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[技术应用]镀铬技术环保严,超高速激光熔覆技术来解忧!

[技术应用]镀铬技术环保严,超高速激光熔覆技术来解忧!

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镀铬技术环保严,超高速技术来解忧!

 

 

近年来在国家节能环保政策和技术转型升级的指导下,在传统镀铬技术上不断进行新技术和新工艺的研发,并从根本上提升制造过程的环保水平,实现智能制造、绿色制造。超高速激光熔覆技术作为先进环保的再制造加工技术应运而生,为此带来新的出路。

 

我司总结了超高速熔覆以下六大优势:

 

 

1.效率高

 

传统熔覆过程中熔覆线速度一般为600-1000mm/min,熔覆效率一般为0.15/h,而高速熔覆线速度可达20-150m/min,熔覆效率可达0.5-2/h,整体加工效率为常规熔覆的3-5倍。

 

 

 

2.机加工成本低

 

 

传统熔覆制备所得涂层后续机加工的步骤包括粗车及精磨两步,而高速熔覆所制备的涂层机加余量较少,表面光亮,只需进行精磨即可,这在一定程度上极大的节约了成本(材料费用、机加费用、时间成本)。

 

图1 传统熔覆(右)与高速熔覆(左)搭接率形式对比

 

 

3.涂层致密、平整

 

 

高速熔覆单层厚度可达0.15mm,同时通过调整工艺参数涂层厚度在0.15-0.5mm(单层)可调。涂层厚度主要与熔覆速度及送粉量等工艺参数有关,涂层截面形貌如图2所示

 

 

图2 涂层截面形貌

 

 

 图3 Fe、Ni、Co基涂层传统熔覆与高速熔覆宏观形貌对比

 

 

 

4.热输入小

 

高速熔覆对工件的热输入小,工件热变形小,可用于加工薄壁件、小型件。传统熔覆过程中,大部分激光能量集中作用在基材及已熔覆层上,此时由于热膨胀不匹配性等材料物理性能的作用,易在涂层内部造成应力集中,对于部分硬度较高的涂层,极易在熔覆过程中发生开裂现象。而在超高速熔覆过程中,80%的激光能量作用于粉末中,故而基材的形变涂层内部残余应力较少涂层不易开裂。

 

5.冶金结合

 

 

超高速熔覆可实现基体与合金层冶金结合,如图蓝色Mo曲线所示,Mo形成冶金扩散。通过拉断试验与600吨压机结果显示均无分层及剥落。

 

图4 高速熔覆涂层元素线扫描曲线图(图片出自天津某单位)

 

稀释率较大,基材中大量元素向上扩散,从而影响涂层整体性能(硬度、耐蚀性)的问题一直是激光熔覆的一大难点,例如45#钢表面制备高硬度涂层时,易出现涂层硬度降低的现象。而这些问题在高速熔覆中就不再会发生,这是因为高速熔覆的稀释率远远低于传统熔覆,大量的能量集中于粉末上,基材内部的元素没有足够的热驱动力向涂层内部扩散,如图5所示。

 

图5 传统熔覆与高速熔覆涂层稀释率大小对比图

 

6.应用广

 

激光功率密度大,可熔覆高熔点粉末材料,也可实现铜、铝、钛等有色金属材料的表面强化。

激光熔覆主要应用于对材料的表面改性(轧辊、齿轮)、对产品的表面修复(转子、齿轮)和原型制造三个方面。通过持续的技术优化,该技术可广泛应用于煤炭、冶金、海洋平台、造纸、民用家电、汽车、船舶、石油行业。

 

中科煜宸应用案例1

 

该钢辊为工作辊中的从动辊,材质为调制态45钢,钢辊之前表面强化工艺为电镀硬铬(约70HRC),电镀层厚度0.08mm。原始电镀层在实际使用过程中,易发生剥落等问题,因此选用新工艺解决该问题。

 

钢辊熔覆面尺寸为Ф213mm×1555mm,面积为S=1.1m2。应用高速熔覆在该基材表面制备一层0.5mm厚的熔覆层,硬度达到60HRC,且时间仅为1.5h。

 

 

 

中科煜宸应用案例2

 

对于直径较小的细直传输辊而言,在传统熔覆过程中易发生变形等问题,因此选用高速熔覆在其表面制备一层高硬度涂层,其加工过程如图所示。

 

 

超高速激光熔覆设备

 

中科煜宸自主研发的超高速激光熔覆装备,配备全国产化的超高速熔覆专用送粉器、高可靠性送粉喷嘴等核心器件;超高速激光熔覆工艺技术通过了一系列的实验及实际生产应用验证,已能满足稳定的涂层制备工艺要求。

 

 

RC-HSLC-3000高速激光熔覆机床

 

 

 

工艺参数

◆熔覆速度:20-150m/min

◆热影响区深度:HAZ≤10um

◆使用粉末粒径:25-53um

◆激光光斑:0.6-1.5mm

 

◆涂层厚度:0.1-0.5mm

◆稀释率:≤5%