่: ลดฟีดต่อฟันและใช้กลยุทธ์การกัดความเร็วสูงเพื่อยับยั้งการสั่นสะเทือน
05
โครงสร้างจุลภาคและการวิเคราะห์เฟส
การเชื่อมต่อโลหะ
SEM: ไม่มีรูขุมขนหรือรอยแตกที่ส่วนต่อประสานระหว่างเลเยอร์การหุ้มและพื้นผิวแสดงการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง พื้นผิวเหล็ก 40hm ก่อตัวเป็นแผ่นมาร์เทนไซต์เนื่องจากการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วในขณะที่พื้นที่ห่างจากอินเทอร์เฟซนั้นเป็นมาร์เทนไซต์
กลไกการแพร่กระจาย: องค์ประกอบ Ni และ CR ในสระละลายกระจายไปยังเมทริกซ์ทำให้เกิดโซนการแพร่กระจายร่วมกันประมาณ5μmซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงของพันธะ
* สารตั้งต้นและการเคลือบถูกผูกมัดทางโลหะและไม่มีรูขุมขนหรือรอยแตกที่ส่วนต่อประสาน
โครงสร้างจุลภาค: a) ฐาน Martensite, b) การเจริญเติบโตของ dendrite ในเขตการเปลี่ยนแปลง, c) การกระจายของ dendrites เคลือบและเฟสฮาร์ด
* การกระจายความแข็งและการแปลงเฟสเมทริกซ์: ความแข็งของโซนการหุ้มคือ 754-762HV1 ความแข็งของเมทริกซ์ใกล้กับอินเตอร์เฟสคือ 605HV1 (มาร์เทนไซต์) และความแข็งของพื้นที่ไกลออกไปคือ 402HV1 (โครงสร้างอารมณ์)
06
สรุปแอปพลิเคชันวิศวกรรม
กระบวนการทดแทน
สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ถูก จำกัด โดยกฎระเบียบหรือความแม่นยำสูงให้ความสำคัญกับการหุ้มด้วยเลเซอร์และการเปลี่ยนการชุบโครเมียม ผงที่เหมาะสมได้รับเลือกให้คำนึงถึงความแข็งและความต้านทานต่อรอยแตก
การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์
①ผ่านการสอบเทียบการทดลองแบบช่องทางเดียวอัตราการเจือจางจะถูกควบคุมให้น้อยกว่า 10% เพื่อหลีกเลี่ยงการอ่อนตัวของเมทริกซ์
②เมื่อการหุ้มแบบหลายชั้นสำรองค่าเผื่อการบด 0.3-0.5 มม.
การป้องกันและควบคุมข้อบกพร่อง
การบดของสารตั้งต้นการขจัดคราบน้ำมันพื้นผิวอย่างละเอียดกำจัดรูขุมขน; ผงก่อนแห้งในสภาพแวดล้อมที่ชื้น
นี่คือการอ้างอิงของคุณเท่านั้น!
* หมายเหตุ: การเปรียบเทียบระหว่างการหุ้มด้วยเลเซอร์และการชุบโครเมียมแบบดั้งเดิม
| การหุ้มด้วยเลเซอร์กับการชุบโครเมี่ยม: การวิเคราะห์เปรียบเทียบ | ||
| ส่วนที่ 1: หลักการกระบวนการและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม | ||
| มิติ | การชุบโครเมี่ยมแบบดั้งเดิม | การหุ้มด้วยเลเซอร์ (LC) |
| กระบวนการประมวลผล | การสะสมทางเคมีไฟฟ้า: CR³⁺ลดลงเป็นโครเมียมโลหะในสารละลายกรดโครเมียม (ความหนา <1 มม.) | พันธะโลหะ: เลเซอร์ละลายสารตั้งต้นและผงโลหะ (เช่น NICRBSI) เพื่อสร้างชั้นการแพร่กระจาย (ความหนา≤2มม.)
ผับเวลา : 2025-03-31 17:39:02
>> รายการข่าว
รายละเอียดการติดต่อ
Taiyi Laser Technology Company Limited
ผู้ติดต่อ: Ms. Coco โทร: +86 13377773809 |
