Este artigo revisa o progreso da investigación da tecnoloxía de revestimento con láser, abranguendo os principios básicos do revestimento con láser, selección de materiais, control de parámetros de proceso, configuración de equipos e aplicación industrial. O revestimento con láser ten grandes perspectivas de aplicación para mellorar o rendemento superficial dos materiais debido á súa pequena zona afectada pola calor e á súa alta forza de unión. O artigo describe os criterios de selección de materiais de revestimento con láser, o estado de investigación e desenvolvemento de materiais metálicos/cerámicos/compostos, analiza a estratexia de optimización dos parámetros de protección con láser/escaneo/gas, analiza a dirección de desenvolvemento de equipos como láseres/boquillas/control. sistemas, e enumera exemplos de aplicación en aeroespacial, automóbil, metalurxia e outros campos. A nova innovación da tecnoloxía e dos equipos de revestimento con láser promoverá o importante papel desta tecnoloxía na redución dos custos do ciclo de vida e na mellora da fiabilidade do produto.

A tecnoloxía de revestimento con láser é unha tecnoloxía que utiliza un láser de alta potencia como fonte de calor para fundir o material de revestimento e despois depositalo na superficie do material de revestimento para xerar unha capa de revestimento. En comparación coa tecnoloxía tradicional de revestimento, o revestimento con láser ten as vantaxes dunha pequena zona afectada pola calor, unha alta forza de unión e case ningún pretratamento do material de revestimento, o que pode lograr unha reparación de precisión local. A capa de revestimento con láser ten unha estrutura en gradiente co substrato, o que favorece a redución do estrés térmico e o estrés residual e mellora a forza de unión. Desde que a tecnoloxía de revestimento láser foi proposta na década de 1960, co desenvolvemento da tecnoloxía láser e da ciencia dos materiais, converteuse nunha tecnoloxía clave amplamente utilizada no campo da enxeñaría de superficies.

En comparación co revestimento do facho de gas, o revestimento con láser ten unha zona estreita afectada pola calor, pequeno estrés residual e pouco efecto térmico sobre o substrato. En comparación coa pulverización de plasma, a capa de revestimento con láser está firmemente soldada ao substrato e ten unha alta forza de unión. En comparación co revestimento de feixe de electróns, o revestimento láser pódese operar sen baleiro e é fácil de automatizar. En xeral, o revestimento con láser combina as vantaxes da alta densidade de potencia, a forte colimación e a alta flexibilidade de control dos láseres durante o proceso de revestimento, o que fai que teña vantaxes obvias na modificación da superficie do material.

A tecnoloxía de revestimento con láser pode formar un revestimento con composición e propiedades específicas na superficie de materiais metálicos ou non metálicos e conseguir unha resistencia única ao desgaste, resistencia á corrosión, resistencia á oxidación, resistencia a altas temperaturas, resistencia á fatiga e outras funcións múltiples da superficie do material. , o que amplía moito o rango de aplicación do material. A tecnoloxía de revestimento con láser foi amplamente utilizada en moitos campos industriais, como aeroespacial, automóbiles, moldes, metalurxia, maquinaria, produtos químicos, fotovoltaica, biomedicina, etc., o que é de gran importancia para mellorar o rendemento e a vida útil do produto.

1 Investigación sobre materiais de revestimento láser

1.1 Selección e características dos materiais de revestimento con láser
A selección de materiais de revestimento axeitados é fundamental para obter capas de revestimento de alta calidade. En xeral, requírese un excelente rendemento de absorción do láser e considéranse parámetros como o punto de fusión, a densidade, a difusividade e a tensión residual do material. Os materiais de uso habitual inclúen os po metálicos (a base de cobalto, a base de níquel, etc.), os po cerámicos (óxido de aluminio, carburo de silicio, etc.) e os compostos prealiados ou mesturas dos materiais anteriores. Os materiais de gradiente funcionais tamén se poden deseñar utilizando diferentes materiais.

