noticias de la compañía sobre Aplicación del revestimiento láser en la reparación de componentes aeroespaciales: una alternativa al cromado

Hoy, la tecnología de revestimiento láser se estudia en la reparación de piezas y componentes aeroespaciales para reemplazar el revestimiento de cromo. A través de experimentos, se verifica que la capa de revestimiento tiene alta dureza y viabilidad del procesamiento posterior. Finalmente, el revestimiento láser se compara con la tecnología tradicional de revestimiento de cromo.

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Antecedentes de la aplicación

Las herramientas de fabricación aeroespaciales, como accesorios, anillos y estructuras de soporte, tienen problemas de desgaste de larga data causados ​​por el procesamiento de materiales de alta resistencia (como aleaciones a base de níquel y aleaciones de titanio). Los métodos de reparación tradicionales utilizan principalmente el enchapado cromado duro, pero este enfoque tiene inconvenientes significativos:

① Riesgos ambientales: las soluciones de ácido crómico son cancerígenos y estrictamente reguladas bajo las regulaciones de alcance de la UE;

② Defectos del proceso: el recubrimiento es propenso a pelar y burbujear, lo que requiere múltiples ciclos de retrabajo;

③ Limitaciones de grosor: el recubrimiento generalmente excede 1 mm, dejando una asignación de mecanizado insuficiente.

Para abordar estos problemas, se propone una nueva solución de reparación centrada en la tecnología de revestimiento láser (revestimiento láser, LC). Este método utiliza procesos de fabricación aditivos de alta precisión ecológicos para regenerar superficies de herramientas y mejorar su rendimiento. Las características técnicas son las siguientes:

Excelente desempeño ambiental

① Elimina completamente el ácido crómico, utilizando polvos metálicos como materiales de recubrimiento, alineándose con las tendencias de fabricación verde;

② El proceso no tiene emisiones dañinas, cumpliendo con los requisitos reglamentarios de la UE.

Vínculo metalúrgico

① El recubrimiento forma un enlace metalúrgico con el sustrato a través de mecanismos de difusión, asegurando que no hay defectos como burbujas o pelados en la interfaz.

Adaptabilidad a estructuras complejas

① Capaz de reparaciones multidimensionales en superficies planas, superficies cilíndricas externas y superficies cilíndricas internas, que cubren estructuras de herramientas típicas;

② A través del control colaborativo del robot y la alimentación de polvo inclinado (10 ° -30 °), puede resolver el desafío del revestimiento en espacios confinados.

Asignación de mecanizado

① El revestimiento de múltiples capas (por ejemplo, 2 mm de espesor) asegura el subsidio de mecanizado, evitando los problemas de retrabajo causados ​​por recubrimientos tradicionales demasiado delgados.

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Revestimiento láser: materiales y métodos

Material base: 40 hm de acero de baja aleación

Características: La dureza 28-32 HRC, ampliamente utilizada en la fabricación de herramientas de mecanizado aerodinámico, puede cumplir con los requisitos de alta resistencia y alta resistencia al desgaste.

Base de selección: su rendimiento del tratamiento térmico (enfriamiento + templado) y la compatibilidad de la entrada de calor con revestimiento de láser para garantizar que el sustrato no se deforma ni se agrieta durante el proceso de revestimiento.

Material de recubrimiento: polvo de aleación de Nicrbsi

Composición: Base Ni (CR 17%, B 3.5%, Si 4%, C 1%, Fe 4%), distribución del tamaño de partícula 15-53 µm. Marca: Swiss Oerlikon Metco Metco 15F.

① Media por sí mismo: B y Si pueden reducir el punto de fusión, promover el flujo de la piscina de fusión y reducir las partículas no derretidas.

② Alta dureza: CR y C forman carburos duros, como CR₇C₃, CR₃C₂, para mejorar la resistencia al desgaste.

③ Resistencia a la grieta: la matriz de Ni alivia el estrés térmico y evita el agrietamiento de la capa de revestimiento.

