新興の表面処理技術であるレーザークラッディング技術では、クラッディングプロセス中に必然的に欠陥が発生します。これらの欠陥の出現と拡大は、レーザークラッディング技術のさらなる発展を制限します。本稿では、クラッディングプロセス中の亀裂と気孔形成のコアメカニズムを紹介します。 レーザークラッディングプロセスパラメータの最適化、基板の予熱と後処理、元素添加、補助プロセスの適用など、欠陥を抑制するためのさまざまな対策をまとめており、今後のレーザークラッディング技術のさらなる発展と応用のための理論的参考資料となっています。

レーザークラッディング技術は表面改質および加工技術である[1-3]。高エネルギーレーザービームを使用して金属基板上に溶融池を形成し、クラッディング粉末をさまざまな添加方法で基板上に配置して溶融します。急速凝固後、クラッディング材料は基板と冶金結合を形成します[4]。電気メッキ、溶射、電気火花加工、レーザー切断などの他の表面改質技術と比較して、レーザークラッディングは、基板の熱変形が小さい、熱影響部が狭い、溶融池の冷却速度が速いなどの利点があり[5]、その応用シナリオは非常に広い。航空宇宙分野では、過酷な作業環境のため、航空機エンジンのブレードはさまざまな衝撃を受けることがよくあります。高品質のコーティングを得て、航空機エンジンブレードの鋳造欠陥を修復するために、Kong Fanliら[6]は、Y2O3の含有量を変更することにより、航空機エンジンブレードのレーザークラッディング修復を実施しました。 Y2O3の含有量が1.5wt％のときに、修復効果が最も高かったことがわかりました。トンネル掘削では、TBM切削機が岩盤と直接接触するため、摩耗が非常に大きくなります。表面強化処理によりカッターリングの耐摩耗性を向上させ、耐用年数を延ばすために、Huら[7]は熱処理後に5Cr5MoSiV1トンネル掘削機のカッターリングにレーザークラッディングを施しました。この研究では、クラッディング後のコーティングの耐摩耗性が7Cr5MoSiV5の1倍であることがわかりました。これにより、カッターリングの耐摩耗性が大幅に向上しました。圧延機業界では、Li Yunら[8]がレーザークラッディング技術を使用してFeベースのコーティングを準備し、圧延機を修理しながら耐用年数を延ばすこともできることを発見しました。工作機械の再製造において、鍵となるのは損傷したスピンドルを再製造することです。Han Yuyongら[9]は、機械工具の再製造において、損傷したスピンドルを再製造する方法を開発しました。 [45]は、使用中の1鋼旋盤スピンドルにレーザークラッディング実験を行った（図XNUMX）。プラズマ溶射と酸素アセチレン炎溶射の修復層の表面品質を比較することで、レーザークラッディングが旋盤スピンドルの再製造に最も適した方法であることがわかりました。また、レーザークラッディング技術は、自動車エンジンバルブの製造、圧延機ガイドプレートの製造など、自動車産業や金型産業で広く使用されています。

それに応じて、レーザークラッディング技術の基礎理論、装置開発、プロセス最適化、および産業応用に関する研究が広範に行われています。多くの研究の中で、クラッディング品質は常に研究者にとって重要な関心事です。マクロ品質評価は、クラッディング層の品質を判断する基準の10つです。マクロ品質とは、クラッディング層の表面が滑らかで、表面に亀裂や気孔などの欠陥がないことを意味します[XNUMX]。そのため、クラッディング欠陥の研究は常に国内外の研究者から大きな注目を集めています。クラッディングプロセス全体に影響を及ぼす要因は多数あります。レーザークラッディングの独特の急速加熱および凝固特性により、必然的に特定の欠陥が発生することがよくあります。欠陥の形成メカニズムと抑制対策を研究することは、レーザークラッディング技術の最適化にとって非常に重要です。一般的なクラッディング欠陥には、亀裂、気孔、未溶融、固体介在物などがあります。この記事では、亀裂や気孔などの一般的なクラッディング欠陥の形成メカニズムの分析に焦点を当て、さまざまな観点から欠陥を抑制する対策をまとめています。レーザークラッディング技術の将来の研究と応用に一定の理論的参考資料を提供します。

1 レーザークラッディングの割れ発生メカニズムと抑制対策

1.1 亀裂形成メカニズム

レーザークラッディングは、急速加熱と急速冷却のプロセスです。加熱と冷却の両方で亀裂が発生する可能性があります[11]。また、基板材料とクラッド材料の性能は大きく異なるため、クラッド層内およびクラッド層と基板の間に残留応力が生じます。残留応力がクラッド層の引張強度よりも大きい場合、応力集中が発生しやすく、クラッド層の亀裂が発生します[12]（図2を参照）。残留応力は、熱応力、構造応力、拘束応力に分けられます[13]。熱応力は亀裂形成の主な要因です[14]。計算式は次のとおりです。図の式（1）を参照

ここで、Δは熱応力、E1はクラッド層の弾性率、E2は基板の弾性率、ΔТは処理温度と室温の差、μはポアソン比、α1とα2はそれぞれクラッド層と基板層の熱膨張係数、h2は基板の厚さである。

