超高速レーザークラッド技術：産業用部品の摩耗および腐食問題を解決する鍵

I. 問題の特定：耐摩耗・耐腐食性の要求と従来技術との矛盾

航空宇宙や石油化学エンジニアリングなどの分野では、腐食と摩耗が部品の故障原因の80％を占めており、これにより設備の停止やコスト増加が生じている。従来の保護技術には明らかな限界がある：クロムめっきは環境汚染を引き起こす；熱噴射コーティングは接合強度が低い；物理蒸着法は効率が悪い；従来のレーザークラッドは部品の変形を生じやすい。そのため、高耐摩耗・耐腐食性を持つ保護コーティングをグリーンかつ効率的に製造することは、産業界において急務となっている。

II. 原理分析：超高速レーザークラッドの核心メカニズムとその利点

超高速レーザークラッド技術（EHLA）は、従来のレーザークラッドから最適化されたものである。

レーザー,粉末,基板の相互作用位置を調整することで効率的なエネルギー分布を達成する. レーザーと粉末の光束の焦点は基板の上にあり 粉末が基板に到達する前に溶けます 配列粉末の配列配列で,配列線路速度が500m/minに達し,従来の技術より10倍効率が向上します.

エネルギー分配の観点から、レーザーエネルギーの80％は粉末の溶融に使用され、残り20％のみが基材の加熱に使われる。これにより、以下の3つの利点がある：コーティングの希釈率が4％未満であること；基材への熱入力が低いため変形が防止されること；冷却速度が1.08×10⁵ K/sと高く、結晶粒が微細化されること（鉄系コーティングのデンドライトサイズはわずか0.9 μm）。さらに、コーティングの粗さ（Ra）は10 μm以下で、欠陥発生率も低い。装置面では、ドイツのACunityおよびTRUMPF、中国の西安中科中鎔（シーアン・チャオカ・チュンメイ）および西安交通大学が技術的ブレークスルーを達成しており、産業化の基盤を築いている。

III. 適用シーン：異なるコーティング材料の実用化

EHLAの応用は適応型コーティングに依存しており、従来の合金と新素材に大別される：

従来の合金コーティングの中で、鉄系合金は鋼材基板と適合し、鉱山および石油装置（例：山東エネルギーの油圧支柱コーティング）に使用される。コバルト系合金は耐高温性に優れ、鋳造ロールやタービンブレードに適用される。ニッケル系合金は高温腐食に耐えるため、バイオマスボイラーのパイプに適している。

新素材コーティングは応用範囲を拡大している：アモルファス鉄系コーティング（アモルファス含有率96％）は精密機械に使用される。高エントロピー合金コーティング（例：FeCoNiCrMn）は割れが生じにくく、航空エンジンに適用される。複合コーティング（例：WC強化型）は靭性と硬度を兼ね備え、採掘機械に使用される。ZrB₂-SiCセラミックコーティングは高温軸受に適している。

IV. 将来展望：技術的飛躍の方向性

EHLAは二つのボトルネックを克服する必要がある。第一に、標準化システムを構築し、特殊なコーティング材料を開発し、プロセスデータベースおよび品質基準を確立すること。第二に、補助技術を統合し、超音波・電磁場を導入して溶融池を制御し、後処理技術を推進するとともに、AI視覚監視システムを開発して自動化を向上させること。

装置コストの低下に伴い、EHLAは中小企業への浸透が期待され、従来のプロセスを置き換えて主流の表面工学技術となり、産業用部品の保護に対してグリーンかつ高効率なソリューションを提供し、製造業の高品質な発展を促進するだろう。