Ademais do bo rendemento de absorción do láser, os materiais de revestimento tamén deben ter un punto de fusión moderado, alta estabilidade, boa mollabilidade e acoplamento metalúrxico co substrato. Os materiais de revestimento metálico poden proporcionar unha boa ductilidade e densidade, mentres que os materiais de revestimento cerámicos teñen unha alta dureza e estabilidade química. Ao seleccionar racionalmente os materiais, pódese obter unha capa de revestimento composta con múltiples propiedades.

1.2 Funcións e rendemento dos materiais de revestimento con láser
Ao seleccionar diferentes materiais de revestimento con láser pódese obter unha excelente dureza, resistencia ao desgaste, resistencia á corrosión, resistencia á fatiga térmica, resistencia á oxidación, resistencia a altas temperaturas, biocompatibilidade, etc. O rendemento da capa de revestimento está estreitamente relacionado con factores como a composición do material e a magnitude dos compoñentes, os parámetros do proceso con láser, etc. Por exemplo, seleccionando materiais compostos metal-cerámicos como WxC-NiCrBSi, unha capa de revestimento resistente ao desgaste. pódese obter tanto con ductilidade metálica como con alta dureza cerámica. Usando materiais de revestimento de aliaxe Inconel 718, pódese obter unha capa de revestimento resistente á corrosión e á oxidación a altas temperaturas. Os materiais de revestimento de nitruro de boro poden proporcionar unha dureza superficial moi elevada. Os materiais de revestimento de aliaxe de titanio poden obter excelentes capas de revestimento biocompatibles.

1.3 Estado da investigación e tendencia de desenvolvemento de materiais de revestimento con láser
A composición do material do revestimento láser é un factor moi importante que afecta o rendemento dos revestimentos de revestimento. A medida que o ambiente de aplicación das pezas de enxeñería se fai cada vez máis complexo e duro, as funcións de revestimento deben ser cada vez máis diversas e o rendemento é cada vez mellor. Polo tanto, un só material de revestimento xa non pode cumprir os requisitos de aplicación. O composto de materiais de revestimento converteuse nunha forma moi importante para que as persoas resolvan este problema.

Na actualidade, as fórmulas de material de revestimento con láser de uso común son: materiais de aliaxe autofluxante, dispersión de carburos ou materiais compostos, materiais cerámicos compostos, etc. Este tipo de material ten unha excelente resistencia ao desgaste, resistencia á corrosión, resistencia a altas temperaturas e outras propiedades, e é amplamente utilizado na metalurxia, equipos mariños, aeroespacial, enerxía nuclear e outros campos. Polo tanto, a investigación sobre fórmulas de materiais de revestimento con láser recibiu moita atención por parte dos estudosos nacionais e estranxeiros.

A nivel internacional, a investigación sobre materiais tradicionais de revestimento metálico, como aliaxes a base de níquel, cobalto e titanio, está relativamente madura, e actualmente está comprometida co desenvolvemento de aliaxes de alta temperatura e materiais de gradiente funcionais. Os materiais de revestimento cerámicos tradicionais como a alúmina e o nitruro de silicio teñen un rendemento relativamente estable. A investigación existente explora os compostos cerámicos resistentes á oxidación a altas temperaturas. Existen moitos estudos sobre materiais de revestimento compostos de metal-cerámica, que teñen as vantaxes da dureza do metal e da dureza cerámica, e tamén hai intentos de utilizar materiais bioactivos no campo médico. Os países tecnoloxicamente avanzados como Europa, Estados Unidos, Xapón e Corea do Sur realizaron investigacións sobre tecnoloxía de revestimento con láser anteriormente. Entre eles, o Instituto Fraunhofer de Tecnoloxía Láser de Alemaña realizou investigacións básicas sobre revestimentos con láser de diversos materiais metálicos como aliaxes de titanio, aliaxes de aluminio, aliaxes de cromo, etc.; o Laboratorio Nacional de Oakridge, nos Estados Unidos, aposta por desenvolver sistemas de revestimento láser eficientes e de baixo custo; moitas empresas xaponesas, como Sumitomo Heavy Industries e Mitsubishi Heavy Industries, tamén se dedican á investigación, desenvolvemento e produción de equipos de fabricación aditiva con láser.

