Екстремальна високшвидкісна лазерна технологія наплавлення: Перелом у інженерії поверхонь

Вступ: Чому важлива інженерія поверхонь

У вимогливих галузях, таких як авіакосмічна, нефтехімічна та морська інженерія більше 80% виходжень компонентів виникає через зношення поверхні та корозію . Ці виходження не тільки зменшують термін експлуатації обладнання, але також призводять до значних операційних витрат.

Щоб протистояти цим проблемам, було широко застосовано різні технології обробки поверхонь, такі як електрохімічне гальванізування, термічне наплавлення, парова депозиція та лазерне наплавлення. Серед них, Extreme High-Speed Laser Cladding (EHLA) видається своєю ефективністю, точністю та екологічністю.

Що таке EHLA?

EHLA — це вдосконалення традиційного лазерного наплавлення. Воно використовує високоможну лазерну установку та коаксіальну систему підачі порошкового матеріалу для переднього розплавлення покривального матеріалу над підложем , значно збільшуючи швидкість нанесення, одночасно зменшуючи теплову вантажу та дилюцію.

Переваги EHLA

• Швидкість нанесення : До 500 см²/хв, більше ніж на 10 разів швидше за традиційну лазерне наплавлення

• Якість поверхні : Ra < 10 μm, значно зменшуючи витрати на післяобробку

• Низька ступінь дилювання : <4%, зберігаючи якість матеріалу покриття

• Добра мікроструктура : Швидке охолодження створює вдосконалені дендритні кристали

• Мінімальне теплове вплив : Ідеально підходить для тонкостінних і великих деталей

Розробка обладнання: Від концепції до індустріалізації

EHLA була розроблена Німецьким інститутом Fraunhofer, а потім комерціалізована компаніями, такими як ACunity та TRUMPF.

У Китаї швидкий прогрес призвів до створення систем високомощного наплавлення та оптимізованих головок для підачі порошку, що дозволяє до 6 м²/год ефективність наплавлення для промислового використання.

Матеріали для нанесення покриття: науковий прогрес

EHLA сумісна з різними матеріалами для нанесення покриття. Наукові дослідження головним чином концентруються на:

1. Традиційні сплави

• Железнові основні сплави : Ефективні за вартістю, добре опору до зношення/корозії.
  Дослідження показують значну рефінацію зерен і підвищення властивостей.

• Сплави на кобальтовій основі : Відмінна високотемпературна стійкість до зношування.
  Детальна мікроструктура, досягнута за допомогою EHLA, показує потенціал для гідротурбін та форм.

• Нікелевих сплавів : Вища корозійна і оксидна стійкість.
  Ідеально підходить для застосувань у біомасних котлах, де необхідна високотемпературна стійкість.

2. Новітні Перспективні Окреми

• Аморфні сплави : EHLA дозволяє отримати >90% аморфної фази, вирішуючи попередні проблеми хрупкості та тріщин.

• Сплави високої ентропії : Повний строк служби завдяки уточненим зернам та стабільному формуванню фаз при високих швидкостях сканування.

• Керамічні та композитні покриття : Усилені WC, TiC або CNT для екстремальних умов витрати та корозії.

Промислові застосування

Покриття EHLA було успішно застосовано до:

• Конусні з'єднання для нефтяних скважин

• Гіdraulicні підтримки при викидці вугілля

• Захист форм та валів

• Захист від корозії труб котла

Компанії, такі як Sinopec , China Coal Technology , а також Yankuang Group вже інтегрували EHLA у виробництво.

Виклики та майбутні напрямки розвитку

Незважаючи на швидкі досягнення, EHLA все ще стикається з технічними викликами:

1. Відсутність спеціалізованих порошкових систем : Більшість матеріалів адаптується від термічного наплавлення сплавів.

2. Стандартизація : Є нагальна потреба у стандартних нормах та бенчмарках для конкретних застосунків.

3. Гібридна обробка : Об'єднання EHLA з ультразвуковою, електромагнітною або механічною післяобробкою виявляє перспективи для покращення якості наповювання.

Висновок

Екстремальне Високосхідне Лазерне Наповювання революціонує галузь інженерії поверхонь. За допомогою високої якості наповювання, високої ефективності та екологічно чистого виробництва, EHLA є сильним кандидатом для заміни традиційних технологій, таких як хард-хромування. Коли матеріальні системи та обладнання дозріють, EHLA отримає більше застосувань у галузях, де надійність при важких умовах є критичною.