berita perusahaan tentang Aplikasi Lapisan Laser dalam Perbaikan Komponen Aerospace: Alternatif untuk Plating Chrome

Saat ini, teknologi cladding laser dipelajari dalam perbaikan bagian dan komponen ruang angkasa untuk mengganti krom plating.diverifikasi bahwa lapisan pelapis memiliki kekerasan tinggi dan kelayakan pengolahan selanjutnyaAkhirnya, pelapis laser dibandingkan dengan teknologi plating kromium tradisional.

01

Latar belakang aplikasi

Alat-alat manufaktur aerospace, seperti perlengkapan, cincin, dan struktur pendukung,telah lama menghadapi masalah keausan yang disebabkan oleh pengolahan bahan yang kuat (seperti paduan berbasis nikel dan paduan titanium)Metode perbaikan tradisional terutama menggunakan plating krom keras, tetapi pendekatan ini memiliki kelemahan yang signifikan:

1 Risiko lingkungan: larutan asam kromium bersifat karsinogenik dan diatur ketat oleh peraturan REACH UE;

2 Cacat proses: lapisan rentan untuk mengelupas dan menggelembung, yang membutuhkan beberapa siklus kerja ulang;

3 Batas ketebalan: lapisan biasanya melebihi 1 mm, meninggalkan izin pemesinan yang tidak cukup.

Untuk mengatasi masalah ini, solusi perbaikan baru yang berpusat pada teknologi pelapis laser (Laser Cladding, LC) diusulkan.proses manufaktur aditif presisi tinggi untuk meregenerasi permukaan alat dan meningkatkan kinerjaFitur teknisnya adalah sebagai berikut:

Kinerja lingkungan yang sangat baik

1 Menghilangkan asam kromium sepenuhnya, menggunakan bubuk logam sebagai bahan pelapis, selaras dengan tren manufaktur hijau;

2 Proses ini tidak memiliki emisi berbahaya, memenuhi persyaratan peraturan UE.

Pengikatan metalurgi

1 Lapisan membentuk ikatan metalurgi dengan substrat melalui mekanisme difusi, memastikan tidak ada cacat seperti gelembung atau mengelupas di antarmuka.

Kemampuan beradaptasi dengan struktur yang kompleks

1 Mampu melakukan perbaikan multi-dimensi pada permukaan datar, permukaan silinder eksternal, dan permukaan silinder internal, yang mencakup struktur alat khas;

2 Melalui kontrol kolaboratif robot dan makan bubuk miring (10°-30°), ia dapat memecahkan tantangan penutup di ruang sempit.

Izin pengolahan

1 Lapisan multi-lapisan (misalnya, ketebalan 2 mm) memastikan izin pemesinan, menghindari masalah kerja ulang yang disebabkan oleh lapisan tradisional yang terlalu tipis.

02

Lapisan laser: bahan dan metode

Bahan dasar: baja paduan rendah 40HM

Fitur: kekerasan 28-32 HRC, banyak digunakan dalam pembuatan alat mesin mesin pesawat, dapat memenuhi persyaratan kekuatan tinggi dan ketahanan aus yang tinggi.

Dasar seleksi:Kinerja pengolahan panasnya (pemberantasan + tempering) dan kompatibilitas input panas pelapis laser untuk memastikan bahwa substrat tidak mengalami deformasi atau retakan selama proses pelapis.

Bahan pelapis: NiCrBSi paduan bubuk

Komposisi: Ni base (Cr 17%, B 3,5%, Si 4%, C 1%, Fe 4%), distribusi ukuran partikel 15-53μm. Nama merek: Swiss Oerlikon Metco Metco 15F.

1 Peleburan sendiri: B dan Si dapat mengurangi titik leleh, meningkatkan aliran kolam peleburan, dan mengurangi partikel yang belum meleleh.

2 Kekerasan tinggi: Cr dan C membentuk karbida keras, seperti Cr7C3, Cr3C2, untuk meningkatkan ketahanan aus.

3 Ketahanan retak: Matriks Ni meringankan tekanan termal dan menghindari retak lapisan pelapis.

Persyaratan produk untuk proses pelapisan laser

1Ketebalan lapisan pelapis lebih besar atau sama dengan 1,5 μm

2. Kekerasan lapisan pelapis lebih dari 38 HRC

* Produk fisik (kiri), gambar teknis (kanan)

Sistem pelapis laser

Laser: Laserline, model LDF 4000-30, panjang gelombang 940-980nm.