Requisitos del producto para el proceso de revestimiento de láser

1. El grosor de la capa de revestimiento es mayor o igual a 1.5 μm

2. La dureza de la capa de revestimiento es más de 38 hrc

* Producto físico (izquierda), dibujos técnicos (derecha)

Sistema de revestimiento láser

Laser: Laserline, modelo LDF 4000-30, longitud de onda 940-980NM.

Sistema de alimentación en polvo: alimentador de polvo GTV PF.

Cabeza de revestimiento: Fraunhofer IWS Cabeza de revestimiento coaxial, diámetro puntual de 3.5 mm.

Robot: Reis RV60-40 Robot + Tabla giratoria RDK-05, que puede realizar un control de trayectoria compleja.

Optimización de parámetros del proceso

· Lógica: maximice la altura y la dureza de la capa de revestimiento, minimice la profundidad de la fusión y la zona afectada térmica y evite el sobrecalentamiento y el ablandamiento del sustrato.

· Parámetros óptimos: potencia láser 1000W + tasa de alimentación en polvo 17.4 g/min, alta dureza (> 700 HV 1) y baja tasa de dilución (<10%).

* Parámetros del proceso de revestimiento

* Diagrama esquemático de la medición de la capa de revestimiento de un solo canal

Estrategia de revestimiento de múltiples capas múltiples

Planificación de ruta

Superficie plana (revestimiento A): ruta de exploración paralela, velocidad de superposición 50%, inclinación 10 ° para evitar la acumulación de polvo.

Superficie cilíndrica externa (revestimiento B): ruta de exploración espiral, control sincrónico de la tabla giratoria, inclinada 10 °.

Superficie cilíndrica interna (revestimiento C): 30 ° inclinado en el espacio confinado, ajuste el ángulo de alimentación en polvo para garantizar la estabilidad de la piscina fundida.

Control de la capa: 2 capas de revestimiento, espesor total de 2 mm, para evitar grietas causadas por múltiples ciclos térmicos.

Pretratamiento de matriz:

Pulido de superficie: pulido de papel de lija a RA <1.6 µm, retire la capa de óxido y la contaminación del aceite.

Limpieza: limpieza ultrasónica con isopropanol para garantizar que no hay residuos de aceite.

posprocesamiento

Giro: las superficies cilíndricas planas y externas se encienden los tornos CNC.

Molilla: use una máquina de molienda de orificio central para superficies cilíndricas planas y externas.

Fresado: fresado de superficies cilíndricas internas en una fresadora especial.

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Revestimiento láser: parámetros de proceso

El efecto del poder láser

La alta potencia conduce a la expansión de la piscina de fusión y la agravación de la fusión del cuerpo base, pero la tasa de dilución puede exceder el 20%, reduciendo la pureza de la composición del recubrimiento.

A) La altura de la capa de revestimiento, b) el ancho de la capa de revestimiento, c) la profundidad de la fusión, d) La profundidad de HAZ varía con la potencia del láser y la velocidad de alimentación en polvo

Tasa de dureza y dilución

① Cuando la potencia del láser es de 1000W y la velocidad de alimentación en polvo es de 10.4 g/min, la dureza alcanza el pico de 680 HV0.3. En este momento, la tasa de dilución es baja (~ 10%), y la proporción de fase dura (Cr₇c₃, Cr₃c₂) en el recubrimiento es alta.

② La alta tasa de dilución (> 20%) conduce a la infiltración del hierro de la matriz en el recubrimiento, formando una solución sólida FE-CR, lo que debilita el efecto del fortalecimiento de la fase dura.

* Influencia de los parámetros del proceso en la dureza y la tasa de dilución: a) Dureza, b) tasa de dilución

El efecto de la tasa de alimentación en polvo

La tasa de alimentación excesiva de polvo (> 17.4 g/min) conducirá a partículas más no derretidas y disminuirá la densidad del recubrimiento.

