Extrémní vysokořetězová laserová nanesovací technologie: Průlom v povrchové technice

Úvod: Proč je důležitá povrchová technika

V náročných odvětvích, jako jsou letectví, petrochemie a lodní inženýrství, více než 80 % selhání součástí je způsobeno povrchovým opotřebením a korozi . Tyto selhání snižují životnost zařízení a zároveň vyvolávají významné provozní náklady.

Pro boj s těmito problémy byly široce aplikovány různé techniky povrchového inženýrství, jako je elektrochemické nanesení, tepelné sprejování, parní deponování a laserové nanesení. Mezi nimi se vyznačuje Extreme High-Speed Laser Cladding (EHLA) svou efektivitou, přesností a ekologickostí.

Co je EHLA?

EHLA je vylepšením tradičního laserového nanesení. Používá vysokopráhový laser a koaxiální systém zásobování práškem pro předtavení nánosového materiálu nad substrátem , čímž dramaticky zvyšuje rychlost nasazování při snížení tepelné zátěže a diluce.

Výhody EHLA

• Rychlost nasazování : Až 500 cm²/min, více než 10x rychlejší než tradiční laserové Nalití

• Kvalita povrchu : Ra < 10 μm, dramaticky snižuje náklady na doplňující zpracování

• Nízká míra diluce : <4%, zachovává vlastnosti naneseného materiálu

• Jemná mikrostruktura : Rychlejší chlazení vytváří zjemněné dendritické krystaly

• Minimální tepelný vstup : Ideální pro tenkostěnné a velké součásti

Vývoj zařízení: Od konceptu po industrializaci

EHLA byla vyvinuta Německým Fraunhoferovým ústavem a později komerčně zavedena společnostmi jako je ACunity a TRUMPF.

V Číně vedl rychlý pokrok k vysokopráhovým systémům nanesení a optimalizovaným hlavicím pro podávání prášku, čímž je možné až 6 m²/h efektivita nanesení pro průmyslové použití.

Nanositelné materiály: Výzkumný pokrok

EHLA je kompatibilní s rozsahem nanositelných materiálů. Výzkum se především soustřeďuje na:

1. Tradiční slitinové systémy

• Slitiny na bázi železa : Ekonomické, dobrá odolnost proti přemítání/korozii.
  Studie ukazují významné zjemnění vlok a zvýšení vlastností.

• Slitiny na bázi kobaltu : Vynikající odolnost proti vyšší teplotě.
  Jemná mikrostruktura dosažená pomocí EHLA ukazuje potenciál pro vodní turbíny a formy.

• Niklové slitiny : Vyjímocná odolnost proti korozi a oxidaci.
  Ideální pro aplikace v kotlích na biomasy, kde je nezbytná vysokotemperaturní stabilita.

2. Vznikající pokročilé nátěry

• Amorfní slitiny : EHLA umožňuje >90% amorfní fáze, řeší předchozí problémy s křehkostí a praskáním.

• Vysokоentropní slitiny : Zvýšená životnost díky zjemněným vločkám a stabilnímu tvorbě fáze při vysokých skenovacích rychlostech.

• Keramické a kompozitní nátěry : Posíleno WC, TiC nebo CNT pro extrémně nosné a korozní prostředí.

Průmyslové aplikace

Nátěry EHLA byly úspěšně aplikovány na:

• Spoje těžních tyčí v ropném průmyslu

• Hydraulické podpory v dolech na uhlí

• Ochrana form a valů

• Ochrana proti korozi v kotlích

Společnosti jako Sinopec , China Coal Technology , a Yankuang Group už integrovaly EHLA do výroby.

Výzvy a budoucí směry

Přestože došlo k rychlým pokrokům, EHLA stále čelí technickým výzvám:

1. Nedostatek specializovaných systémů na prášky : Většina materiálů je přizpůsobena z termického nanesení slitin.

2. Standardizace : Existuje naléhavá potřeba standardů a výkonnostních referencí specifických pro aplikace.

3. Hybridní zpracování : Kombinování EHLA s ultrazvukovým, elektromagnetickým nebo mechanickým pozdním zpracováním slibuje vylepšení kvality nátěru.

Závěr

Extrémně Rychlé Laserové Natírání revolučně mění obor inženýrství povrchů. S vynikající kvalitou nátěru, vysokou účinností a ekologicky přijatelným zpracováním je EHLA silným kandidátem na nahrazení konvenčních technologií, jako je tvrdé niklování. Jak se dál vyvíjí materiálové systémy a zařízení, bude EHLA mít širší uplatnění v odvětvích, kde je klíčová spolehlivost v extrémních podmínkách.