hakkında şirket haberleri Aerospace Bileşen Tamiri'nde Lazer Kaplama Uygulamaları: Chrome Plating'e Bir Alternatif

Bugün, lazer kaplama teknolojisi, krom kaplamanın yerini almak için havacılık parçalarının ve bileşenlerinin onarımında incelenmiştir. Deneyler yoluyla, kaplama tabakasının yüksek sertliğe ve sonraki işlemenin fizibilitesine sahip olduğu doğrulanmıştır. Son olarak, lazer kaplama geleneksel krom kaplama teknolojisi ile karşılaştırılır.

01

Uygulama arka planı

Armatürler, halkalar ve destek yapıları gibi havacılık ve uzay üretim araçları, yüksek mukavemetli malzemelerin (nikel bazlı alaşımlar ve titanyum alaşımları gibi) işlenmesinden kaynaklanan uzun süredir aşınma sorunlarına sahiptir. Geleneksel onarım yöntemleri öncelikle sert krom kaplama kullanır, ancak bu yaklaşımın önemli dezavantajları vardır:

① Çevresel riskler: Kromik asit çözeltileri kanserojendir ve AB ulaşım düzenlemeleri uyarınca sıkı bir şekilde düzenlenir;

② İşlem kusurları: Kaplama, çok fazla yeniden çalışma döngüsü gerektiren soyulmaya ve köpürmeye eğilimlidir;

③ Kalınlık sınırlamaları: Kaplama tipik olarak 1 mm'yi aşar ve yetersiz işleme ödeneği bırakır.

Bu sorunları ele almak için, lazer kaplama (lazer kaplama, LC) teknolojisine odaklanan yeni bir onarım çözümü önerilmektedir. Bu yöntem, takım yüzeylerini yeniden oluşturmak ve performanslarını artırmak için çevre dostu, yüksek hassasiyetli katkı üretim süreçlerini kullanır. Teknik özellikler aşağıdaki gibidir:

Mükemmel çevresel performans

Metal Metal tozlarını kaplama malzemeleri olarak kullanarak, yeşil üretim eğilimleriyle hizalayan kromik asidi tamamen ortadan kaldırır;

② Sürecin, AB düzenleyici gereksinimlerini karşılayan zararlı emisyonları yoktur.

Metalurjik bağ

① Kaplama, difüzyon mekanizmaları yoluyla substrat ile metalurjik bir bağ oluşturur, bu da arayüzde kabarcıklar veya soyma gibi kusurlar sağlamaz.

Karmaşık yapılara uyarlanabilirlik

① Tipik takım yapılarını kapsayan düz yüzeylerde, harici silindirik yüzeylerde ve iç silindirik yüzeylerde çok boyutlu onarımlar yapılabilir;

② Robot işbirlikçi kontrol ve eğimli toz besleme (10 ° -30 °) yoluyla, kapalı alanlarda kaplama zorluğunu çözebilir.

İşleme ödeneği

① Çok katmanlı kaplama (örneğin, 2 mm kalınlığında), aşırı ince geleneksel kaplamaların neden olduğu yeniden işleme sorunlarından kaçınarak işleme ödeneği sağlar.

02

Lazer Kaplama: Malzemeler ve Yöntemler

Temel Malzeme: 40 saat düşük alaşımlı çelik

Özellikler: Aero-motor işleme araçlarının üretiminde yaygın olarak kullanılan sertlik 28-32 HRC, yüksek mukavemet ve yüksek aşınma direnci gereksinimlerini karşılayabilir.

Seçim Temeli: Substratın kaplama işlemi sırasında deforme olmamasını veya çatlamamasını sağlamak için lazer kaplama ısısı girişinin ısı işlem performansı (söndürme + temperleme) ve lazer kaplama ısı girişinin uyumluluğu.

Kaplama Malzemesi: Nicrbsi alaşım tozu

Kompozisyon: Ni baz (CR%17, B%3.5, SI%4, C%1, Fe%4), Parçacık Boyut Dağılımı 15-53 um. Marka Adı: İsviçre Oerlikon Metco Metco 15f.

① Kendi kendine eritme: B ve Si erime noktasını azaltabilir, eriyik havuzunun akışını teşvik edebilir ve eritilmemiş parçacıkları azaltabilir.

② Yüksek sertlik: Cr ve C, aşınma direncini artırmak için Cr₇c₃, cr₃c₂ gibi sert karbürler oluşturur.

