nouvelles de l'entreprise Application du revêtement laser dans la réparation de composants aérospatiaux: une alternative au chrome

Aujourd'hui, la technologie de revêtement laser est étudiée dans la réparation des pièces et des composants aérospatiaux pour remplacer le placage de chrome. Grâce aux expériences, il est vérifié que la couche de revêtement a une dureté et une faisabilité élevées du traitement ultérieur. Enfin, le revêtement laser est comparé à la technologie traditionnelle de placage du chrome.

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Contexte de l'application

Les outils de fabrication aérospatiale, tels que les luminaires, les anneaux et les structures de support, ont des problèmes d'usure à la fois provoqués par le traitement des matériaux à haute résistance (tels que les alliages à base de nickel et les alliages de titane). Les méthodes de réparation traditionnelles utilisent principalement un placage chromé dur, mais cette approche présente des inconvénients importants:

① Risques environnementaux: les solutions d'acide chromique sont cancérigènes et strictement réglementées dans le cadre des réglementations de la portée de l'UE;

② Défauts de processus: le revêtement est sujet à peler et à bouillonner, nécessitant plusieurs cycles de reprise;

③ Limites d'épaisseur: le revêtement dépasse généralement 1 mm, laissant une allocation d'usinage insuffisante.

Pour résoudre ces problèmes, une nouvelle solution de réparation centrée sur la technologie du revêtement laser (Cladding, LC) est proposée. Cette méthode utilise des processus de fabrication additifs de haute précision respectueux de l'environnement pour régénérer les surfaces des outils et améliorer leurs performances. Les fonctionnalités techniques sont les suivantes:

Excellentes performances environnementales

① élimine complètement l'acide chromique, en utilisant des poudres métalliques comme matériaux de revêtement, s'alignant avec les tendances de fabrication vertes;

② Le processus n'a pas d'émissions nuisibles, répondant aux exigences réglementaires de l'UE.

Liaison métallurgique

① Le revêtement forme une liaison métallurgique avec le substrat par des mécanismes de diffusion, n'assurant aucun défaut tel que les bulles ou les pelage à l'interface.

Adaptabilité aux structures complexes

① Capable de réparations multidimensionnelles sur des surfaces plates, des surfaces cylindriques externes et des surfaces cylindriques internes, couvrant les structures d'outils typiques;

② Grâce au contrôle collaboratif du robot et à l'alimentation inclinée en poudre (10 ° -30 °), il peut résoudre le défi du revêtement dans les espaces confinés.

Indemnité d'usinage

① Le revêtement multicouche (par exemple, 2 mm d'épaisseur) garantit une allocation d'usinage, en évitant les problèmes de repensage causés par des revêtements traditionnels trop fins.

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Racasage laser: Matériaux et méthodes

Matériau de base: acier en alliage bas de 40 hm

Caractéristiques: La dureté 28-32 HRC, largement utilisée dans la fabrication d'outils d'usinage à moteur aérodynamique, peut répondre aux exigences d'une résistance élevée et d'une résistance à l'usure élevée.

Base de sélection: ses performances de traitement thermique (extinction + trempage) et la compatibilité de l'apport de chaleur du revêtement au laser pour garantir que le substrat ne se déforme pas ou ne fissure pas pendant le processus de revêtement.

Matériau de revêtement: Poudre d'alliage Nicrbsi

Composition: base Ni (CR 17%, B 3,5%, Si 4%, C 1%, Fe 4%), distribution de la taille des particules 15-53 µm. Nom de la marque: Swiss Oerlikon Metco Metco 15f.

① Auto-fusion: B et SI peuvent réduire le point de fusion, favoriser l'écoulement du pool de fonte et réduire les particules non fondues.

② La dureté élevée: CR et C forment des carbures durs, tels que Cr₇c₃, Cr₃c₂, pour améliorer la résistance à l'usure.

③ Résistance aux fissures: la matrice Ni atténue la contrainte thermique et évite la fissuration de la couche de revêtement.

