극한 고속 레이저 클래딩 기술: 표면 공학의 돌파구

소개: 왜 표면 공학이 중요한가

항공우주, 석유화학, 해양 공학과 같은 엄격한 산업에서 부품 고장의 80% 이상이 표면摩耗 및 부식에 의해 발생합니다 . 이러한 고장들은 장비 수명을 단축시키는 동시에 큰 운영 비용을 초래합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 전기 도금, 열 분무, 기체 흡착, 레이저 클래딩과 같은 다양한 표면 공학 기술들이 널리 사용되고 있습니다. 그중에서도 Extreme High-Speed Laser Cladding (EHLA) 효율성, 정확성, 환경 친화성에서 두각을 나타냅니다.

EHLA란 무엇인가요?

EHLA는 전통적인 레이저 클래딩 기술의 발전된 형태입니다. 고출력 레이저와 동축 분말 공급 시스템을 사용하여 기판 위에서 코팅 재료를 사전 용융시킵니다 , 침착 속도를 크게 증가시키면서 열 부하와 희석을 줄입니다.

EHLA의 장점

• 증착 속도 : 최대 500 cm²/min, 전통적인 방식보다 10배 이상 빠름 레이저 클래딩

• 표면 품질 : Ra < 10 μm, 후처리 비용을大幅히 줄임

• 저 희석율 : <4%, 코팅 재료의 성능 유지

• 미세한組織 : 더 빠른 냉각은 세밀한 수정질結晶을 형성합니다

• 최소 열 입력 : 얇은 벽체 및 큰 부품에 이상적입니다

장비 개발: 컨셉트에서 산업화까지

EHLA는 독일의 프라운호퍼 연구소에서 처음 개발되었으며 이후 ACunity와 TRUMPF 같은 회사들에 의해 상용화되었습니다.

중국에서는 빠른 진보로 인해 고출력 클래딩 시스템과 최적화된 분말 공급 헤드가 개발되어 최대 6 m²/h 의 산업용 클래딩 효율을 달성할 수 있게 되었습니다.

코팅 소재: 연구 진전

EHLA는 다양한 코팅 소재와 호환됩니다. 연구는 주로 다음에 중점을 두고 있습니다:

1. 전통적인 합금 시스템

• 철 기반 합금 : 비용 효율적, 우수한摩耗/부식 저항.
  연구 결과显저한結晶粒도 개선 및 특성 향상이 나타남.

• 코발트 기반 합금 : 뛰어난 고온 마모 저항성.
  EHLA를 사용하여 달성한 미세한 구조는 수력 터빈과 금형에 잠재력을 보여줍니다.

• 니켈 기합금 : 우수한 부식 및 산화 저항성.
  고온 안정성이 필수적인 바이오매스 보일러 응용 분야에 적합합니다.

2. 신규 고급 코팅

• 비정질 합금 : EHLA는 >90% 비정질 상을 가능하게 하여 이전의Brittleness와 균열 문제를 해결합니다.

• 고엔트로피 합금 : 고속 스캐닝 시 미세한 결정과 안정적인 상 형성으로 수명이 향상됩니다.

• 세라믹 및 복합 코팅 : WC, TiC 또는 CNTs로 강화되어 극한 마모 및 부식 환경용.

산업 응용

EHLA 코팅은 다음에 성공적으로 적용되었습니다:

• 오일필드 서커 로드 커플링

• 석탄 채굴용 하이드라울릭 서포트

• 금형 및 롤러 보호

• 보일러 관 부식 방지

같은 회사들 중석 (Sinopec) , 중국 석탄 기술 , 그리고 연광 그룹 이미 EHLA를 생산에 통합했습니다.

도전 과제 및 미래 방향:

빠른 발전에도 불구하고, EHLA는 여전히 기술적 과제에 직면해 있습니다:

1. 전용 분말 시스템 부족 : 대부분의 소재는 열 분무 합금에서 유래되었습니다.

2. 표준화 : 응용 프로그램별 표준 및 성능 벤치마크가 시급히 필요합니다.

3. 하이브리드 처리 : EHLA를 초음파, 전자기적 또는 기계적 후처리와 결합하면 코팅 품질을 개선하는 데 유망하다는 점이 나타났습니다.

결론

극초고속 레이저 클래딩이 표면 공학 분야를 혁신하고 있습니다. 우수한 코팅 품질, 높은 효율성 및 환경 친화적인 처리로 인해 EHLA는 하드 크롬 도금과 같은 전통적인 기술을 대체할 수 있는 강력한 후보입니다. 재료 시스템과 장비가 성숙함에 따라 EHLA는 혹독한 조건에서의 신뢰성이 중요한 산업에서 더 넓게 채택될 것입니다.