Hierdie artikel bespreek die navorsingsvordering van laserbekledingstegnologie, wat die basiese beginsels van laserbekleding, materiaalkeuse, prosesparameterbeheer, toerustingkonfigurasie en industriële toepassing dek. Laserbekleding het groot toepassingsvooruitsigte om die oppervlakprestasie van materiale te verbeter as gevolg van sy klein hitte-geaffekteerde sone en hoë bindingssterkte. Die artikel skets die seleksiekriteria van laserbekledingsmateriale, die navorsings- en ontwikkelingstatus van metaal/keramiek/saamgestelde materiale, ontleed die optimaliseringstrategie van laser/skandering/gasbeskermingsparameters, bespreek die ontwikkelingsrigting van toerusting soos lasers/spuitpunte/beheer stelsels, en lys toepassingsvoorbeelde in lugvaart, motor, metallurgie en ander velde. Verdere innovasie van laserbekledingstegnologie en -toerusting sal die belangrike rol van hierdie tegnologie bevorder in die vermindering van lewensikluskoste en die verbetering van produkbetroubaarheid.

Laserbekledingstegnologie is 'n tegnologie wat hoëkraglaser as 'n hittebron gebruik om die bekledingsmateriaal te smelt en dit dan op die oppervlak van die bekledingsmateriaal neer te sit om 'n bekledingslaag te genereer. In vergelyking met tradisionele bekledingstegnologie, het laserbekleding die voordele van 'n klein hitte-geaffekteerde sone, hoë bindingsterkte en byna geen voorbehandeling van die bekledingsmateriaal nie, wat plaaslike presisieherstel kan bewerkstellig. Die laserbekledingslaag het 'n gradiëntstruktuur met die substraat, wat bevorderlik is om termiese spanning en oorblywende spanning te verminder en bindingsterkte te verbeter. Sedert die laserbekledingstegnologie in die 1960's voorgestel is, met die ontwikkeling van lasertegnologie en materiaalwetenskap, het dit 'n sleuteltegnologie geword wat wyd gebruik word in die veld van oppervlakingenieurswese.

In vergelyking met gasvlambekleding, het laserbekleding 'n nou hitte-geaffekteerde sone, klein oorblywende spanning en min termiese effek op die substraat. In vergelyking met plasmabespuiting, is die laserbekledingslaag stewig aan die substraat gesweis en het 'n hoë bindingssterkte. In vergelyking met elektronstraalbekleding, kan laserbekleding sonder vakuum bedryf word en is dit maklik om te outomatiseer. Oor die algemeen kombineer laserbekleding die voordele van hoë drywingsdigtheid, sterk kollimasie en hoë beheerbuigsaamheid van lasers tydens die bekledingsproses, wat dit duidelike voordele in materiaaloppervlakmodifikasie het.

Laserbekledingstegnologie kan 'n deklaag met spesifieke samestelling en eienskappe op die oppervlak van metaal- of nie-metaalmateriaal vorm, en unieke slytasieweerstand, korrosieweerstand, oksidasieweerstand, hoë temperatuurweerstand, moegheidsweerstand en ander multifunksies van die materiaaloppervlak bereik , wat die toepassingsreeks van die materiaal aansienlik uitbrei. Laserbekledingstegnologie is wyd gebruik in baie industriële velde soos lugvaart, motors, vorms, metallurgie, masjinerie, chemikalieë, fotovoltaïese, biomedisyne, ens., wat van groot belang is om produkprestasie en lewensduur te verbeter.

1 Navorsing oor laserbekledingsmateriaal

1.1 Seleksie en kenmerke van laserbekledingsmateriale
Die keuse van geskikte bekledingsmateriaal is van kardinale belang om hoëgehalte bekledingslae te verkry. Oor die algemeen word uitstekende laserabsorpsieprestasie vereis, en parameters soos die smeltpunt, digtheid, diffusiwiteit en oorblywende spanning van die materiaal word oorweeg. Algemeen gebruikte materiale sluit in metaalpoeiers (kobalt-gebaseerde, nikkel-gebaseerde, ens.), keramiekpoeiers (aluminiumoksied, silikonkarbied, ens.), en vooraf-gelegeerde verbindings of mengsels gemaak van bogenoemde materiale. Funksionele gradiëntmateriale kan ook met verskillende materiale ontwerp word.

