notícias da empresa sobre Aplicação de revestimento a laser no reparo de componentes aeroespaciais: uma alternativa ao cromado

Hoje, a tecnologia de revestimento a laser é estudada no reparo de peças e componentes aeroespaciais para substituir o revestimento do cromo. Através de experimentos, é verificado que a camada de revestimento possui alta dureza e viabilidade do processamento subsequente. Finalmente, o revestimento a laser é comparado com a tradicional tecnologia de revestimento de cromo.

01

Antigo

Ferramentas de fabricação aeroespacial, como utensílios, anéis e estruturas de suporte, há muito tempo com problemas de desgaste causados ​​pelo processamento de materiais de alta resistência (como ligas à base de níquel e ligas de titânio). Os métodos tradicionais de reparo usam principalmente o revestimento do cromo duro, mas essa abordagem tem desvantagens significativas:

① Riscos ambientais: as soluções de ácido crômico são carcinogênicas e estritamente regulamentadas sob os regulamentos da UE Reach;

② Defeitos de processo: o revestimento é propenso a descascar e borbulhar, exigindo vários ciclos de retrabalho;

③ Limitações de espessura: o revestimento normalmente excede 1 mm, deixando uma subsídio insuficiente de usinagem.

Para resolver esses problemas, é proposta uma nova solução de reparo centrada na tecnologia de revestimento a laser (revestimento a laser, LC). Este método usa processos de fabricação aditivos de alta precisão ecológicos e de alta precisão para regenerar superfícies de ferramentas e aprimorar seu desempenho. Os recursos técnicos são os seguintes:

Excelente desempenho ambiental

① elimina completamente o ácido crômico, usando pós de metal como materiais de revestimento, alinhando -se com as tendências de fabricação verde;

② O processo não possui emissões prejudiciais, atendendo aos requisitos regulatórios da UE.

Vínculo metalúrgico

① O revestimento forma uma ligação metalúrgica com o substrato através de mecanismos de difusão, garantindo defeitos como bolhas ou descascamento na interface.

Adaptabilidade a estruturas complexas

① Capaz de reparos multidimensionais em superfícies planas, superfícies cilíndricas externas e superfícies cilíndricas internas, cobrindo estruturas típicas de ferramentas;

② Por meio do controle colaborativo do robô e alimentação de pó inclinado (10 ° -30 °), ele pode resolver o desafio do revestimento em espaços confinados.

Usinatória de usinagem

① O revestimento de várias camadas (por exemplo, 2 mm de espessura) garante uma subsídio de usinagem, evitando os problemas de retrabalho causados ​​por revestimentos tradicionais excessivamente finos.

02

Revestimento a laser: materiais e métodos

Material de base: aço de liga baixa de 40hm

Características: Draga 28-32 HRC, amplamente utilizada na fabricação de ferramentas de usinagem de motor aero, pode atender aos requisitos de alta resistência e alta resistência ao desgaste.

Base de seleção: seu desempenho no tratamento térmico (Temoniming + Termos) e a compatibilidade da entrada de calor de revestimento a laser para garantir que o substrato não se deforme ou rache durante o processo de revestimento.

Material de revestimento: nicrbsi liga em pó

Composição: Base de Ni (Cr 17%, B 3,5%, SI 4%, C 1%, Fe 4%), Distribuição do Tamanho das Partículas 15-53 µm. Nome da marca: Swiss Oerlikon Metco Metco 15f.

① Auto-fusão: B e Si podem reduzir o ponto de fusão, promover o fluxo do pool de fusão e reduzir as partículas não derretidas.

② Alta dureza: Cr e C formam carbonetos duros, como Cr₇c₃, Cr₃c₂, para melhorar a resistência ao desgaste.

③ Resistência à trinca: a matriz ni alivia o estresse térmico e evita a quebra da camada de revestimento.