* Relación entre la velocidad de alimentación en polvo y la altura de revestimiento de un solo canal: cuando la potencia del láser es inferior a 1000W, la velocidad de alimentación en polvo aumenta y la altura del revestimiento aumenta logarítmicamente

Estrategia de revestimiento de múltiples capas

Con una tasa de superposición del 50% y dos capas de revestimiento, el grosor total es de 2 mm. Aunque la altura de una sola capa es limitada y las capas múltiples pueden cumplir con los requisitos de subsidio de mecanizado, la entrada térmica debe controlarse para evitar el ablandamiento de la matriz (profundidad de HAZ <200 μm).

* Espesor de recubrimiento de superficie: el grosor de recubrimiento del plano, la superficie cilíndrica exterior y la superficie cilíndrica interna es de 2 mm

* Defectos locales en la superficie del producto después del revestimiento: a) Puntos de inicio y finalización convexos y cóncavos del revestimiento de la superficie exterior, b) Fenómeno de adhesión en polvo en la superficie interna

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Procesamiento mecánico y análisis de defectos

mecanizado abrasivo

Calidad de la superficie: la rugosidad de la superficie RA = 0.272 μm después de la molienda, que cumple con los requisitos de las herramientas aeroespaciales RA <1.25 μm. No se encontraron grietas cuando la profundidad de molienda fue de 0,4 mm.

Ventajas: la molienda elimina el material a través de microcortes, evitando las cargas de impacto en recubrimientos de alta dureza (~ 750 HV1) y reduciendo el riesgo de agrietamiento.

Girar y molienda

Desgaste de la herramienta: al girar la superficie cilíndrica externa, el filo de la herramienta de aleación dura se agrietará después de cortar 0.3 mm. La razón es que la dureza del recubrimiento es alta, lo que resulta en un estrés cortante excesivo.

Defectos de la superficie: al fresar la superficie cilíndrica interna, las grietas locales aparecen en el recubrimiento. La razón principal está relacionada con el efecto de acoplamiento del estrés residual en la capa de revestimiento y la vibración de corte.

* El plano y la superficie cilíndrica exterior después de girar: grietas de recubrimiento y chips irregulares

* Desgaste de la herramienta: a) superficie cilíndrica externa después de girar, b) fractura del borde de la cuchilla de aleación dura

* Superficie cilíndrica externa pulida: rugosidad de la superficie mejorada, pero aún visible micro rasguños

* Surfro cilíndrica interna fresada: grieta local de recubrimiento, vibración de molienda y acción de acoplamiento de estrés residual

Sugerencias de parámetros de procesamiento

Giro: se requieren herramientas de dureza roja más alta como CBN o recubrimientos de diamantes, complementado con refrigerante para reducir el estrés térmico.

Fresado: reduzca el alimento por diente y use una estrategia de molienda de alta velocidad para suprimir la vibración.

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Análisis de microestructura y fase

Interfaz vinculación metalúrgica

SEM: No hay poros ni grietas en la interfaz entre la capa de revestimiento y el sustrato, que muestra la transición continua. El sustrato de acero de 40 hm forma martensita de placa debido al enfriamiento rápido, mientras que el área lejos de la interfaz es martensita templada.

Mecanismo de difusión: elementos de Ni y Cr en la piscina de fusión difusa de la matriz, formando una zona de difusión mutua de aproximadamente 5 μm de espesor, lo que mejora la resistencia al enlace interfacial.

* El sustrato y el recubrimiento están unidos metalúrgicamente, y no hay poros ni grietas en la interfaz

Microestructura: a) Martensita base, b) Crecimiento de dendritos en la zona de transición, c) Distribución de dendritas de recubrimiento y fase dura

* Distribución de dureza y transformación de fase de la matriz: la dureza de la zona de revestimiento es 754-762HV1, la dureza de la matriz cerca de la interfaz es 605HV1 (martensita), y la dureza del área lejana es 402HV1 (estructura templada)

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Resumen de aplicaciones de ingeniería

Sustitución de procesos

Para los productos limitados por regulaciones o alta precisión, se da prioridad al revestimiento láser y el reemplazo de recubrimiento de cromo. Los polvos adecuados se seleccionan para tener en cuenta la dureza y la resistencia a las grietas.

optimización de parámetros

① A través de la calibración experimental de un solo canal, la tasa de dilución se controla para que sea inferior al 10% para evitar el ablandamiento de la matriz.