Benewens goeie laserabsorpsieprestasie, moet bekledingsmateriaal ook 'n matige smeltpunt, hoë stabiliteit, goeie benatbaarheid en metallurgiese koppeling met die substraat hê. Metaalbekledingsmateriale kan goeie rekbaarheid en digtheid bied, terwyl keramiekbekledingsmateriaal hoë hardheid en chemiese stabiliteit het. Deur materiale rasioneel te kies, kan 'n saamgestelde bekledingslaag met veelvuldige eienskappe verkry word.

1.2 Funksies en werkverrigting van laserbekledingsmateriaal
Deur verskillende laserbekledingsmateriale te kies, kan uitstekende hardheid, slytasieweerstand, korrosiebestandheid, termiese moegheidsweerstand, oksidasieweerstand, hoë temperatuurweerstand, bioversoenbaarheid, ens verkry word, wat die oppervlak van die bekledingsmateriaal omvattende uitstekende werkverrigting gee. Die werkverrigting van die bekledingslaag is nou verwant aan faktore soos materiaalsamestelling en die grootte van die komponente, laserprosesparameters, ens. Byvoorbeeld, deur metaal-keramiek saamgestelde materiale soos WxC-NiCrBSi, 'n slytvaste bekledingslaag te kies met beide metaal rekbaarheid en hoë keramiek hardheid kan verkry word. Deur gebruik te maak van Inconel 718-legeringsbekledingsmateriaal, kan 'n hoë-temperatuur korrosiebestande en oksidasiebestande bekledingslaag verkry word. Boornitried bekledingsmateriaal kan baie hoë oppervlak hardheid verskaf. Titaanlegeringsbekledingsmateriaal kan uitstekende bioversoenbare bekledingslae verkry.

1.3 Navorsingstatus en ontwikkelingstendens van laserbekledingsmateriale
Die materiaalsamestelling van laserbekleding is 'n baie belangrike faktor wat die werkverrigting van bekledingslaag beïnvloed. Soos die toepassingsomgewing van ingenieursonderdele meer en meer kompleks en hard word, moet die deklaagfunksies meer en meer divers wees en die werkverrigting word beter en beter. Daarom kan 'n enkele laagmateriaal nie meer aan die toepassingsvereistes voldoen nie. Die saamgestelde bedekkingsmateriaal het 'n baie belangrike manier geword vir mense om hierdie probleem op te los.

Tans is die algemeen gebruikte formules van laserbekledingsmateriaal: selfvloeiende legeringsmateriale, karbieddispersie of saamgestelde materiale, saamgestelde keramiekmateriale, ens. Hierdie tipe materiaal het uitstekende slytasieweerstand, korrosiebestandheid, hoë temperatuurweerstand en ander eienskappe, en word wyd gebruik in metallurgie, mariene toerusting, lugvaart, kernkrag en ander velde. Daarom het die navorsing oor formules vir laserbekledingsmateriaal noukeurige aandag van vakkundiges by die huis en in die buiteland gekry.

Internasionaal is die navorsing oor tradisionele metaalbekledingsmateriale soos nikkel-, kobalt- en titanium-gebaseerde legerings relatief volwasse, en is tans verbind tot die ontwikkeling van hoë-temperatuur legerings en funksionele gradiënt materiale. Tradisionele keramiekbekledingsmateriale soos alumina en silikonnitried het relatief stabiele werkverrigting. Bestaande navorsing ondersoek hoë-temperatuur oksidasie-bestande keramiek samestellings. Daar is baie studies oor metaal-keramiek saamgestelde bekledingsmateriale, wat die voordele van metaaltaaiheid en keramiekhardheid inhou, en daar is ook pogings om bioaktiewe materiale in die mediese veld te gebruik. Tegnologies gevorderde lande soos Europa, die Verenigde State, Japan en Suid-Korea het vroeër navorsing oor laserbekledingstegnologie gedoen. Onder hulle het die Fraunhofer Instituut vir Lasertegnologie in Duitsland basiese navorsing gedoen oor laserbekleding van verskeie metaalmateriale soos titaniumlegerings, aluminiumlegerings, chroomlegerings, ens.; die Oakridge National Laboratory in die Verenigde State is daartoe verbind om doeltreffende en laekoste laserbekledingstelsels te ontwikkel; baie Japannese maatskappye, soos Sumitomo Heavy Industries en Mitsubishi Heavy Industries, is ook besig met die navorsing en ontwikkeling en vervaardiging van lasertoevoegingsvervaardigingstoerusting.