Os materiais tradicionais de revestimento metálico son amplamente utilizados en China. Desde 2010, institucións de investigación e universidades como a Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Pequín, a Universidade Politécnica do Noroeste e o Instituto de Automatización de Shenyang da Academia Chinesa de Ciencias fixeron grandes avances na tecnoloxía de revestimento láser. Na actualidade, o foco céntrase nas aplicacións industriais e realizouse investigacións sobre a renovación de palas de motores de avións, materiais de gradiente funcionais metálicos, revestimentos de compostos intermetálicos, etc., e algunhas tecnoloxías alcanzaron un nivel avanzado internacional. As empresas locais como Shenzhen Guangyun Laser tamén están a desenvolverse de forma constante. Na actualidade, a localización de materiais de revestimento cerámico avanzou certos, pero aínda hai unha brecha dos materiais de alto rendemento; a investigación sobre materiais de revestimento compostos comezou tarde e estase desenvolvendo desde a simulación ata o deseño independente.

Mirando cara ao futuro, os materiais de revestimento con láser na casa e no estranxeiro están a pasar de tradicionais a innovadores. O foco da investigación está a desenvolverse desde materiais únicos ata materiais compostos, especialmente materiais compostos metal-cerámicos, para obter un mellor rendemento integral. Ao mesmo tempo, tamén se están a desenvolver novos materiais de revestimento axeitados para ambientes especiais, como aliaxes resistentes á oxidación a altas temperaturas, materiais biocompatibles, etc.

2 Investigación sobre o proceso de revestimento láser

2.1 Principios básicos do proceso de revestimento láser
O láser irradia o material de revestimento para formar unha piscina fundida. O material de revestimento fundido penetra na superficie do material de revestimento a través da acción capilar e, a continuación, solidifícase rapidamente para lograr a unión fundida entre os materiais. O proceso de revestimento pódese dividir en tres etapas: pretratamento, revestimento e post-tratamento. O pretratamento inclúe a limpeza do substrato e a mellora da superficie
rugosidade. A etapa de revestimento é o paso clave para formar a capa de revestimento. O post-tratamento inclúe o tratamento térmico para eliminar o estrés residual, etc.

2.2 Factores que inflúen e métodos de optimización do proceso de revestimento láser
Os principais factores que inflúen no proceso de revestimento con láser son os parámetros do láser, a velocidade de dixitalización, os parámetros da boquilla, a protección do gas, etc. A estratexia de regulación e optimización dos parámetros do proceso de revestimento con láser é a clave para obter capas de revestimento de alta calidade. Para os principais parámetros do proceso, os investigadores propuxeron moitas estratexias eficaces de axuste e control. Por exemplo, en termos de parámetros do láser, obtense unha morfoloxía de piscina fundida máis estable optimizando a potencia do láser. O estudo descubriu que igualar a lonxitude de onda do láser pode mellorar a eficiencia de absorción do láser de materiais de revestimento específicos. En canto á traxectoria de exploración, compáranse os efectos de diferentes modos de exploración na formación de piscinas fundidas e os resultados mostran que a exploración ortogonal pode ter en conta tanto a eficiencia da exploración como a estabilidade da piscina fundida. En canto á protección contra a inxección de gas, conséguese un control efectivo da atmosfera optimizando o fluxo e a presión do gas. En xeral, estableceuse unha estratexia de optimización de parámetros do proceso de revestimento con láser relativamente sistemática. A través do control coordinado de parámetros clave como o sistema láser, o modo de dixitalización, a protección de gas, etc., o proceso de revestimento pódese axustar con precisión e mellorar significativamente a calidade e a estabilidade do revestimento.

