德國開發(fā)新型超高速激光熔覆技術

　　目前，零件的耐蝕、耐磨涂層主要是通過硬鉻的電鍍、熱噴涂、或其它堆焊技術來修復。不過，這些技術的應用將會逐漸由于環(huán)境，健康等問題被取而代之。2017年9月起，鉻(VI)涂層必須經(jīng)過嚴格的官方批準方可使用，而將來將會徹底禁用。為此德國弗勞恩霍夫激光技術研究所(Fraunhofer ILT)和亞琛工業(yè)大學 (RWTH-Aachen)的研究者開發(fā)出一種超高速激光熔覆技術，德文稱之為 EHLA。并榮獲了2017年Fraunhofer創(chuàng)新獎(Fraunhofer最高獎項)。

　　保護零件免受腐蝕和磨損并不簡單，標準的工藝如硬鉻電鍍、熱噴涂、堆焊 等技術均有各自的局限性。激光熔覆是比較常見的可替代工藝，但由于鍍層速率以及精度的不足，還沒有被廣泛使用。而超高速激光熔覆技術，將革命性替代傳統(tǒng)的涂層制備工藝。弗勞恩霍夫激光技術研究所的 Andres Gasser 博士介紹說: “采用超高速激光熔覆技術，我們可以在短時間內(nèi)完成大面積涂層的快速制備， 熔覆層厚后按照工藝需求從0.1- 0.25 mm調(diào)整，對工件表面基本無損傷，和普通激光熔覆工藝的不同之處在于粉末在離工件一定距離處融化，并高速噴射到工件表面形成極薄的冶金層。

　　替代硬鉻電鍍技術

　　硬鉻電鍍是當前耐蝕、耐磨涂層制備最常用的技術之一，但是耗能較大。此外，鉻(VI)對環(huán)境有污染，這也是為什么自 2017 年 9 月起，鉻(VI)只能在特殊批準下 方可使用。超高速激光熔覆技術如今為我們提供了更經(jīng)濟的方法，加工過程無需 應用化學原料，非常環(huán)保。不同于電鍍鉻層，該技術制備的涂層與基體之間為冶 金結合，涂層不易剝落。并且，超高速激光熔覆技術制備的表面涂層中沒有硬鉻層里常見的氣孔和裂紋缺陷，其防護作用更持久、有效。

　　比熱噴涂更有效利用資源

　　熱噴涂技術同樣也有不足之處，其加工過程粉末材料與氣體消耗較大，材料利用率最大只有 50%左右; 并且涂層和基體的結合力較弱。由于熱噴涂制備的涂層 氣孔較多，必須采用多層沉積方式制備(每層大約 25-50 μm 厚)。相比于熱噴涂 方法，新開發(fā)的超高速激光熔覆技術材料利用率高達 90%以上，明顯提高了金屬粉的 利用率與經(jīng)濟性。單層涂層中不僅沒有氣孔，而且與基體結合牢靠。

　　比堆焊速度更快、應用更廣

　　堆焊常用來生產(chǎn)高質量、堅固的涂層，傳統(tǒng)的堆焊工藝如鎢極惰性氣體保護焊或 等離子弧粉末沉積技術的涂層一般都較厚(約 2-3mm)，需要消耗大量材料。常 規(guī)激光熔覆技術雖然已經(jīng)可以制備較薄的涂層(約 0.5mm-1mm),但在處理大零 件表面時效率還是太低，所以目前為止只應用于某些特殊領域。該方法的另一問 題是需要特定的熔池尺寸方可獲得無缺陷的熔覆涂層:零件被局部熔化的同時， 粉末通過送粉噴嘴直接送入到熔池內(nèi)部。Gasser 博士在闡述超高速激光熔覆新技 術時強調(diào)，其工藝關鍵性是“粉未顆粒在熔池上方就被激光熔化”。這意味著粉末 材料是以液態(tài)形式進入到熔池，而不是以固態(tài)顆粒狀態(tài)，因此熔覆層會更加均質; 而且，激光對基體材料的熔化量非常有限, 只是表面的幾個微米深度，而不是毫米尺度。

　　超高速激光熔覆速度比傳統(tǒng)激光熔覆快 100-250 倍，使得激光對基體的熱影響 達到最小。因此，超高速激光熔覆可實現(xiàn)熱敏感材料零件的涂層制備，傳統(tǒng)方法因熱輸過高，這在之前是不可能實現(xiàn)的。同時，這種新工藝還可用于全新的材料組合，例如鋁基材料或鑄鐵材料上涂層的制備。

　　客戶驗證

　　作為全世界最知名的應用科學機構，F(xiàn)raunhofer定制化開發(fā)一定會配套工業(yè)應用場景。

　　荷蘭的海洋平臺管件生產(chǎn)商IHC Vremac Cylinder B.V 率先采用超高速激光熔覆來替代原有電鍍工藝，經(jīng)過專業(yè)的質量檢測，耐腐蝕測試通過了ISO 15614-7。而IHC公司的技術人員Andres Veldman先生表示通過率先應用EHLA，將有效延長產(chǎn)品使用周期，節(jié)省大量維修費用，大大提升產(chǎn)品的行業(yè)競爭力。

　　(摘自激光網(wǎng))