Exigences du produit pour le processus de revêtement laser

1. L'épaisseur de la couche de revêtement est supérieure ou égale à 1,5 μm

2. La dureté de la couche de revêtement est supérieure à 38 HRC

* Produit physique (à gauche), dessins techniques (à droite)

Système de revêtement laser

Laser: laserline, modèle LDF 4000-30, longueur d'onde 940-980 nm.

Système d'alimentation en poudre: gaspillage de poudre GTV PF.

Tête de revêtement: Fraunhofer IWS Coaxial Radiding Head, diamètre de la tache 3,5 mm.

Robot: Reis RV60-40 Robot + Table rotation RDK-05, qui peut réaliser un contrôle complexe de la trajectoire.

Optimisation du paramètre de processus

· Logique: maximiser la hauteur et la dureté de la couche de revêtement, minimiser la profondeur de la fusion et la zone thermique affectée et éviter la surchauffe et le ramollissement du substrat.

· Paramètres optimaux: puissance laser 1000W + taux d'alimentation en poudre 17,4 g / min, dureté élevée (> 700 HV 1) et un taux de dilution faible (<10%).

* Paramètres de processus de revêtement

* Diagramme schématique de la mesure de la couche de revêtement à canal unique

Stratégie de revêtement multi-couches multipass

Planification des chemins

Surface plane (vêtue A): chemin de balayage parallèle, taux de chevauchement de 50%, inclinez 10 ° pour éviter l'accumulation de poudre.

Surface cylindrique externe (revêtement B): chemin de balayage en spirale, contrôle synchrone de la table rotative, incliné 10 °.

Surface cylindrique intérieure (revêtement C): 30 ° enclins à l'espace confiné, ajustez l'angle d'alimentation en poudre pour assurer la stabilité de la piscine fondée.

Contrôle de la couche: 2 couches de revêtement, épaisseur totale de 2 mm, pour éviter les fissures causées par plusieurs cycles thermiques.

Prétraitement de la matrice:

Polissage de surface: Fond de verre polir à la PR <1,6 µm, retirez la couche d'oxyde et la contamination de l'huile.

Nettoyage: nettoyage à ultrasons avec de l'isopropanol pour assurer aucun résidu d'huile.

post-traitement

Retour: Les surfaces cylindriques plates et externes sont tournées sur des tours CNC.

Mouillage: Utilisez la machine de broyage du trou central pour les surfaces cylindriques plates et externes.

Misoning: fraisage de surfaces cylindriques internes sur un broyage spécial.

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Racas laser: paramètres de processus

L'effet de la puissance laser

Une puissance élevée conduit à l'expansion du pool de fonte et à l'aggravation de la fusion du corps de base, mais le taux de dilution peut dépasser 20%, réduisant la pureté de la composition du revêtement.

A) La hauteur de la couche de revêtement, b) la largeur de la couche de revêtement, c) la profondeur de fusion, d) la profondeur de Haz

Taux de dureté et de dilution

① Lorsque la puissance du laser est de 1000W et que la vitesse d'alimentation en poudre est de 10,4 g / min, la dureté atteint le pic de 680 HV0,3. À l'heure actuelle, le taux de dilution est faible (~ 10%) et la proportion de phase dure (cr₇c₃, cr₃c₂) dans le revêtement est élevée.

② Un taux de dilution élevé (> 20%) entraîne l'infiltration du fer matriciel dans le revêtement, formant une solution solide Fe-Cr, ce qui affaiblit l'effet du renforcement de la phase dure.

* Influence des paramètres de processus sur la dureté et le taux de dilution: a) dureté, b) taux de dilution

L'effet du taux d'alimentation en poudre

Un taux d'alimentation en poudre excessif (> 17,4 g / min) entraînera des particules plus non mélangées et diminuera la densité du revêtement.

* Relation entre le taux d'alimentation en poudre et la hauteur du revêtement à canal unique: lorsque la puissance laser est inférieure à 1000 W, le taux d'alimentation en poudre augmente et que la hauteur de revêtement augmente logarithmiquement

Stratégie de revêtement multicouche

Avec un taux de chevauchement de 50% et deux couches de revêtement, l'épaisseur totale est de 2 mm. Bien que la hauteur d'une seule couche soit limitée et que plusieurs couches puissent répondre aux exigences d'allocation d'usinage, l'entrée thermique doit être contrôlée pour éviter le ramollissement de la matrice (profondeur de Haz <200 μm).

