極限高速レーザークラディング技術：表面工学における画期的な進歩

導入：なぜ表面工学が重要か

航空宇宙、石油化学、海事工学などの厳しい産業において 部品の故障の80%以上は表面摩耗と腐食によるものです これらの故障は、設備の耐用年数を短縮するだけでなく、大きな運営コストも発生します。

これらの問題に対処するために、電気めっき、熱スプレー、蒸着、レーザークラディングなどのさまざまな表面技術が広く適用されています。その中でも、 Extreme High-Speed Laser Cladding (EHLA) はその効率性、精度、環境に優しい特性で注目されています。

EHLAとは何ですか？

EHLAは、伝統的なレーザークラッディングの進化版です。高出力レーザーと同軸粉末供給システムを使用して 基板の上涂层材を事前に溶融します これにより、堆積速度が大幅に向上し、熱負荷と希釈が減少します。

EHLAの利点

• 堆積速度 ：最大500 cm²/分、伝統的な方法の10倍以上速い レーザー溶敷<br>

• 表面質 ：Ra < 10 μm、後処理コストを大幅に削減

• 低希釈率 ：<4%、被膜材料の性能を維持

• 微細な組織 ：より速い冷却は緻密な樹状結晶を生成する

• 最小限の熱入力 ：薄肉部品や大型部品に最適

設備開発：コンセプトから工業化まで

EHLAはドイツのフ勞ンホーファー研究所によって開発され、その後ACunityやTRUMPFなどの企業によって商業化されました。

中国では、急速な進歩により高出力のクラディングシステムと最適化された粉末供給ヘッドが開発され、 最大6 m²/h のクラディング効率を工業用に実現しました。

コーティング材料：研究の進展

EHLAはさまざまなコーティング材料と互換性があります。研究の主な焦点は次のとおりです：

1. 伝統的な合金システム

• 鉄系合金 : コスト効果が高く、優れた摩耗／腐食抵抗性。
  研究では显著な結晶粒の微細化と特性の向上が示されています。

• コバルト系合金 : 高温での優れた摩耗抵抗性能。
  EHLAを使用して達成された微細な組織構造は、水力タービンや金型に潜力を示しています。

• ニッケルベース合金 : 優れた腐食および酸化抵抗性能。
  高温安定性が重要なバイオマスボイラーにおける用途に最適です。

2. 新興先進コーティング

• 非晶質合金 : EHLAは90%以上の非晶質相を実現し、これまでの脆さやひび割れの問題を解決します。

• 高エントロピー合金 : 粒子が細かく、高温での安定した相形成により、耐用年数が向上します。

• セラミックおよび複合コートings wC、TiC、またはCNTで強化された極限摩耗および腐食環境向け。

工業用途

EHLAコーティングは次の分野に成功裏に適用されました：

• 油田用サッカー棒ジョイント

• 石炭採掘における油圧支持材

• 金型およびローラー保護

• ボイラー管の腐食防止

のような企業 中石化（Sinopec） , 中国煤炭科技 、および 兖礦集団 はすでにEHLAを生産に統合しています。

課題と今後の方向性

急速な進歩にもかかわらず、EHLAは依然として技術的な課題に直面しています：

1. 専用の粉末システムの欠如 ：ほとんどの材料は熱スプレー合金から適応されたものです。

2. 標準化 ：アプリケーション固有の標準や性能ベンチマークに対する緊急のニーズがあります。

3. ハイブリッド加工 : EHLAを超音波、電磁、または機械的後処理と組み合わせることで、コーティングの品質向上が期待できます。

結論

極超高速レーザークラディングは、表面工学の分野を革新しています。優れたコーティング品質、高い効率、そして環境にやさしい処理プロセスを持つEHLAは、ハードクロムメッキなどの従来技術を置き換える有力候補です。材料システムや設備が成熟するにつれて、厳しい条件での信頼性が重要な産業において、EHLAの採用がさらに広がるでしょう。