高速激光熔覆将代替硬铬和电镀成为表面改性技术新工艺

如今，欧盟国家可能不允许在金属部件中使用硬铬，这需要另一种工艺来代替硬铬。经过，热喷涂具有很高的灵活性，但结果往往较差。德国亚琛取代镀硬铬的另一个很好的选择是Fraunhofer ILT由德国科学家开发的较新超高速激光熔覆设备Laserline公司提供。 在电厂或其他工业制造厂，机械设备的金属部件往往经历巨大的磨损，工艺参数和一般生产环境往往非常差，导致一些重要金属部件的腐蚀和磨损。为了应对这些情况，延长一些特别昂贵的生产设备的使用寿命， 这些设备的金属表面将涂上特殊的涂层。旋转部件、管道等功能部件的整个表面都有金属或陶瓷涂层。这增加了工件对热量、湿度、侵蚀性化学物质、金属碎屑和飞溅物的耐腐蚀性。常用的加工早期称为硬铬电镀。它是一种将工件浸入铬电解质中的电镀方法，因此被铬层覆盖。如果有不需要涂层的特殊部分，则在浸泡电解液溶液之前将其包裹起来，特别适用于大表面和大型部件。 虽然现阶段镀硬铬非常成功，但现在常用的三氧化铬(CrO3)， 又称六价铬(Cr6 )，欧盟**于2013年将其他含铬物质定义为对人体有害的物质，并列入《关于化学品注册、评估、许可和限制的法律法规》第14条，这一常常讨论到条例是用来规范附件里列入的“高度关注的物质”（SVHC）使用化学品。自2017年9月开始，这些物质只能在获得欧洲化学品总署特殊有限期认证后使用。自2017年9月以来，这些物质只能在获得欧洲化学品总署特殊有限认证后使用。获得这些认证的程序非常复杂，甚至在申请过程中也会遇到一些棘手的问题。

目前没有选择，只能找到替代方法，为任何使用上述技术的企业提供新技术。我们共同面临的问题是替代技术有限，技术可用，成本实惠。工业中使用的热喷涂辅助材料以粉末的形式使用，粉末被燃烧器和火焰熔化，并通过热气体喷射器喷射到所需涂层部件的表面。熔融材料通过机械粘合附着在表面。由于各种不同的材料可以用作涂层，这种方法的高灵活性的巨大优势得到了体现，该工艺的主要缺点是机械应力水平有限。这是由于基材与涂层材料的机械结合，与电镀工艺相比，粘结具有较少的负重力。因此，热喷涂产生的涂层磨损更快。此外，热喷涂还会产生多孔表面和材料层，容易破裂，初始方法往往无法修复。接下来的结果通常是部分透射层，不能等同于硬铬涂层。为了达到1-2%范围内的孔隙率，涂层厚度会增加，影响工艺成本。因此，相信热喷涂将较大限度地取代电镀。 高速激光熔覆是另一种选择 以粉末为材料，激光为热源，对未来有更好的预测。激光熔覆以涂料为粉末，通常为金属粉末。激光辐射熔化金属粉末和基底材料，产生冶金组合，熔化材料在稀释区域连接两钟。这些冶金粘结层比热喷涂层耐磨得多，甚至可以提高电镀涂层部件的耐磨性。此外，激光熔覆可产生无孔隙和裂缝的致密层，并增加了一些优点。但激光熔覆在工业中的应用成功案例有限，主要有两个原因。 首先，激光熔覆层的厚度限制在0.5mm或者更厚，结果是激光熔覆被排除在一些需要更薄涂层(石油和天然气、农业和电厂)的应用中。第二，激光熔覆速度(平方厘米/分钟)限制在10-50平方厘米/分钟，这是对超大小零件以米而不是厘米为单位的限制。与此同时，这一缺点被用于一些旋转应用Fraunhofer激光技术研究所 (ILT)消除掉了。在许多经过特殊升级的车床上进行的基使用Laserline LDF 4000-8，带光束转换器的二极管激光Inconel 625防腐层可快速应用，速度可达200米/分钟。这有助于将涂层厚度降低到200μm，涂层面积可同时增加到500cm2/ min。总之，超高速激光熔覆的专利工艺可达10-250μm厚度之间。成功的关键在于增加焦平面的强度。虽然标准激光熔覆使用2-3mm光斑尺寸甚至更大，但这种新方法是基于1mm光斑尺寸。 此外，还需要研究激光斑定位、粉末供应和气体保护。 传统的激光熔覆是熔化基体材料和粉末，然后在此基础上产生熔池——它们只在平面上熔化。超高速激光熔覆是将粉末颗粒加热到接近熔化温度，这不仅提高了速度，而且有助于降低涂层厚度。如图1所示，两个过程原理。粉末颗粒在高温下或多或少产生熔融颗粒，只需与基底熔池短暂接触即可产生所需的冶金组合。与传统工艺在熔池中熔化颗粒相比，这种方法提高了速度。相比之下，基材中的熔池所需能量要少得多。在某些情况下，使用等量粉末所需的激光功率可达20KW，高速激光熔化工艺只需2~4kW激光功率。因此，基于这一效率，减少购买资金的投入和运营成本，这一过程更加经济。较后，这种激光熔覆产生无孔涂层，表面粗糙度很低，涂覆后只需要一些小处理。 有了这种高速激光工艺，就有了比热喷涂工艺更好的选择，这也是较有可能取代镀硬铬的方案。 早在2016年，第一个客户项目就在那里ILT在开发专利技术的基础上，通过使用Laserline GmgH激光成功实现。由于该技术在世界各地引起了广泛的兴趣，许多合作伙伴正在开展更多的项目，高速激光熔化将越来越多地安装和投入行业。 虽然该工艺较初只适用于旋转部件涂层，但在不同形状的工件上建立更多的想法和方法来实现涂层。 Laserline和ILT因此，我们将从事更多的开发，并将超高速激光熔覆应用于更多的应用和目的。

ACunity()于2016年在德国亚琛成立Fraunhofer ILT位于亚琛工程谷光制造中心的产业化创新企业(弗劳恩霍夫激光技术研究所)。公司与德国本土激光技术、先进制造领域的高端企业建立紧密研发联盟，面向全球市场开展激光制造技术的研发、制造、咨询等服务；对细分行业进行评估，挖掘基于工业4.0智慧数字化生产在制造业中的潜在应用，促进亚琛与国内企业、高校及研究机构在共同研发、技术成果转化的全面合作。

2018年1月，ACunity亚琛联合科技（天津）成立于中国，作为天津经济技术开发区的重点项目，结合国内外优势，为企业提供激光制造产业化技术的全生产链解决方案。R&D团队由中德激光加工领域的专家和高端人才组成，并在中德设立了激光制造技术R&D中心和生产加工中心。已建成集激光加工、智能设备集成、工艺R&D为一体的国际R&D平台。专业领域包括激光熔覆、激光增材制造、激光修复、激光焊接、激光微纳加工、工业4.0智能制造应用技术及其建设规划。