3 Investigación sobre equipos de revestimento láser
Os equipos de revestimento con láser refírese a equipos especiais utilizados para realizar a tecnoloxía de revestimento con láser. Inclúe fonte láser, sistema óptico, sistema de pulverización, sistema de posicionamento e movemento da peza, dispositivo de pulverización de po, banco de traballo e sistema de control. Como o equipo clave para realizar o proceso de revestimento con láser, o desenvolvemento tecnolóxico dos equipos de revestimento con láser afecta directamente a calidade do revestimento e a capacidade do proceso.

Os láseres comúns inclúen láseres CO2, láseres de fibra, láseres semicondutores, etc. Como fonte de luz central do revestimento láser, a potencia de saída, o rango de lonxitude de onda, a calidade do feixe e a estabilidade de funcionamento do láser son os principais indicadores técnicos para garantir a calidade do revestimento. No futuro, a investigación e o desenvolvemento de láseres centraranse na mellora da potencia de saída, o refinamento da calidade do feixe, a mellora da estabilidade de traballo e a ampliación do rango de lonxitude de onda para satisfacer as necesidades dun procesamento de revestimento láser máis eficiente e refinado.

O sistema de pulverización afecta directamente a eficiencia de transporte do material de revestimento. O deseño de optimización de toberas, o seguimento en liña do proceso e o control do campo da temperatura son as tecnoloxías fundamentais do equipo. Novos equipos, como novos cabezales de dixitalización e acoplamento multiláser, están a xurdir nun fluxo interminable. Estes avances tecnolóxicos impulsaron o desenvolvemento do revestimento de precisión con láser. No futuro, a investigación sobre o sistema de pulverización centrarase na optimización do deseño da estrutura interna, na adopción de materiais resistentes á corrosión a altas temperaturas e no desenvolvemento de mecanismos rápidos de conmutación de varias boquillas para mellorar a vida útil e a adaptabilidade do sistema de pulverización. boquillas, mellorando así eficazmente a eficiencia de utilización das materias primas de revestimento.

O nivel de intelixencia do sistema de control está relacionado coa estabilidade e a calidade superficial do revestimento. A dirección de desenvolvemento do sistema de control no futuro é construír un mecanismo de control de lazo pechado intelixente, integrar algoritmos de intelixencia artificial para a optimización de parámetros, reforzar o deseño de interfaces de interacción humano-computadora e realizar funcións dixitais e intelixentes como o seguimento remoto e predición do estado, para conseguir un control preciso e unha optimización da calidade do proceso de revestimento.

En resumo, a dirección de desenvolvemento dos equipos de revestimento con láser é mellorar a potencia de saída e estabilidade do láser, realizar un control de boquilla de precisión e desenvolver sistemas de control intelixentes para realizar revestimentos con láser de alta calidade de formas complexas. A innovación colaborativa e o desenvolvemento de tecnoloxía láser, sistemas de pulverización e sistemas de control promoverán a evolución dos equipos de revestimento láser cara a unha alta eficiencia, estabilidade e intelixencia para satisfacer as futuras necesidades de aplicacións de revestimento láser con requisitos de rendemento completos máis elevados.

4 Perspectivas de aplicación e desenvolvemento da tecnoloxía de revestimento láser en varios campos
Debido ás súas características precisas e eficientes, a tecnoloxía de revestimento con láser mostrou grandes vantaxes de aplicación e potencial de desenvolvemento en aeroespacial, automóbil, metalurxia e outros campos. No campo aeroespacial, a tecnoloxía de revestimento con láser pódese aplicar ao reforzo da superficie de compoñentes importantes como as palas de turbinas de gas, boquillas e discos de turbinas para xerar revestimentos de alta calidade antidesgaste e resistentes á corrosión a altas temperaturas, o que mellora significativamente o servizo. vida útil dos compoñentes. En comparación cos procesos tradicionais, o revestimento con láser ten as características de pequena zona afectada por calor de procesamento e alta resistencia de unión, que é moi axeitado para a fabricación de aditivos de superficie de precisión e reparación de compoñentes de aviación. O maior desenvolvemento desta tecnoloxía reducirá moito o custo de mantemento no campo aeroespacial.