Requisitos de produto para o processo de revestimento a laser

1. A espessura da camada de revestimento é maior ou igual a 1,5 μm

2. A dureza da camada de revestimento é superior a 38 HRC

* Produto físico (à esquerda), desenhos técnicos (à direita)

Sistema de revestimento a laser

Laser: laserline, modelo LDF 4000-30, comprimento de onda 940-980nm.

Sistema de alimentação em pó: GTV PF Powder alimentador.

Cabeça de revestimento: Fraunhofer IWS Cabeça de revestimento coaxial, diâmetro do ponto 3,5 mm.

ROBOT: ROBOT ROBOT RV60-40 + RDK-05 TABLE ROTATIVA, que pode realizar controle de trajetória complexa.

Otimização de parâmetros do processo

· Lógica: maximize a altura e a dureza da camada de revestimento, minimize a profundidade da fusão e a zona afetada térmica e evite superaquecimento e amolecimento do substrato.

· Parâmetros ideais: potência do laser 1000W + taxa de alimentação em pó 17,4g/min, alta dureza (> 700 hv 1) e baixa taxa de diluição (<10%).

* Parâmetros do processo de revestimento

* Diagrama esquemático da medição da camada de revestimento de canal único

Estratégia de revestimento de várias camadas multi-passa

Planejamento de caminhos

Superfície plana (revestimento A): caminho de varredura paralelo, taxa de sobreposição de 50%, inclinação 10 ° para evitar o acúmulo de pó.

Superfície cilíndrica externa (cladada B): caminho de varredura em espiral, controle síncrono da tabela rotativa, inclinada a 10 °.

Superfície cilíndrica interna (revestida C): 30 ° Inclinado no espaço confinado, ajuste o ângulo de alimentação em pó para garantir a estabilidade da piscina derretida.

Controle da camada: 2 camadas de revestimento, espessura total de 2 mm, para evitar rachaduras causadas por vários ciclos térmicos.

Pré -tratamento da matriz:

Polimento de superfície: polimento de lixa para RA <1,6 µm, remova a camada de óxido e a contaminação do óleo.

Limpeza: Limpeza ultrassônica com isopropanol para garantir nenhum resíduo de óleo.

pós -processamento

Turning: Superfícies cilíndricas planas e externas são ativadas em tornos CNC.

Moagem: Use a máquina de moagem de orifício central para superfícies cilíndricas planas e externas.

Solução: moagem de superfícies cilíndricas internas em uma máquina de fresagem especial.

03

Revestimento a laser: parâmetros de processo

O efeito do poder do laser

A alta potência leva à expansão do pool de fusão e ao agravamento do derretimento do corpo base, mas a taxa de diluição pode exceder 20%, reduzindo a pureza da composição do revestimento.

A) A altura da camada de revestimento, b) a largura da camada de revestimento, c) a profundidade da fusão, d) a profundidade do HAZ varia com a potência do laser e a taxa de alimentação em pó

Dureza e taxa de diluição

① Quando a potência do laser é de 1000W e a taxa de alimentação em pó é de 10,4g/min, a dureza atinge o pico de 680 HV0,3. Nesse momento, a taxa de diluição é baixa (~ 10%) e a proporção de fase dura (Cr₇c₃, Cr₃c₂) no revestimento é alta.

② A alta taxa de diluição (> 20%) leva à infiltração de ferro da matriz no revestimento, formando solução sólida de Fe-Cr, que enfraquece o efeito do fortalecimento da fase dura.

* Influência dos parâmetros do processo na dureza e taxa de diluição: a) dureza, b) Taxa de diluição

O efeito da taxa de alimentação em pó

A taxa excessiva de alimentação em pó (> 17,4g/min) levará a mais partículas não derretidas e diminuirá a densidade do revestimento.