* Épaisseur de revêtement de surface: L'épaisseur du revêtement du plan, de la surface cylindrique externe et de la surface cylindrique intérieure est de 2 mm

* Défauts locaux à la surface du produit après le revêtement: a) Points de départ et de fin convexes et concav

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Traitement mécanique et analyse des défauts

usinage abrasif

Qualité de surface: la rugosité de surface RA = 0,272 μm après le broyage, qui répond aux exigences des outils aérospatiaux PR <1,25 μm. Aucune fissure n'a été trouvée lorsque la profondeur de broyage était de 0,4 mm.

Avantages: Le broyage élimine le matériau par micro-coupe, évitant les charges d'impact sur les revêtements de dureté élevée (~ 750 HV1) et réduisant le risque de craquage.

Tournant et fraisage

Usure d'outil: Lors du tournage de la surface cylindrique externe, le bord de coupe de l'outil d'alliage dur se fissurera après avoir coupé 0,3 mm. La raison en est que la dureté de revêtement est élevée, entraînant une contrainte de cisaillement excessive.

Défauts de surface: Lors du broyage de la surface cylindrique intérieure, les fissures locales apparaissent dans le revêtement. La raison principale est liée à l'effet de couplage de la contrainte résiduelle dans la couche de revêtement et à la vibration de coupe.

* Le plan et la surface cylindrique extérieure après tournage: couchage de revêtement et copeaux irréguliers

* Usure d'outil: a) Surface cylindrique externe après tournage, b) fracture du bord de la lame d'alliage dur

* Surface cylindrique externe polie: la rugosité de la surface s'est améliorée, mais toujours visible Micro Stratchs

* Surface cylindrique intérieure broyée: Crack local de revêtement, vibration de fraisage et action de couplage de contrainte résiduelle

Suggestions de paramètres de traitement

Retour: Des outils de dureté rouge plus élevés tels que CBN ou les revêtements de diamant sont nécessaires, complétés par le liquide de refroidissement pour réduire la contrainte thermique.

Misoning: Réduisez l'alimentation par dent et utilisez une stratégie de broyage à grande vitesse pour supprimer les vibrations.

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Microstructure et analyse de phase

Interface Bondage métallurgique

SEM: Il n'y a pas de pores ou de fissures à l'interface entre la couche de revêtement et le substrat, montrant une transition continue. Le substrat en acier 40HM forme de la martensite de plaque en raison d'un refroidissement rapide, tandis que la zone loin de l'interface est la martensite tempéré.

Mécanisme de diffusion: les éléments Ni et Cr dans le pool de fonte diffusent à la matrice, formant une zone de diffusion mutuelle d'environ 5 μm d'épaisseur, ce qui améliore la résistance de la liaison interfaciale.

* Le substrat et le revêtement sont liés métallurgiquement, et il n'y a pas de pores ou de fissures à l'interface

Microstructure: a) Martensite de base, b) Croissance de la dendrite dans la zone de transition, c) Distribution des dendrites de revêtement et phase dure

* Distribution de dureté et transformation de la phase de matrice: La dureté de la zone de revêtement est de 754-762HV1, la dureté de la matrice près de l'interface est de 605HV1 (martensite), et la dureté de la zone éloignée est 402HV1 (structure tempérée)

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Résumé des applications d'ingénierie

Substitution de processus

Pour les produits limités par des réglementations ou une haute précision, une priorité est donnée au revêtement laser et au remplacement du placage du chrome. Les poudres appropriées sont sélectionnées pour prendre en compte la dureté et la résistance aux fissures.

optimisation des paramètres

① Grâce à l'étalonnage expérimental à canal unique, le taux de dilution est contrôlé à moins de 10% pour éviter l'adoucissement de la matrice.

② Lorsque le revêtement multicouche, réservez 0,3-0,5 mm

Prévention et contrôle des défauts

Broyage du substrat, éliminant soigneusement les taches d'huile de surface, éliminant les pores; Presque en poudre dans un environnement humide.

