レーザコーティング -新しいメッキの形

耐用年数が長く、細孔や亀裂のないコーティング – 高い表面品質 – 優れた耐久性

加工プロセス

レーザクラッディング(肉盛り溶接)はコーティング、材料積層を生成し、部分的にコーティング、肉盛り溶接層の寿命を延ばします。レーザクラッデング溶接は、ワイヤー肉盛り溶接と粉末肉盛り溶接のどちらでも対応可能です。レーザ光は加工対象物表面に溶融池を作り、同時にコーティング材料(ワイヤーまたは粉末)を送り、レーザによって一緒に溶融させます。加工時間は短く、わずかな変形の原因にしかならず、迅速に冷却工程が完了します。本加工は、冶金的に基本材料と結合するコーティングです。これは、溶射によって生成され、従来の硬質クロムメッキとは反対に健康を害さない、またこのクロムめっきよりも耐摩耗性のあるコーティングとなります。 

半導体レーザのプロセスの利点

半導体レーザのトップハットビームプロファイルは、細かく、細孔や亀裂のないコーティング、積層を作る特に均等な溶融池を作り出します。この積層後の後処理工程は最小限で済みます。独国Fraunhofer研究所 ILTによって開発されたーザー積溶接(EHLA)用の設備に組み込んだ場合、当社の半導体レーザはこれまで硬質クロムめっきでしか実現できなかった非常に薄いコーティングの生成を可能にしています。

長所一覧

  • レーザの照射時間および溶け込み深さが少ない
  • コーティング材料と基本材料の冶金的結合
  • 溶射よりも耐性のあるコーティング、積層 
  • 高い表面品質とわずかな変形、後処理工程はほとんど不要
  • 短い加工時間、高いエネルギー効率 

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応用例

穴あけ工具

油田および天然ガス田の開発は、高出力の穴あけ工具が前提になります。これら穴あけ工具には大きな負荷がかかっており、摩耗防止措置がなければ長い耐用年数は得られません。この理由により、以前から特殊コーティングがスタンダードであり、これはレーザ肉盛り溶接によって生成されることが多くなっています。レーザーラインLDM/LDF半導体レーザ はこの用途で優れた成果を収めています。優れた粘着、高い正確性、細孔がほとんどない、硬化率が高い、変形がわずかでありながら制限された亀裂の発生がほとんどありません。表面に追加のメカニカルな後工程処理は必要ありません。それに対し、従来のプラズマパウダー肉盛り溶接のような表面硬化手順は、十分な耐久性が得られません。

石油生産業、鉱業、鉄鋼業、製紙業のお客様のために、Technolgeniaはレーザーライン半導体レーザを使用して、特殊な炭化タングステンパウダーでコンポーネントをコーティングしています。 

農業機械用途

鋸刃、ディスクハローまたはカウンター刃を摩耗および腐食から保護する典型的なカーバイド層は、半導体レーザを使うことによって最適に加工されます。安定した溶融池は汚れを残さず、表面への均等な熱作用により、変形の恐れもありません。セメンタイト層も、タングステンカーバイドまたはクロムカーバイドの層と同様に可能です。

Einer wachsender Markt für die Laserbeschichtung sind Hydraulikzylinder von technischen Einrichtungen  in Bergwerken, beispielsweise in der Kohlegewinnung. Die Beschichtung der Zylinder korrodiert unter der lokalen Atmosphäre sehr schnell, was zu Undichtigkeiten führt. Damit wird ein Austausch oder eine neue Beschichtung notwendig. Diese erfolgte bisher oft mittels verchromen. Diese Schichten werden zunehmend durch Laserbeschichtungen ersetzt, da diese länger halten. Die konkrete Steigerung der Haltbarkeit kann noch nicht beziffert werden. Die bisherigen Ergebnisse lassen aber auf eine Verbesserung der Standzeiten von mehr als 100%  schließen.

Die Hauptmotivation ist der Schutz vor hoch korrosiven Gasen oder Flüssigkeiten, die mit dem metallenen Wärmetauscher in Berührung kommen und seine Lebensdauer negativ beeinflussen. Hier kommen z.B. Nickel-Legierungen mit geringer Härte zum Einsatz. Diese erzeugen wenig Probleme durch Rissbildung und können in einer Schicht von bis zu 1 mm Dicke aufgebracht werden.  Sie bewirken einen hohen Verschleißschutz gegen die korrosiven Medien selbst bei hohen Temperaturen. Ein 6 kW Diodenlaser kann in solchen Anwendungsfällen bis zu 100 m² auf einem Teil in sehr akzeptablen Bearbeitungszeiten beschichten. Auftragsraten von über 8 kg/h sind so möglich.

硬質クロムめっきの代替え技術 -高速レーザクラッディング(肉盛り溶接)

これまで最も多く使用され、成果を収めていた硬質クロムめっきがEUで禁止される可能性が議論されて以来、業界ではこのクロムめっきの代替え方法を求めています。レーザベースの肉盛り溶接は、これまでほとんど土俵にのっていないように思われます。なぜならこのレーザによるプロセスは処理速度が遅すぎ、充分に薄いコーティングが可能でなかったためです。しかし、Fraunhofer研究所 Institut für Lasertechnik(ILT)では、特許を取得した代替え方法を開発しました。わずかなコーティングの厚さ、従来の肉盛り溶接よりも少ないレーザ出力でありながら、高い処理速度を可能にした超高速レーザクラッディング(EHLA)です。この方法は、最初は回転対称のコンポーネントのコーティング用としてのみ定着していましたが、他のコンポーネントのコーティングにも適用される見込みです。レーザーライン半導体レーザは、高速肉盛り溶接分野に効果的に導入されるのです。