Tradisionele metaalbekledingsmateriaal word wyd in China gebruik. Sedert 2010 het navorsingsinstellings en universiteite soos Beijing Universiteit van Lugvaartkunde en Ruimtevaartkunde, Northwestern Polytechnical University en Shenyang Institute of Automation van die Chinese Akademie van Wetenskappe groot vordering gemaak in laserbekledingstegnologie. Tans is die fokus op industriële toepassings, en navorsing is gedoen oor die opknapping van vliegtuigenjinlemme, metaal-funksionele gradiëntmateriale, intermetaal-samegestelde bedekkings, ens., en sommige tegnologieë het die internasionale gevorderde vlak bereik. Plaaslike maatskappye soos Shenzhen Guangyun Laser ontwikkel ook geleidelik. Tans het die lokalisering van keramiekbekledingsmateriaal sekere vordering gemaak, maar daar is steeds 'n gaping van hoëprestasie-materiale; die navorsing oor saamgestelde bekledingsmateriale het laat begin en ontwikkel van simulasie tot onafhanklike ontwerp.

As ons na die toekoms kyk, ontwikkel laserbekledingsmateriaal tuis en in die buiteland van tradisioneel tot innoverend. Die navorsingsfokus ontwikkel van enkelmateriale tot saamgestelde materiale, veral metaal-keramiek saamgestelde materiale, om beter omvattende werkverrigting te verkry. Terselfdertyd word nuwe bekledingsmateriale wat geskik is vir spesiale omgewings ook ontwikkel, soos hoë-temperatuur oksidasiebestande legerings, bioversoenbare materiale, ens.

2 Navorsing oor laserbekledingsproses

2.1 Basiese beginsels van laserbekledingsproses
Laser bestraal die bekledingsmateriaal om 'n gesmelte poel te vorm. Die gesmelte bekledingsmateriaal dring deur kapillêre aksie in die oppervlak van die bekledingsmateriaal binne en stol dan vinnig om gesmelte binding tussen materiale te verkry. Die bekledingsproses kan in drie fases verdeel word: voorbehandeling, bekleding en nabehandeling. Die voorbehandeling sluit in die skoonmaak van die substraat en die verbetering van die oppervlak
grofheid. Die bekledingstadium is die sleutelstap in die vorming van die bekledingslaag. Nabehandeling sluit hittebehandeling in om oorblywende stres uit te skakel, ens.

2.2 Beïnvloedende faktore en optimeringsmetodes van laserbekledingsproses
Die belangrikste faktore wat die laserbekledingsproses beïnvloed, is laserparameters, skanderingspoed, spuitpuntparameters, gasbeskerming, ens. Die regulering en optimaliseringstrategie van laserbekledingsprosesparameters is die sleutel tot die verkryging van hoëgehaltebekledingslae. Vir die hoofprosesparameters het navorsers baie effektiewe aanpassings- en beheerstrategieë voorgestel. Byvoorbeeld, in terme van laserparameters, word 'n meer stabiele gesmelte swembadmorfologie verkry deur die laserkrag te optimaliseer. Die studie het bevind dat ooreenstemming met die lasergolflengte die laserabsorpsiedoeltreffendheid van spesifieke bekledingsmateriaal kan verbeter. In terme van skanderingtrajek, word die effekte van verskillende skanderingsmodusse op gesmelte poel vorming vergelyk, en die resultate toon dat ortogonale skandering beide skanderingsdoeltreffendheid en gesmelte poel stabiliteit in ag kan neem. Wat die beskerming van gasinspuiting betref, word effektiewe atmosfeerbeheer verkry deur gasvloei en druk te optimaliseer. In die algemeen is 'n relatief sistematiese laserbekleding proses parameter optimeringstrategie gevestig. Deur die gekoördineerde beheer van sleutelparameters soos laserstelsel, skanderingsmodus, gasbeskerming, ens., kan die bekledingsproses akkuraat aangepas word, en die bekledingskwaliteit en stabiliteit aansienlik verbeter word.

