Extrem schnelle Hochgeschwindigkeits-Laser-Schichttechnologie: Ein Durchbruch in der Oberflächenbearbeitung

Einführung: Warum Oberflächenbearbeitung wichtig ist

In anspruchsvollen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Petrochemie und Marineingenieurwesen über 80 % der Komponentenversagen werden durch Oberflächenverschleiß und Korrosion verursacht . Diese Versagen verringern nicht nur die Lebensdauer der Geräte, sondern erzeugen auch erhebliche Betriebskosten.

Um diese Probleme zu bekämpfen, wurden verschiedene Oberflächenbearbeitungstechniken wie Elektroplattieren, thermisches Spritzen, Dampfdeposition und Laserkleben weitgehend angewendet. Dazu gehört Extreme High-Speed Laser Cladding (EHLA) wegen seiner Effizienz, Präzision und Umweltverträglichkeit heraus.

Was ist EHLA?

EHLA ist eine Weiterentwicklung im Vergleich zur traditionellen Laserschichtung. Es verwendet einen Hochleistungs-Laser und ein koaxiales Pulveraufbringsystem, um das Schichtmaterial über dem Substrat vorzuschmelzen , was die Auftragsgeschwindigkeit erheblich erhöht, während gleichzeitig die thermische Belastung und Verdünnung reduziert wird.

Vorteile von EHLA

• Ablagerungsgeschwindigkeit : Bis zu 500 cm²/min, über 10x schneller als herkömmlich laserauftragschweißen

• Oberflächenqualität : Ra < 10 μm, erhebliche Reduktion der Nachbearbeitungskosten

• Niedrige Verdünnungsrate : <4%, Leistung des Beschichtungsmaterials erhalten

• Feine Mikrostruktur : Schnellere Abkühlung erzeugt verfeinerte dendritische Kristalle

• Minimaler Wärzeeintrag : Ideal für dünnwandige und große Komponenten

Ausrüstungsentwicklung: Von der Konzeption bis zur Industrialisierung

EHLA wurde von dem deutschen Fraunhofer-Institut entwickelt und später von Unternehmen wie ACunity und TRUMPF kommerziell umgesetzt.

In China haben rasante Fortschritte zu Hochleistungsschichtsystemen und optimierten Pulverauftrageinheiten geführt, was eine bis zu 6 m²/h schichteffizienz für industrielle Anwendungen ermöglicht.

Koating-Materialien: Forschungsfortschritte

EHLA ist mit einer Reihe von Schichtmaterialien kompatibel. Die Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf:

1. Traditionelle Legierungssysteme

• Eisenbasierte Legierungen : Kostengünstig, gute Verschleiß-/Korrosionsbeständigkeit.
  Studien zeigen eine signifikante Kornfeinung und Eigenschaftsverbesserung.

• Cobaltbasierte Legierungen : Hervorragende Verschleißwiderstand bei hohen Temperaturen.
  Feine Mikrostruktur, die mit EHLA erreicht wurde, zeigt Potenzial für Wasser turbines und Formen.

• Nickelbasierten Legierungen anpasst : Überlegener Korrosions- und Oxidationswiderstand.
  Ideal für Anwendungen in Biomassefeuerungen, wo hohe Temperaturstabilität entscheidend ist.

2. Aufkommende fortschrittliche Beschichtungen

• Amorphe Legierungen : EHLA ermöglicht >90% amorphe Phase, löst dabei bisherige Probleme mit Brüchigkeit und Rissen.

• High-Entropy-Legierungen : Verlängerter Gebrauchsdauer durch verfeinerte Kornstruktur und stabile Phasenbildung bei hohen Scann-Geschwindigkeiten.

• Keramische und Verbundbeschichtungen : Verstärkt mit WC, TiC oder CNTs für extreme Verschleiß- und Korrosionsumgebungen.

Industrielle Anwendungen

EHLA-Beschichtungen wurden erfolgreich auf folgende Anwendungen angewendet:

• Bohrwasserrohrkupplungen

• Hydraulische Stützen im Kohlebergbau

• Form- und Walzschritzschutz

• Korrosionsschutz für Dampfrohre

Unternehmen wie Sinopec , China Coal Technology und Yankuang Group haben bereits EHLA in die Produktion integriert.

Herausforderungen und zukünftige Richtungen

Trotz rapid fortschreitender Entwicklungen steht EHLA immer noch vor technischen Herausforderungen:

1. Mangel an speziellen Pulversystemen : Die meisten Materialien werden von thermisch gesprühten Legierungen abgeleitet.

2. Standardisierung : Es besteht ein dringender Bedarf an anwendungsbezogenen Standards und Leistungsbenchmarks.

3. Hybridverarbeitung : Das Kombinieren von EHLA mit ultraschall-, elektromagnetischem oder mechanischem Nachbearbeiten zeigt Potenzial zur Verbesserung der Beschichtungsqualität.

Schlussfolgerung

Extreme Hochgeschwindigkeits-Laser-Schichtauftragung revolutioniert das Gebiet der Oberflächenverarbeitung. Mit überlegener Beschichtungsqualität, hoher Effizienz und umweltfreundlicher Verarbeitung stellt EHLA einen starken Kandidaten dar, um herkömmliche Technologien wie Hartchrombeschichtung zu ersetzen. Während sich Materialsysteme und Ausrüstung weiterentwickeln, wird EHLA in Branchen, in denen Zuverlässigkeit unter harten Bedingungen entscheidend ist, breiter akzeptiert werden.