② Cuando el revestimiento de múltiples capas, reserve el subsidio de molienda de 0.3-0.5 mm.

Prevención y control de defectos

Molienda del sustrato, eliminando a fondo las manchas de aceite de superficie, eliminando los poros; Polvo previo al secado en ambiente húmedo.

¡Esto es solo para su referencia!

* Nota: Comparación entre el revestimiento láser y el chapado tradicional de cromo

Revestimiento láser versus revestimiento de cromo: análisis comparativo
Parte 1: Principio de proceso e impacto ambiental
Dimensión	Chapado cromado tradicional	Revestimiento láser (LC)
Principio de proceso	Deposición electroquímica: CR³⁺ reducido al cromo metálico en solución de ácido crómico (espesor <1 mM).	Vinculación metalúrgica: el láser derrite el sustrato y el polvo metálico (p. Ej., Nicrbsi) para formar una capa unida por difusión (espesor ≤2 mm).
Impacto ambiental	Toxicidad: utiliza soluciones de Cr⁶⁺ cancerígenos. Residuos: se requiere neutralización/filtración compleja.	No tóxico: polvos de metal (por ejemplo, Nicrbsi). RESIDUOS LÍQUIDOS CERO: Utilización en polvo> 90%.
Restricciones regulatorias	La UE restringe el uso industrial.	Sin restricciones; Clasificado como tecnología de "remanufactura verde".

Revestimiento láser versus revestimiento de cromo: análisis comparativo
Parte 2: Rendimiento de recubrimiento y mecanismo de unión
Dimensión	Chapado cromado tradicional	Revestimiento láser (LC)
Mecanismo de unión	Enlace mecánico (adsorción física); propenso a la delaminación.	Unión metalúrgica con difusión elemental; Resistencia interfacial ≈ Material de sustrato.
Dureza y ropa	Dureza: 800–1000 HV (frágil). La resistencia al desgaste depende del grosor.	Dureza: 700–760 HV (Nicrbsi). Las fases CR₇C₃/CR₃C₂ mejoran la resistencia al desgaste.
Tipos de defectos	Abrasador (contaminación). Delaminación (estrés).	Porosidad (alimentación desigual de polvo). Microcracks (acumulación térmica; fijable a través de parámetros).

Revestimiento láser versus revestimiento de cromo: análisis comparativo
Parte 3: Flexibilidad de proceso y eficiencia de costo
Dimensión	Chapado cromado tradicional	Revestimiento láser (LC)
Compatibilidad del proceso	Limitado a la molienda; El giro/fresado causa pelado.	Compatible con la molienda/giro/fresado (herramientas optimizadas como CBN). Reparaciones repetibles.
Estructura de costos	Bajo costo por unidad de costos a granel (> 5 piezas), pero altos costos de tratamiento de residuos.	Sin tarifas de moho; Ideal para pequeños lotes.
Modos de falla	La delaminación expone sustrato.	Ropa localizada; reparaciones dirigidas posibles.

Revestimiento láser versus revestimiento de cromo: análisis comparativo
Parte 4: Escenarios de aplicación práctica
Guión	Chapado cromado tradicional	Revestimiento láser (LC)
Geometría simple	Adecuado para superficies planas (por ejemplo, planos de accesorios).	Alternativa ambientalmente preferida.
Geometría compleja	Limitado (por ejemplo, cavidades internas/brechas estrechas).	La planificación de la ruta robótica permite el revestimiento en superficies complejas.
Alta precisión	Tolerancia posterior a la ñata ± 0.01 mm, limitado por el grosor de recubrimiento.	Control de espesor (± 0.1 mm); Superficiado de mecanizado suficiente.
Entornos extremos	El recubrimiento falla a> 300 ° C (oxidación/delaminación).	Nicrbsi soporta ~ 800 ° C (por ejemplo, componentes del motor).

Tiempo del Pub : 2025-03-31 17:39:02 >> Lista de las noticias