3 Navorsing oor laserbekledingstoerusting
Laserbekledingstoerusting verwys na spesiale toerusting wat gebruik word om laserbekledingstegnologie uit te voer. Dit sluit in laserbron, optiese stelsel, spuitstelsel, werkstukposisionering en -beweegstelsel, poeierspuittoestel, werkbank en beheerstelsel. As die sleuteltoerusting om die laserbekledingsproses te verwesenlik, beïnvloed die tegnologiese ontwikkeling van laserbekledingstoerusting die bekledingskwaliteit en prosesvermoë direk.

Algemene lasers sluit in CO2-lasers, vesellasers, halfgeleierlasers, ens. As die kernligbron van laserbekleding is die uitsetkrag, golflengtereeks, straalkwaliteit en werkingstabiliteit van die laser die sleutel tegniese aanwysers om die bekledingskwaliteit te verseker. In die toekoms sal die navorsing en ontwikkeling van lasers fokus op die verbetering van uitsetkrag, die verfyning van straalkwaliteit, die verbetering van werkstabiliteit en die uitbreiding van die golflengtereeks om aan die behoeftes van meer doeltreffende en verfynde laserbekledingsverwerking te voldoen.

Die spuitstelsel beïnvloed die vervoerdoeltreffendheid van die bekledingsmateriaal direk. Spuitkopoptimeringsontwerp, prosesaanlynmonitering en temperatuurveldbeheer is die sleuteltegnologieë van die toerusting. Nuwe toerusting soos nuwe skandeerkoppe en multi-laser-koppeling kom in 'n eindelose stroom na vore. Hierdie tegnologiese vooruitgang het die ontwikkeling van laserpresisiebekleding bevorder. In die toekoms sal die navorsing oor die spuitstelsel fokus op die optimaliseringsontwerp van die interne struktuur, die aanvaarding van hoë-temperatuur korrosiebestande materiale, en die ontwikkeling van vinnige multi-spuitpunt skakelmeganismes om die lewe en aanpasbaarheid van die spuitpunte, waardeur die benuttingsdoeltreffendheid van die bekledingsgrondstowwe effektief verbeter word.

Die intelligensievlak van die beheerstelsel hou verband met die stabiliteit en oppervlakkwaliteit van die bekleding. Die ontwikkelingsrigting van die beheerstelsel in die toekoms is om 'n intelligente geslote-lus beheermeganisme te bou, kunsmatige intelligensie-algoritmes vir parameteroptimalisering te integreer, die ontwerp van mens-rekenaar-interaksie-koppelvlakke te versterk, en digitale en intelligente funksies soos afstandmonitering en staatsvoorspelling, om presiese beheer en kwaliteitoptimalisering van die bekledingsproses te bewerkstellig.

Samevattend is die ontwikkelingsrigting van laserbekledingstoerusting om die laseruitsetkrag en stabiliteit te verbeter, presisie-spuitpuntbeheer te realiseer en intelligente beheerstelsels te ontwikkel om hoëgehalte-laserbekleding van komplekse vorms uit te voer. Die samewerkende innovasie en ontwikkeling van lasertegnologie, spuitstelsels en beheerstelsels sal die evolusie van laserbekledingstoerusting na hoë doeltreffendheid, stabiliteit en intelligensie bevorder om aan die toekomstige behoeftes van laserbekledingstoepassings met hoër omvattende werkverrigtingvereistes te voldoen.

4 Toepassings- en ontwikkelingsvooruitsigte van laserbekledingstegnologie in verskeie velde
As gevolg van sy presiese en doeltreffende eienskappe, het laserbekledingstegnologie groot toepassingsvoordele en ontwikkelingspotensiaal in lugvaart, motor, metallurgie en ander velde getoon. In die lugvaartgebied kan laserbekledingstegnologie toegepas word op die oppervlakversterking van belangrike komponente soos gasturbinelemme, spuitpunte en turbineskywe om hoë kwaliteit anti-slytasie en hoë-temperatuur korrosiebestande bedekkings te genereer, wat die diens aansienlik verbeter lewensduur van komponente. In vergelyking met tradisionele prosesse, het laserbekleding die kenmerke van 'n klein verwerking-hitte-geaffekteerde sone en 'n hoë bindingssterkte, wat baie geskik is vir die vervaardiging van presisie oppervlaktoevoegings en herstel van lugvaartkomponente. Die verdere ontwikkeling van hierdie tegnologie sal die onderhoudskoste in die lugvaartgebied aansienlik verminder.