C'est pour votre référence uniquement!

* Remarque: comparaison entre le revêtement laser et le placage traditionnel du chrome

Racas laser vs placage chromé: analyse comparative
Partie 1: Principe du processus et impact environnemental
Dimension	Placage chromé traditionnel	Cladage laser (LC)
Principe du processus	Dépôt électrochimique: Cr³⁺ réduit au chrome métallique dans la solution d'acide chromique (épaisseur <1 mm).	Liaison métallurgique: le laser fait fondre le substrat et la poudre métallique (par exemple, nicrbsi) pour former une couche liée à la diffusion (épaisseur ≤2 mm).
Impact environnemental	Toxicité: utilise des solutions cancérigènes CR⁶⁺. Déchets: neutralisation / filtration complexe requise.	Non-toxique: poudres métalliques (par exemple, Nicrbsi). Zéro déchet liquide: utilisation de la poudre> 90%.
Restrictions réglementaires	L'UE limite l'utilisation industrielle CR⁶⁺.	Aucune restriction; Classé comme technologie de «remise à neuf green».

Racas laser vs placage chromé: analyse comparative
Partie 2: Mécanisme de performance et de liaison du revêtement
Dimension	Placage chromé traditionnel	Cladage laser (LC)
Mécanisme de liaison	Liaison mécanique (adsorption physique); sujet à la délamination.	Liaison métallurgique avec diffusion élémentaire; résistance interfaciale ≈ matériau de substrat.
Dureté et de l'usure	DURYAGE: 800–1000 HV (cassant). La résistance à l'usure dépend de l'épaisseur.	DUREUSE: 700–760 HV (Nicrbsi). Les phases Cr₇c₃ / Cr₃c₂ améliorent la résistance à l'usure.
Types de défauts	Bourser (contamination). Délaminage (stress).	Porosité (alimentation inégale en poudre). Microclations (accumulation thermique; réparable via les paramètres).

Racas laser vs placage chromé: analyse comparative
Partie 3: Flexibilité du processus et rentabilité
Dimension	Placage chromé traditionnel	Cladage laser (LC)
Compatibilité des processus	Limité au broyage; Le tournage / fraisage provoque un pelage.	Compatible avec le broyage / tournant / fraisage (outils optimisés comme CBN). Réparations reproductibles.
Structure des coûts	Coût faible par unité pour le vrac (> 5 pièces), mais des coûts de traitement des déchets élevés.	Pas de frais de moisissure; Idéal pour les petits lots.
Modes de défaillance	La délamination expose le substrat.	Vêtements localisés; réparations ciblées possibles.

Racas laser vs placage chromé: analyse comparative
Partie 4: Scénarios d'application pratiques
Scénario	Placage chromé traditionnel	Cladage laser (LC)
Géométrie simple	Convient aux surfaces plates (par exemple, plans de luminaire).	Alternative préférée pour l'environnement.
Géométrie complexe	Limité (par exemple, cavités internes / lacunes étroites).	La planification du chemin robotique permet le revêtement sur des surfaces complexes.
Haute précision	Tolérance post-grincement ± 0,01 mm, limitée par épaisseur de revêtement.	Contrôle d'épaisseur (± 0,1 mm); Indemnité d'usinage suffisante.
Environnements extrêmes	Temps de bar : 2025-03-31 17:39:02 >> Liste de nouvelles Coordonnées Taiyi Laser Technology Company Limited Personne à contacter: Ms. Coco Téléphone: +86 13377773809 Envoyez votre demande directement à nous (0 / 3000) À propos À propos de nous Visite de l'usine Contrôle de qualité Nous contacter Nouvelles Plan du site Découpeuse de laser Système automatique de bras de robot d'axe de la découpeuse laser de fibre en métal 6 Machine de découpe automatique au laser à fibre de batterie 120M/MIN LAISSEZ UN MESSAGE Politique de confidentialité | LA CHINE Bon Qualité Machine de soudure laser Fournisseur. © 2017 - 2025 Taiyi Laser Technology Company Limited. All Rights Reserved.