Sistem pengisian bubuk: GTV PF Powder feeder.

Kepala pelapis: Fraunhofer IWS Kepala pelapis koaksial, diameter titik 3,5 mm.

Robot: Reis RV60-40 robot + RDK-05 meja berputar, yang dapat mewujudkan kendali lintasan yang kompleks.

Optimasi parameter proses

· Logika: memaksimalkan ketinggian dan kekerasan lapisan pelapis, meminimalkan kedalaman fusi dan zona yang terkena panas, dan menghindari pemanasan berlebihan dan pelembutan substrat.

· Parameter yang optimal: daya laser 1000W + tingkat pemasangan bubuk 17,4 g/menit, kekerasan tinggi (> 700 HV 1) dan tingkat pengenceran rendah (< 10%).

* Parameter proses pelapisan

* Skema diagram pengukuran lapisan pelapis saluran tunggal

Strategi pelapis multi-lapisan multi-pass

Perencanaan Jalur

Permukaan datar (Clad A): jalur scan paralel, tingkat tumpang tindih 50%, miring 10° untuk menghindari akumulasi bubuk.

Permukaan silinder luar (Clad B): jalur scan spiral, kontrol sinkron dari meja berputar, miring 10 °.

Permukaan silinder bagian dalam (Clad C): 30° miring di ruang tertutup, sesuaikan sudut pemasangan bubuk untuk memastikan stabilitas kolam cair.

Kontrol lapisan: 2 lapisan pelapis, ketebalan total 2 mm, untuk menghindari retakan yang disebabkan oleh beberapa siklus termal.

Pengolahan pra matriks:

Pemurnian permukaan: pemurnian kertas pasir hingga Ra<1,6 μm, menghilangkan lapisan oksida dan kontaminasi minyak.

Pembersihan: pembersihan ultrasonik dengan isopropanol untuk memastikan tidak ada residu minyak.

pemrosesan selanjutnya

Membuat: permukaan silinder datar dan eksternal diputar pada mesin bubut CNC.

Penggilingan: gunakan mesin penggilingan lubang tengah untuk permukaan silinder datar dan eksternal.

Penggilingan: penggilingan permukaan silinder internal pada mesin penggilingan khusus.

03

Lapisan laser: parameter proses

Efek dari kekuatan laser

Kekuatan tinggi menyebabkan perluasan kolam lebur dan memperburuk peleburan badan dasar, tetapi tingkat pengenceran dapat melebihi 20%, mengurangi kemurnian komposisi pelapis.

A) Ketinggian lapisan pelapis, b) lebar lapisan pelapis, c) kedalaman fusi, d) kedalaman HAZ bervariasi dengan kekuatan laser dan tingkat pakan bubuk

Kekerasan dan tingkat pengenceran

1 Ketika daya laser adalah 1000W dan laju pemasangan bubuk adalah 10,4 g/menit, kekerasan mencapai puncak 680 HV0.3Pada saat ini, tingkat pengenceran rendah (~ 10%), dan proporsi fase keras (Cr7C3, Cr3C2) dalam lapisan tinggi.

2 Tingkat pengawetan yang tinggi (> 20%) menyebabkan infiltrasi besi matriks ke dalam lapisan, membentuk larutan padat Fe-Cr, yang melemahkan efek penguatan fase keras.

* Pengaruh dari parameter proses pada kekerasan dan tingkat pengenceran: a) kekerasan, b) tingkat pengenceran

Efek dari tingkat pakan bubuk

Kecepatan pemasangan bubuk yang berlebihan (> 17,4 g/menit) akan menyebabkan lebih banyak partikel yang tidak mencair dan mengurangi kepadatan lapisan.

* Hubungan antara kecepatan pakan bubuk dan ketinggian pelapis saluran tunggal: ketika kekuatan laser kurang dari 1000W,tingkat pengisian bubuk meningkat dan tinggi pelapis meningkat logaritmik

Strategi pelapisan multi-lapisan

Dengan tingkat tumpang tindih 50% dan dua lapisan pelapis, ketebalan total adalah 2 mm. Meskipun tinggi satu lapisan terbatas dan beberapa lapisan dapat memenuhi persyaratan izin pemesinan,input termal harus dikontrol untuk menghindari pelembutan matriks (deepness HAZ < 200 μm).

