تكنولوجيا الليزر ذات السرعة العالية المُتقدمة: انفراجة في هندسة الأسطح

المقدمة: لماذا تهم هندسة الأسطح

في الصناعات المطلوبة مثل الفضاء، والبتروكيماويات، وهندسة البحار أكثر من 80% من أعطال المكونات تحدث بسبب التآكل السطحي والصدأ . هذه الأعطال لا تقلل فقط من عمر الخدمة للمعدات ولكنها também تسبب تكاليف تشغيلية كبيرة.

لحل هذه المشكلات، تم تطبيق تقنيات متعددة للهندسة السطحية مثل الكهربيّة، الرش الحراري، الترسيب البخاري، ولحام الليزر. ومن بينها، Extreme High-Speed Laser Cladding (EHLA) يتميز بكفاءته، دقة عمله، وصداقيته مع البيئة.

ما هو EHLA؟

EHLA هو تطور عن التغليف بالليزر التقليدي. يستخدم ليزرًا قويًا ونظام تغذية مسحوق مركزي لـ ذوبان مسبق لمادة الطلاء فوق المادة الأساسية ، مما يزيد بشكل كبير من سرعة الترسيب WHILE تقليل الحمل الحراري والتخفيف.

مزايا EHLA

• سرعة الترسيب : يصل إلى 500 سم²/دقيقة، أكثر من 10 مرات أسرع من الطريقة التقليدية الطلاء بالليزر

• جودة السطح : Ra < 10 μm، تقليل كبير في تكاليف المعالجة بعد العملية

• نسبة تخفيف منخفضة : <4%， الحفاظ على أداء مادة الطلاء

• بنية دقيقة دقيقة : التبريد السريع ينتج بلورات شجرية مصفاة

• إدخال حرارة محدود : مثالية للعناصر ذات الجدران الرفيعة والمركبات الكبيرة

تطوير المعدات: من الفكرة إلى التصنيع

طور معهد فراونهوفر في ألمانيا تقنية EHLA وتم تجاريته لاحقًا بواسطة شركات مثل ACunity وTRUMPF.

في الصين، أدى التقدم السريع إلى أنظمة تغليف قوية ورؤوس تغذية مسحوق محسّنة، مما يمكّن حتى 6 م²/ساعة كفاءة التغليف للاستخدام الصناعي.

مواد الطلاء: تقدم البحث

EHLA متوافقة مع مجموعة متنوعة من مواد الطلاء. يركز البحث بشكل أساسي على:

1. أنظمة السبائك التقليدية

• سبائك قاعدتها الحديد : فعالة من حيث التكلفة، مقاومة جيدة للتآكل والاحتكاك
  ت表明 الدراسات حدوث تحسين كبير في الحبوب وخصائص المادة.

• سبائك قاعدتها الكوبالت : مقاومة ممتازة للاهتراء عند درجات الحرارة العالية.
  تم تحقيق بنية دقيقة باستخدام EHLA، مما يظهر إمكانات للاستخدام في التوربينات المائية والقوالب.

• سبائك النيكل : مقاومة فائقة للتآكل والتآكل بالأكسدة.
  مثالي للاستخدامات في أفران البيوماس، حيث تعتبر استقرار درجات الحرارة العالية ضروريًا.

2. الطلاء المتقدم الناشئ

• السبيكة اللامبلورية : يمكّن EHLA من تحقيق >90% من المرحلة اللامبلورية، مما يحل مشاكل الهشاشة والتشققات السابقة.

• السبيكة ذات الترويسة العالية : تحسين عمر الخدمة بفضل الحبوب الدقيقة وتكوين الطور المستقر عند سرعات المسح المرتفعة.

• طلاء السيراميك والمposites : مدعمة بـ WC، TiC، أو CNTs لبيئات التآكل والصدأ الشديد.

التطبيقات الصناعية

تم تطبيق طبقات EHLA بنجاح على:

• وصلات قضبان السحب في حقول النفط

• الأعمدة الهيدروليكية في استخراج الفحم

• حماية القوالب والدفّانات

• حماية أنابيب الغلايات من التآكل

شركات مثل سينوبك , تكنولوجيا الفحم الصينية ، و مجموعة يانكوانغ لقد دمجت بالفعل EHLA في الإنتاج.

التحديات والاتجاهات المستقبلية

على الرغم من التقدم السريع، لا تزال EHLA تواجه تحديات تقنية:

1. نقص الأنظمة المخصصة للمسحوق : معظم المواد تم تكييفها من سبائك الرش الحراري.

2. التوحيد : هناك حاجة ملحة لمعايير محددة لكل تطبيق ومقاييس أداء.

3. المعالجة الهجينة : دمج تقنية EHLA مع معالجة ما بعد باستخدام الترددات فوق الصوتية، أو المجالات الكهرومغناطيسية، أو الطرق الميكانيكية يظهر وعده لتحسين جودة الطلاء.

خاتمة

التراص الليزري السريع الفائق يثورة مجال هندسة الأسطح. ومع جودة طلاء أفضل، وكفاءة عالية، وعمليات صديقة للبيئة، تظهر تقنية EHLA كمرشح قوي لاستبدال التقنيات التقليدية مثل طلاء الكروم الصلب. وبما أن أنظمة المواد والمعدات تتطور، ستشهد تقنية EHLA اعتمادًا أوسع في الصناعات حيث يكون فيها الاعتماد تحت ظروف قاسية أمرًا حاسمًا.