③ Çatlak direnci: Ni matrisi termal stresi hafifletir ve kaplama tabakasının çatlamasını önler.

Lazer kaplama işlemi için ürün gereksinimleri

1. Kaplama tabakasının kalınlığı 1.5 μm'ye eşit veya eşittir

2. Kaplama tabakasının sertliği 38 saatten fazla

* Ürün Fiziksel (solda), teknik çizimler (sağ)

Lazer kaplama sistemi

Lazer: Laserline, model LDF 4000-30, dalga boyu 940-980nm.

Toz Besleme Sistemi: GTV PF Toz Besleyici.

Kaplama Kafası: Fraunhofer IWS koaksiyel kaplama kafası, nokta çapı 3.5 mm.

Robot: Karmaşık yörünge kontrolünü gerçekleştirebilen REIS RV60-40 Robot + RDK-05 dönen tablo.

Process parametre optimizasyonu

· Mantık: Kaplama tabakasının yüksekliğini ve sertliğini en üst düzeye çıkarın, füzyon derinliğini ve termal etkilenen bölgeyi en aza indirin ve substratın aşırı ısınmasını ve yumuşatılmasını önleyin.

· Optimal Parametreler: Lazer Güç 1000W + Toz Besleme Hızı 17.4g/dk, yüksek sertlik (> 700 HV 1) ve düşük seyreltme hızı (<%10).

* Kaplama işlemi parametreleri

* Tek kanallı kaplama katmanı ölçümünün şematik diyagramı

Çok geçişli çok katmanlı kaplama stratejisi

Yol Planlaması

Düzlemsel Yüzey (CLAD A): Toz birikimini önlemek için paralel tarama yolu, üst üste binme oranı%50, 10 ° eğilir.

Dış silindirik yüzey (kaplı B): Spiral tarama yolu, dönen tablonun senkron kontrolü, 10 ° eğimli.

İç silindirik yüzey (kaplı C): 30 ° kapalı boşlukta eğimli, erimiş havuzun stabilitesini sağlamak için toz besleme açısını ayarlayın.

Katman Kontrolü: Çoklu termal döngülerin neden olduğu çatlakları önlemek için 2 kat kaplama, toplam 2mm kalınlık.

Matris Ön Tedavi:

Yüzey parlatma: RA <1.6 um zımpara kağıdı parlatma, oksit tabakasını ve yağ kontaminasyonunu çıkarın.

Temizlik: Yağ kalıntısı sağlamak için izopropanol ile ultrasonik temizlik.

işleme sonrası

Dönüş: Düz ve dış silindirik yüzeyler CNC tornaları üzerinde açılır.

Taşlama: Düz ve harici silindirik yüzeyler için merkez delik taşlama makinesini kullanın.

Freze: Özel bir öğütme makinesinde iç silindirik yüzeylerin öğütülmesi.

03

Lazer Kaplama: Proses parametreleri

Lazer gücünün etkisi

Yüksek güç, eriyik havuzunun genişlemesine ve taban gövdesinin erimesinin ağırlaşmasına yol açar, ancak seyreltme oranı%20'yi aşabilir ve kaplama bileşiminin saflığını azaltabilir.

A) Kaplama tabakasının yüksekliği, b) kaplama tabakasının genişliği, c) füzyon derinliği, d) HAZ derinliği lazer gücü ve toz besleme hızı ile değişir

Sertlik ve seyreltme oranı

① Lazer gücü 1000W olduğunda ve toz besleme hızı 10.4g/dakika olduğunda, sertlik 680 HV0.3 zirvesine ulaşır. Şu anda, seyreltme oranı düşüktür (~%10) ve kaplamadaki sert faz (cr₇c₃, cr₃c₂) oranı yüksektir.

② Yüksek seyreltme hızı (>%20), sabit faz güçlendirmenin etkisini zayıflatan Fe-Cr katı çözeltisi oluşturarak matris demirin kaplamaya infiltrasyonuna yol açar.

* Süreç parametrelerinin sertlik ve seyreltme oranı üzerindeki etkisi: a) sertlik, b) seyreltme oranı

Toz besleme hızının etkisi

Aşırı toz besleme hızı (> 17.4g/dakika) daha fazla eritilmemiş parçacıklara yol açacak ve kaplamanın yoğunluğunu azaltacaktır.