No campo da fabricación de automóbiles, o revestimento con láser pódese usar para reforzar as propiedades da superficie de compoñentes importantes, como válvulas do motor, bielas, árbores de levas, etc., e mellorar a resistencia ao desgaste e á corrosión. A vida útil e a fiabilidade destes compoñentes clave mellorarase significativamente, o que axudará a reducir a frecuencia de mantemento e reducirá o custo do ciclo de vida global do vehículo.

No campo da industria metalúrxica, a tecnoloxía de revestimento con láser pode lograr reparación e protección da superficie, reparación e remanufacturación de compoñentes, tratamento de aliaxes de superficie, fabricación de materiais compostos, tratamento de modificación local e transformación de materiais tradicionais. En canto á reparación e protección da superficie, a tecnoloxía de revestimento con láser aumenta a resistencia ao desgaste e á corrosión dos materiais e amplía a vida útil dos equipos revestindo aliaxes especiais en superficies danadas. Para a reparación e remanufacturación de compoñentes clave, a tecnoloxía de revestimento con láser pode restaurar a estrutura e a función orixinais quentando e revestindo selectivamente materiais de aliaxe axeitados, logrando así a reutilización dos compoñentes. O tratamento de aliaxes de superficie utiliza tecnoloxía de revestimento con láser para revestir materiais de aliaxe específicos na superficie de materiais metálicos, mellorando así a dureza, a resistencia ao desgaste e a resistencia á corrosión dos materiais e cumprindo os requisitos específicos do proceso. O uso da tecnoloxía de revestimento con láser para fabricar materiais compostos pode lograr a aplicación integral de diferentes características revestindo diferentes materiais en po, ampliando así o campo de aplicación dos materiais metalúrxicos. Ao mesmo tempo, a tecnoloxía de revestimento con láser pode lograr tratamentos de modificación local como o endurecemento, o recocido e o enfriamento, proporcionando un rendemento personalizado para materiais metalúrxicos. Ademais, a reparación e transformación de materiais tradicionais tamén se pode conseguir mediante a tecnoloxía de revestimento con láser, que mellora significativamente o rendemento e a vida útil dos materiais formando unha nova capa de aliaxe na superficie do material.

Coa madurez continua da tecnoloxía e equipos de revestimento con láser, o seu campo de aplicación tamén se expandirá a outros campos industriais como o petróleo, a industria química, a enerxía eléctrica, o transporte ferroviario, etc., e as perspectivas do mercado son amplas. A innovación continua desta tecnoloxía reducirá significativamente os custos de mantemento dos equipos en varias industrias e mellorará a eficiencia da produción.

5 Conclusión

Como método de modificación da superficie preciso e eficiente, a tecnoloxía de revestimento con láser mostrou un gran potencial de aplicación e perspectivas de desenvolvemento. As súas vantaxes únicas son a pequena zona afectada pola calor, a alta resistencia de unión, o control flexible do proceso, etc., que poden realizar unha transformación funcional precisa da superficie do material. Despois de décadas de desenvolvemento, a tecnoloxía de revestimento láser aplicouse con éxito en importantes campos como o aeroespacial, o automóbil, a metalurxia, etc., mellorando moito a vida útil e a fiabilidade dos compoñentes básicos.

Co desenvolvemento da tecnoloxía láser e da fabricación de equipos, a tecnoloxía de revestimento láser aínda ten retos para reducir aínda máis os custos dos equipos, realizar un revestimento de estruturas complexas multicapa e ampliar o alcance dos materiais de aplicación. O problema da coincidencia do sistema de materiais e do control de calidade do revestimento estable e repetible tamén debe optimizarse continuamente. Non obstante, as perspectivas de aplicación desta tecnoloxía son moi amplas, incluíndo a reparación de compoñentes de sección quente dos motores de aviación, a mellora da superficie dos motores dos automóbiles e a renovación de equipos hidroeléctricos. A tecnoloxía de revestimento con láser seguramente desempeñará un papel importante na mellora da fiabilidade do produto e na redución dos custos do ciclo de vida mediante a innovación continua de equipos e procesos.