超高速激光熔覆技術(shù)：比熱噴涂更有效率

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(shù)來修復(fù)。不過，這些技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)逐漸由于環(huán)境，健康等問題被取部分取代。為此德國(guó)弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（FraunhoferILT）和亞琛工業(yè)大學(xué)（RWTH－Aachen）的研究者開發(fā)出一種超高速激光熔覆技術(shù)，德文稱之為EHLA。并榮獲了2017年Fraunhofer創(chuàng)新獎(jiǎng)（Fraunhofer最高獎(jiǎng)項(xiàng)）。

保護(hù)零件免受腐蝕和磨損并不簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)的工藝如硬鉻電鍍、熱噴涂、堆焊等技術(shù)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(shù)，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(shù)研究所的AndresGasser博士介紹說：“采用超高速激光熔覆技術(shù)，我們可以在短時(shí)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0．1－0．25mm調(diào)整，對(duì)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。

替代部分硬鉻電鍍技術(shù)

硬鉻電鍍是當(dāng)前耐蝕、耐磨涂層制備最常用的技術(shù)之一，但是耗能較大。超高速激光熔覆技術(shù)如今為我們提供了更經(jīng)濟(jì)的方法，加工過程無需應(yīng)用化學(xué)原料，非常環(huán)保。不同于電鍍鉻層，該技術(shù)制備的涂層與基體之間為冶金結(jié)合，涂層不易剝落。并且，超高速激光熔覆技術(shù)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(hù)作用更持久、有效。

比熱噴涂更有效利用資源

熱噴涂技術(shù)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(jié)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25－50μm厚）。相比于熱噴涂方法，新開發(fā)的超高速激光熔覆技術(shù)材料利用率高達(dá)90％以上，明顯提高了金屬粉的利用率與經(jīng)濟(jì)性。單層涂層中不僅沒有氣孔，而且與基體結(jié)合牢靠。

比堆焊速度更快、應(yīng)用更廣

堆焊常用來生產(chǎn)高質(zhì)量、堅(jiān)固的涂層，傳統(tǒng)的堆焊工藝如鎢極惰性氣體保護(hù)焊或等離子弧粉末沉積技術(shù)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(shù)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(shí)效率還是太低，所以目前為止只應(yīng)用于某些特殊領(lǐng)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(shí)，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(shù)時(shí)強(qiáng)調(diào)，其工藝關(guān)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(jìn)入到熔池，而不是以固態(tài)顆粒狀態(tài)，因此熔覆層會(huì)更加均質(zhì)；而且，激光對(duì)基體材料的熔化量非常有限，只是表面的幾個(gè)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(duì)基體的熱影響達(dá)到最小。因此，超高速激光熔覆可實(shí)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(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，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。

一些高承載零件內(nèi)壁對(duì)表面熔覆、修復(fù)的應(yīng)用需求持續(xù)增加，希望具有卓越的耐磨、耐沖刷、耐腐蝕性能等，如軸承、模具、氣缸、油缸、擠壓筒、閥門等。隨著產(chǎn)品服役性能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的提高，工業(yè)界對(duì)內(nèi)壁激光熔覆、修復(fù)技術(shù)的適用極限尺度、多功能性與高質(zhì)高效性提出了越來越高的應(yīng)用需求。

不同于外壁激光熔覆，內(nèi)壁激光熔覆加工頭中激光束、粉末、冷卻水都需在有限空間通過長(zhǎng)距離傳輸?shù)竭_(dá)光學(xué)頭的頂端，為適應(yīng)更小、更長(zhǎng)內(nèi)徑零件的加工，內(nèi)壁激光熔覆加工頭要求具有高集成、高精度、高剛性的特性。

內(nèi)壁激光熔覆光學(xué)系統(tǒng)，也稱為ICO（Inner Cladding Optics），是內(nèi)壁激光熔覆系統(tǒng)的核心部件， ACunity與Fraunhofer ILT的孵化企業(yè)IXUN GmbH建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室與制造工廠，針對(duì)工業(yè)界不同的應(yīng)用需求，開發(fā)了系列型號(hào)內(nèi)壁激光熔覆光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)光路設(shè)計(jì)、輕量化結(jié)構(gòu)剛性、水冷效果、粉末匯聚性能、集成度等持續(xù)優(yōu)化升級(jí)，在最大延伸長(zhǎng)度、最小適用內(nèi)徑范圍不斷挑戰(zhàn)極限，可滿足工業(yè)界大部分規(guī)格尺寸零件的內(nèi)孔、內(nèi)腔的激光加工需求。模塊化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與多系列的內(nèi)壁光學(xué)系統(tǒng)可滿足內(nèi)壁激光熔覆、激光修復(fù)、激光焊接、激光硬化等不同加工需求，一切外壁激光熔覆適用的材料均可應(yīng)用。

亞琛聯(lián)合科技的內(nèi)壁激光加工系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上充分考慮了應(yīng)用便捷性，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，機(jī)床、機(jī)器人不同運(yùn)動(dòng)形式，配備不同規(guī)格的內(nèi)壁光學(xué)系統(tǒng)，也可實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外壁激光熔覆的一體化集成。同時(shí)，針對(duì)不同產(chǎn)品特征、工藝需求，開發(fā)了內(nèi)壁激光熔覆、修復(fù)、硬化等不同方法的配套工藝規(guī)范。