* Toz besleme hızı ve tek kanallı kaplama yüksekliği arasındaki ilişki: Lazer gücü 1000W'dan az olduğunda, toz besleme hızı artar ve kaplama yüksekliği logaritmik olarak artar

Çok katmanlı kaplama stratejisi

% 50 örtüşme oranı ve iki kat kaplama ile toplam kalınlık 2 mm'dir. Tek bir katmanın yüksekliği sınırlı olmasına ve çoklu katman işleme ödeneği gereksinimlerini karşılayabilse de, matris yumuşamasını önlemek için termal giriş kontrol edilmelidir (HAZ derinliği <200 μm).

* Yüzey Kaplama Kalınlığı: Düzlemin kaplama kalınlığı, dış silindirik yüzey ve iç silindirik yüzey 2 mm'dir

* Kaplamadan sonra ürün yüzeyinde yerel kusurlar: a) dış yüzey kaplamasının dışbükey ve içbükey başlangıç ​​noktaları, b) iç yüzeyde toz adezyon fenomeni

04

Mekanik İşleme ve Kusur Analizi

aşındırıcı işleme

Yüzey kalitesi: Yüzey pürüzlülüğü RA = öğütmeden sonra 0.272μm. Taşlama derinliği 0.4 mm olduğunda çatlak bulunmadı.

Avantajları: Taşlama, mikro kesme yoluyla malzemeyi giderir, yüksek sertlik kaplamalarındaki darbe yüklerinden kaçınır (~ 750 HV1) ve çatlama riskini azaltır.

Dönüş ve Freze

Takım aşınması: Dış silindirik yüzeyi döndürürken, sert alaşım aletinin kesme kenarı 0,3 mm kestikten sonra çatlayacaktır. Bunun nedeni, kaplama sertliğinin yüksek olması ve aşırı kesme gerilimi ile sonuçlanmasıdır.

Yüzey kusurları: İç silindirik yüzeyi öğütürken, kaplamada lokal çatlaklar görünür. Ana neden, kaplama tabakasındaki kalıntı stresin birleştirme etkisi ve kesme titreşimiyle ilgilidir.

* Döndükten sonra düzlem ve dış silindirik yüzey: kaplama çatlaması ve düzensiz yongalar

* Alet Giyim: A) Döndükten sonra harici silindirik yüzey, b) Sert alaşım bıçak kenar kırığı

* Cilalı dış silindirik yüzey: Yüzey pürüzlülüğü gelişti, ancak yine de görünür mikro çizikler

* Fromalı iç silindirik yüzey: lokal kaplama çatlağı, öğütme titreşimi ve artık stres bağlantı eylemi

İşleme parametre önerileri

Dönüş: Termal stresi azaltmak için soğutucu ile desteklenen CBN veya elmas kaplamalar gibi daha yüksek kırmızı sertlik aletleri gereklidir.

Freze: Diş başına beslemeyi azaltın ve titreşimi baskılamak için yüksek hızlı öğütme stratejisi kullanın.

05

Mikroyapı ve faz analizi

Arayüz Metalurji Bağlama

SEM: Kaplama tabakası ile substrat arasındaki arayüzde sürekli geçiş gösteren gözenek veya çatlak yoktur. Substrat 40HM çelik, hızlı soğutma nedeniyle plaka martensitini oluştururken, arayüzden uzak alan temperlenmiş martensittir.

Difüzyon mekanizması: Eriyik havuzundaki Ni ve CR elemanları, yaklaşık 5μm kalınlığında karşılıklı bir difüzyon bölgesi oluşturarak arayüzey bağlama mukavemetini arttırır.

* Substrat ve kaplama metalurji olarak bağlanmıştır ve arayüzde gözenek veya çatlak yoktur

Mikroyapı: a) Base martensit, b) Geçiş bölgesindeki dendrit büyümesi, c) kaplama dendritlerinin dağılımı ve sert faz

* Sertlik dağılımı ve matris fazı dönüşümü: Kaplama bölgesinin sertliği 754-762HV1'dir, arayüzün yakınındaki matrisin sertliği 605HV1 (martensit) ve uzak alanın sertliği 402HV1'dir (Temperli Yapı)

06

Mühendislik uygulamalarının özeti

Süreç ikamesi

Düzenlemeler veya yüksek hassasiyetle sınırlı ürünler için, lazer kaplama ve krom kaplama replasmanına öncelik verilir. Sertlik ve çatlak direncini dikkate almak için uygun tozlar seçilir.

parametre optimizasyonu

① Tek kanallı deneysel kalibrasyon yoluyla, seyreltme oranı matris yumuşamasını önlemek için% 10'dan az olarak kontrol edilir.