* Relação entre taxa de alimentação em pó e altura de revestimento de canal único: Quando a energia do laser é menor que 1000W, a taxa de alimentação em pó aumenta e a altura do revestimento aumenta logaritmicamente

Estratégia de revestimento de várias camadas

Com uma taxa de sobreposição de 50% e duas camadas de revestimento, a espessura total é de 2 mm. Embora a altura de uma única camada seja limitada e várias camadas possam atender aos requisitos de subsídio de usinagem, a entrada térmica deve ser controlada para evitar amolecimento da matriz (profundidade de HAZ <200 μm).

* Espessura do revestimento da superfície: a espessura do revestimento do plano, superfície cilíndrica externa e superfície cilíndrica interna é 2 mm

* Defeitos locais na superfície do produto após o revestimento: a) pontos de partida e final convexos e côncavos do revestimento da superfície externa, b) fenômeno de adesão em pó na superfície interna

04

Processamento mecânico e análise de defeitos

usinagem abrasiva

Qualidade da superfície: a rugosidade da superfície RA = 0,272μm após a moagem, que atende aos requisitos das ferramentas aeroespaciais RA <1,25μm. Não foram encontradas rachaduras quando a profundidade de moagem foi de 0,4 mm.

Vantagens: A moagem remove o material através do micro-corte, evitando cargas de impacto nos revestimentos de alta dureza (~ 750 hv1) e reduzindo o risco de rachaduras.

Girando e moendo

Desgaste da ferramenta: Ao girar a superfície cilíndrica externa, a borda de corte da ferramenta de liga dura rachará após o corte de 0,3 mm. A razão é que a dureza do revestimento é alta, resultando em tensão excessiva de cisalhamento.

Defeitos de superfície: Ao mover a superfície cilíndrica interna, as rachaduras locais aparecem no revestimento. O principal motivo está relacionado ao efeito de acoplamento do estresse residual na camada de revestimento e a vibração de corte.

* O plano e a superfície cilíndrica externa após girar: rachaduras de revestimento e batatas fritas irregulares

* Desgaste da ferramenta: a) superfície cilíndrica externa após girar, b) fratura da borda da lâmina de liga dura

* Superfície cilíndrica externa polida: a rugosidade da superfície melhorou, mas ainda visível micro arranhões

* Superfície cilíndrica interna moída: trincas locais de revestimento, vibração de moagem e ação de acoplamento de estresse residual

Processando sugestões de parâmetros

Turning: Ferramentas de dureza vermelha mais alta, como CBN ou revestimentos de diamante, são necessários, complementados pelo líquido de arrefecimento para reduzir a tensão térmica.

Milling: reduza a alimentação por dente e use a estratégia de moagem de alta velocidade para suprimir a vibração.

05

Microestrutura e análise de fase

Ligação metalúrgica da interface

SEM: Não há poros ou rachaduras na interface entre a camada de revestimento e o substrato, mostrando transição contínua. O substrato de 40hm de aço forma martensita de placa devido ao resfriamento rápido, enquanto a área longe da interface é temperada martensita.

Mecanismo de difusão: os elementos de Ni e Cr no pool de fusão difundem com a matriz, formando uma zona de difusão mútua com cerca de 5μm de espessura, o que aumenta a força de ligação interfacial.

* O substrato e o revestimento estão metalurgicamente ligados, e não há poros ou rachaduras na interface

Microestrutura: a) martensita base, b) crescimento de dendrito na zona de transição, c) distribuição de dendritos de revestimento e fase dura

* Distribuição de dureza e transformação da fase da matriz: a dureza da zona de revestimento é 754-762HV1, a dureza da matriz perto da interface é de 605hv1 (martensita), e a dureza da área distante é 402hv1 (estrutura temperada)

06

Resumo das aplicações de engenharia

Substituição do processo

Para produtos limitados por regulamentos ou alta precisão, é dada prioridade ao revestimento a laser e substituição do revestimento de cromo. Os pós adequados são selecionados para levar em consideração a dureza e a resistência a trincas.