* Ketebalan lapisan permukaan: ketebalan lapisan dari permukaan datar, permukaan silinder luar dan permukaan silinder dalam adalah 2 mm

* Kecacatan lokal pada permukaan produk setelah lapis: a) titik awal dan akhir lapis permukaan luar yang cembung dan cekung, b) fenomena adhesi bubuk pada permukaan dalam

04

Pengolahan mekanik dan analisis cacat

mesin abrasif

Kualitas permukaan: Karatan permukaan Ra = 0,272μm setelah penggilingan, yang memenuhi persyaratan alat aerospace Ra < 1,25μm. Tidak ada retakan yang ditemukan ketika kedalaman penggilingan adalah 0,4 mm.

Keuntungan: Penggilingan menghilangkan material melalui pemotongan mikro, menghindari beban dampak pada lapisan kekerasan tinggi (~ 750 HV1) dan mengurangi risiko retak.

Membuat dan menggiling

Penggunaan alat: Saat memutar permukaan silinder luar, tepi alat paduan keras akan retak setelah memotong 0,3 mm. Alasannya adalah karena kekerasan pelapisannya tinggi,yang mengakibatkan tekanan geser yang berlebihan.

Cacat permukaan: Saat menggiling permukaan silinder bagian dalam, retakan lokal muncul di lapisan.Alasan utama terkait dengan efek kopling dari beban residual di lapisan pelapis dan getaran pemotongan.

* Lemparan dan permukaan silinder luar setelah berputar: lapisan retak dan serpihan yang tidak teratur

* Pakai alat: a) permukaan silinder eksternal setelah memutar, b) patahnya tepi pisau paduan keras

* Permukaan silinder luar yang dipoles: Kerapatan permukaan meningkat, tetapi masih terlihat goresan mikro

* permukaan silinder bagian dalam yang digiling: retakan lokal lapisan, getaran penggilingan dan tindakan kopling tegangan residual

Saran parameter pemrosesan

Membuat: alat kekerasan merah yang lebih tinggi seperti CBN atau pelapis berlian diperlukan, dilengkapi dengan pendingin untuk mengurangi tekanan termal.

Penggilingan: mengurangi pakan per gigi dan menggunakan strategi penggilingan kecepatan tinggi untuk menekan getaran.

05

Analisis mikrostruktur dan fase

Interface metalurgi ikatan

SEM: Tidak ada pori-pori atau retakan pada antarmuka antara lapisan pelapis dan substrat, menunjukkan transisi terus menerus.sementara area yang jauh dari antarmuka adalah martensit tempered.

Mekanisme difusi: Unsur Ni dan Cr di kolam lebur difusi ke matriks, membentuk zona difusi saling sekitar 5μm tebal, yang meningkatkan kekuatan ikatan antarmuka.

* Substrat dan lapisan diikat secara metalurgi, dan tidak ada pori atau retakan di antarmuka

Mikrostruktur: a) martensit dasar, b) pertumbuhan dendrit di zona transisi, c) distribusi dendrit lapisan dan fase keras

* Distribusi kekerasan dan transformasi fase matriks: kekerasan zona pelapis adalah 754-762HV1, kekerasan matriks di dekat antarmuka adalah 605HV1 (martensit),dan kekerasan daerah jauh adalah 402HV1 (struktur tempered)

06

Ringkasan aplikasi teknik

Penggantian proses

Untuk produk yang dibatasi oleh peraturan atau presisi tinggi, prioritas diberikan pada pelapis laser dan penggantian plat kromium.Serbuk yang cocok dipilih dengan mempertimbangkan kekerasan dan ketahanan retak.

Optimasi parameter

1 Melalui kalibrasi eksperimental saluran tunggal, tingkat pengencer dikontrol menjadi kurang dari 10% untuk menghindari pelembutan matriks.

2 Untuk pelapis multi-lapisan, simpan 0,3-0,5 mm untuk penggilingan.

Pencegahan dan pengendalian cacat

Penggilingan substrat, menghilangkan noda minyak permukaan secara menyeluruh, menghilangkan pori-pori; pra-pengeringan bubuk di lingkungan lembab.

Ini hanya untuk referensi Anda!

* Catatan: Perbandingan antara pelapis laser dan krom konvensional