② Çok katmanlı kaplamada 0.3-0.5 mm taşlama ödeneği ayırın.

Kusur önleme ve kontrol

Substratın öğütülmesi, yüzey yağı lekelerinin iyice çıkarılması, gözenekleri ortadan kaldırması; Nemli ortamda toz ön kuru.

Bu sadece referansınız içindir!

* Not: Lazer kaplama ve geleneksel krom kaplama arasındaki karşılaştırma

Lazer kaplama ve krom kaplama: Karşılaştırmalı analiz
Bölüm 1: Süreç İlkesi ve Çevresel Etki
Boyut	Geleneksel krom kaplama	Lazer Kaplama (LC)
Süreç ilkesi	Elektrokimyasal birikim: kromik asit çözeltisinde (kalınlık <1 mm) metalik kroma indirgenmiştir.	Metalurjik bağ: Lazer, difüzyon bağlı bir tabaka (kalınlık ≤2 mm) oluşturmak için substrat ve metal tozunu (örn. Nicrbsi) eritir.
Çevresel etki	Toksisite: Kanserojen Cr⁶⁺ çözümleri kullanır. Atık: Karmaşık nötralizasyon/filtrasyon gerekli.	Toksik olmayan: metal tozları (örn. Nicrbsi). Sıfır Sıvı Atık: Toz Kullanımı>%90.
Düzenleyici kısıtlamalar	AB, CR⁶⁺ endüstriyel kullanımını kısıtlar.	Kısıtlama yok; “Yeşil Yeniden Üretim” teknolojisi olarak sınıflandırılır.

Lazer kaplama ve krom kaplama: Karşılaştırmalı analiz
Bölüm 2: Kaplama Performansı ve Bağlama Mekanizması
Boyut	Geleneksel krom kaplama	Lazer Kaplama (LC)
Bağlama mekanizması	Mekanik bağ (fiziksel adsorpsiyon); Delaminasyona eğilimli.	Elemental difüzyon ile metalurjik bağ; Arayüzey mukavemeti ≈ substrat malzemesi.
Sertlik ve Aşınma	Sertlik: 800-1000 HV (kırılgan). Aşınma direnci kalınlığa bağlıdır.	Sertlik: 700-760 HV (Nicrbsi). Cr₇c₃/cr₃c₂ fazları aşınma direncini arttırır.
Kusur türleri	Blistering (kontaminasyon). Delaminasyon (stres).	Gözeneklilik (düzensiz toz besleme). Mikro çatlaklar (termal birikim; parametreler yoluyla sabitlenebilir).

Lazer kaplama ve krom kaplama: Karşılaştırmalı analiz
Bölüm 3: İşlem Esnekliği ve Maliyet Verimliliği
Boyut	Geleneksel krom kaplama	Lazer Kaplama (LC)
İşlem uyumluluğu	Öğütme ile sınırlı; Dönüş/öğütme soyulmaya neden olur.	Taşlama/Turning/Freze ile uyumlu (CBN gibi optimize edilmiş araçlar). Tekrarlanabilir onarım.
Maliyet yapısı	Toplu için düşük birim başına maliyet (> 5 adet), ancak yüksek atık arıtma maliyetleri.	Kalıp ücreti yok; Küçük partiler için idealdir.
Arıza Modları	Delaminasyon substratı ortaya çıkarır.	Lokalize aşınma; hedeflenen onarımlar mümkün.

Lazer kaplama ve krom kaplama: Karşılaştırmalı analiz
Bölüm 4: Pratik Uygulama Senaryoları
Senaryo	Geleneksel krom kaplama	Lazer Kaplama (LC)
Basit geometri	Düz yüzeyler için uygundur (örneğin, fikstür düzlemleri).	Çevresel olarak tercih edilen alternatif.
Karmaşık geometri	Sınırlı (örneğin, iç boşluklar/dar boşluklar).	Robotik yol planlaması karmaşık yüzeylerde kaplanmayı sağlar.
Yüksek hassasiyet	Grinding sonrası tolerans ± 0.01 mm, kaplama kalınlığı ile sınırlı.	Kalınlık kontrolü (± 0.1 mm); yeterli işleme ödeneği.
Aşırı ortamlar	Kaplama> 300 ° C'de başarısız olur (oksidasyon/delaminasyon).	Nicrbsi ~ 800 ° C'ye dayanır (örn. Motor bileşenleri).