Otimização de parâmetros

① Através da calibração experimental de canal único, a taxa de diluição é controlada como menor que 10% para evitar o amolecimento da matriz.

② Ao revestimento de várias camadas, reserve 0,3-0,5 mm de moagem.

Prevenção e controle de defeitos

Moagem do substrato, removendo completamente as manchas de óleo de superfície, eliminando os poros; pó pré-secagem em ambiente úmido.

Isto é apenas para sua referência!

* Nota: Comparação entre revestimento a laser e revestimento tradicional de cromo

Aparecimento a laser vs. Crome Plating: Análise Comparativa
Parte 1: Princípio do processo e impacto ambiental
Dimensão	Placamento tradicional do cromo	Revestimento a laser (LC)
Princípio do processo	Deposição eletroquímica: Cr³⁺ reduzida ao cromo metálico na solução de ácido crômico (espessura <1 mm).	Ligação metalúrgica: o laser derrete substrato e pó de metal (por exemplo, nicrbsi) para formar uma camada ligada à difusão (espessura ≤2 mm).
Impacto ambiental	Toxicidade: usa soluções carcinogênicas de Cr⁶⁺. Resíduos: Neutralização/filtração complexa necessária.	Não-tóxico: pós de metal (por exemplo, Nicrbsi). Resíduos líquidos zero: utilização de pó> 90%.
Restrições regulatórias	A UE restringe o uso industrial de Cr⁶⁺.	Sem restrições; Classificado como tecnologia “remanufatura verde”.

Aparecimento a laser vs. Crome Plating: Análise Comparativa
Parte 2: Desempenho de revestimento e mecanismo de ligação
Dimensão	Placamento tradicional do cromo	Revestimento a laser (LC)
Mecanismo de ligação	Ligação mecânica (adsorção física); propenso a delaminação.	Ligação metalúrgica com difusão elementar; Resistência interfacial ≈ Material de substrato.
Dureza e desgaste	Dduade: 800–1000 HV (quebradiça). A resistência ao desgaste depende da espessura.	Dureza: 700–760 hv (nicrbsi). As fases Cr₇c₃/Cr₃c₂ aumentam a resistência ao desgaste.
Tipos de defeitos	Blistering (contaminação). Delaminação (estresse).	Porosidade (alimentação desigual em pó). Microcracks (acumulação térmica; fixável via parâmetros).

Aparecimento a laser vs. Crome Plating: Análise Comparativa
Parte 3: Flexibilidade do processo e eficiência de custos
Dimensão	Placamento tradicional do cromo	Revestimento a laser (LC)
Compatibilidade do processo	Limitado à moagem; Virar/mover causa descascamento.	Compatível com moagem/giro/moagem (ferramentas otimizadas como o CBN). Reparos repetíveis.
Estrutura de custos	Baixo custo por unidade para a granel (> 5 peças), mas altos custos de tratamento de resíduos.	Sem taxas de molde; Ideal para pequenos lotes.
Modos de falha	A delaminação expõe substrato.	Desgaste localizado; reparos direcionados possíveis.

Aparecimento a laser vs. Crome Plating: Análise Comparativa
Parte 4: cenários de aplicação práticos
Cenário	Placamento tradicional do cromo	Revestimento a laser (LC)
Geometria simples	Adequado para superfícies planas (por exemplo, planos de fixação).	Alternativa ambientalmente preferida.
Geometria complexa	Limitado (por exemplo, cavidades internas/lacunas estreitas).	O planejamento do caminho robótico permite o revestimento de superfícies complexas.
Alta precisão	Tolerância pós-grife ± 0,01 mm, limitada pela espessura do revestimento.	Controle de espessura (± 0,1 mm); subsídio de usinagem suficiente.
Ambientes extremos	O revestimento falha a> 300 ° C (oxidação/delaminação).	Nicrbsi suporta ~ 800 ° C (por exemplo, componentes do motor).