Op die gebied van motorvervaardiging kan laserbekleding gebruik word om die oppervlakeienskappe van belangrike komponente soos enjinkleppe, verbindingsstawe, nokasse, ens. te versterk, en slytasieweerstand en korrosieweerstand te verbeter. Die lewensduur en betroubaarheid van sulke sleutelkomponente sal aansienlik verbeter word, wat sal help om die onderhoudsfrekwensie te verminder en die algehele lewensikluskoste van die voertuig te verminder.

Op die gebied van metallurgiese industrie kan laserbekledingstegnologie oppervlakherstel en beskerming, komponentherstel en hervervaardiging, oppervlaklegeringsbehandeling, vervaardiging van saamgestelde materiale, plaaslike modifikasiebehandeling en transformasie van tradisionele materiale bereik. Wat oppervlakherstel en beskerming betref, verhoog laserbekledingstegnologie die slytasie- en korrosiebestandheid van materiale en verleng die lewensduur van toerusting deur spesiale legerings op beskadigde oppervlaktes te beklee. Vir die herstel en hervervaardiging van sleutelkomponente kan laserbekledingstegnologie die oorspronklike struktuur en funksie herstel deur geskikte legeringsmateriale selektief te verhit en te beklee, en sodoende die hergebruik van komponente te realiseer. Oppervlaktelegeringsbehandeling maak gebruik van laserbekledingstegnologie om spesifieke legeringsmateriale op die oppervlak van metaalmateriale te beklee, waardeur die hardheid, slytasieweerstand en korrosiebestandheid van die materiale verbeter word en aan spesifieke prosesvereistes voldoen word. Die gebruik van laserbekledingstegnologie om saamgestelde materiale te vervaardig, kan die omvattende toepassing van verskillende eienskappe bereik deur verskillende poeiermateriale te beklee, en sodoende die toepassingsveld van metallurgiese materiale verbreed. Terselfdertyd kan laserbekledingstegnologie plaaslike modifikasiebehandelings bereik soos verharding, uitgloeiing en blus, wat pasgemaakte werkverrigting vir metallurgiese materiale verskaf. Daarbenewens kan die herstel en transformasie van tradisionele materiale ook bereik word deur laserbekledingstegnologie, wat die werkverrigting en lewensduur van materiale aansienlik verbeter deur 'n nuwe legeringslaag op die oppervlak van die materiaal te vorm.

Met die voortdurende volwassenheid van laserbekledingstegnologie en -toerusting, sal die toepassingsveld daarvan ook uitbrei na ander industriële velde soos petroleum, chemiese industrie, elektriese krag, spoorvervoer, ens., en die markvooruitsigte is breed. Die voortdurende innovasie van hierdie tegnologie sal die instandhoudingskoste van toerusting in verskeie industrieë aansienlik verminder en produksiedoeltreffendheid verbeter.

5 Gevolgtrekking

As 'n presiese en doeltreffende oppervlakmodifikasiemetode het laserbekledingstegnologie groot toepassingspotensiaal en ontwikkelingsvooruitsigte getoon. Die unieke voordele daarvan is klein hitte-geaffekteerde sone, hoë bindingssterkte, buigsame prosesbeheer, ens., wat presiese funksionele transformasie van materiaaloppervlak kan realiseer. Na dekades van ontwikkeling is laserbekledingstegnologie suksesvol toegepas in belangrike velde soos lugvaart, motor, metallurgie, ens., wat die lewensduur en betroubaarheid van kernkomponente aansienlik verbeter.

Met die verdere ontwikkeling van lasertegnologie en toerustingvervaardiging, staar laserbekledingstegnologie steeds uitdagings in die gesig om toerustingkoste verder te verminder, die verwesenliking van multi-laag komplekse struktuurbekleding en die uitbreiding van die omvang van toepassingsmateriaal. Die probleem van materiaalstelselpassing en stabiele en herhaalbare bekledingsgehaltebeheer moet ook voortdurend geoptimaliseer word. Die toepassingsvooruitsigte van hierdie tegnologie is egter baie wyd, insluitend die herstel van warmafdeling-komponente van lugvaartenjins, oppervlakverbetering van motorenjins en opknapping van hidrokragtoerusting. Laserbekledingstegnologie sal sekerlik 'n belangrike rol speel in die verbetering van produkbetroubaarheid en die vermindering van lewensikluskoste deur voortdurende innovasie van toerusting en prosesse.