この式から、α1 ≥ α2 の場合、クラッド層は引張応力を受け、ひび割れ感受性が増加し、α1 < α2 の場合、ひび割れ感受性が低下することがわかります。

Huang Zhe ら [18] は可変パラメータレーザークラッディングを行って GH3536 コーティングを作製したところ、亀裂が発生した。分析の結果、レーザークラッディング層のオーステナイト粒界に多数の小さな穴があることが判明した。穴同士の距離が近いと亀裂が発生しやすく、同じ領域で同じ方向にある小さな亀裂がつながって拡大し、図 3 (a) に示すようにマイクロクラックを形成する。さらに、レーザークラッディングの独特の急速凝固特性により、凝固プロセス中に異なるデンドライト構造が交差点で応力集中を生じ、図 3 (b) に示すように亀裂源が発生する。亀裂がデンドライトの成長方向に沿って拡大すると、図 3 (c) に示すようにデンドライト間亀裂が形成される。また、一部の亀裂はデンドライトの周囲に拡大し、図 3 (d) に示すように粒界亀裂を形成する。Feng ら[19]はレーザークラッディング法を用いて、高硬度および高亀裂感受性を有する４種のFe合金を作製した。Ni60コーティングの耐亀裂性試験を実施した。レーザースキャン下では、Y字型溝の両側の金属が熱膨張することが判明した。温度が下がると、クラッディング金属はそれに応じて収縮した。しかし、基材の収縮が制限されたため、拘束応力が発生し、コーティングに亀裂が発生した。Yu Tingら[20]は、中炭素鋼板のクラッディングにNiCrBSi自溶性合金粉末を使用し、基材およびコーティングの熱膨張係数を低下させても、Ni60コーティングの亀裂は避けられないことを発見した。さらに研究を進めると、Ni60ニッケルベースコーティングには、微視的圧縮応力を受ける一次硬質相が大量に含まれており、基材は微視的引張応力を受けることがわかった。さらに、凝固収縮プロセス中に溶融池は巨視的引張応力を受ける。この21つの複合作用により、コーティングはひび割れを起こしやすくなります。したがって、ひび割れが発生する主な原因は、レーザークラッディング後の材料内部の残留応力に関係しています。この残留応力がクラッディング層の引張強度よりも大きい場合、気孔、介在物、先端などで応力集中が発生しやすくなり、クラッディング層のひび割れにつながります[XNUMX]。

亀裂は、その位置によって界面亀裂、被覆層亀裂、重なり領域亀裂に分類されます[22]（図4参照）。最も一般的な界面亀裂は、主に被覆層と基材の界面で形成されます[23]。被覆層亀裂は、被覆工程中の凝固によって生じる亀裂を指します。重なり領域亀裂は、主に重なり領域付近で発生します。その中で、界面亀裂と被覆層亀裂は、基材と被覆材の熱膨張係数の大きな差、および温度と応力の不均一な分布に起因します。重なり領域亀裂は、プロセスパラメータの不合理な重なり率によって引き起こされ、亀裂源を生成し、さまざまな応力によって引き起こされます。

1.2 ひび割れ抑制対策

1.2.1 プロセスパラメータの最適化

レーザークラッディングのプロセスパラメータは、クラッディング層の品質に直接影響を及ぼします。レーザークラッディングプロセスパラメータを最適化することで、クラッディングプロセス中の温度勾配を制御でき、それによって亀裂の発生を抑制できます。最適化できる一般的なプロセスパラメータには、レーザー出力、スキャン速度、粉末供給速度などがあります。Zhao Shuguo らは、TC11 の表面のレーザークラッディング CBN フィルム層を研究し、レーザー出力またはスキャン速度の増加に伴い、亀裂率が最初は減少し、その後増加することを発見しました。レーザー出力が 1.8 kW に達するか、スキャン速度が 4 mm/s のとき、亀裂率は最低に達しました。一方、粉末供給速度の増加に伴い、亀裂は最初は増加し、その後減少しました。スキャン速度が 3 mm/s で、粉末供給速度が 1 r/s のとき、亀裂率は最低でした。 [26]は、シミュレーションソフトウェアを使用して、異なるレーザー出力での温度場と応力場を数値的にシミュレートし、H13鋼の表面にNiベースのコーティングを作製するための最適なレーザー出力を見つけました。結果は、レーザー出力が1.4kWのときにクラッディング層の品質が良好で、断面に明らかな亀裂やその他の欠陥がないことを示しました。Khorramら[27]は、インコネル鋼のレーザークラッディングCBNフィルム層を使用して、H13鋼の表面にNiベースのコーティングを作製しました。997耐熱合金のレーザークラッディングにはAmdry 713粉末を使用し、スキャン速度140mm / minで亀裂のないコーティングが得られました。

一般的に、レーザークラッディングプロセスのパラメータを正確に制御することで、亀裂を効果的に制御でき、レーザークラッディングプロセスの安定性と信頼性が向上し、さまざまな応用分野に高品質のクラッディング層を提供できます。ただし、材料やアプリケーションシナリオによって必要なパラメータ最適化戦略が異なる場合があるため、複数のテストを行って最適なプロセスパラメータを見つけ、特定の状況に応じてプロセスを設計および調整する必要があります。

1.2.2 補助プロセス処理

補助プロセス処理には通常、基板の予熱とレーザー再溶融が含まれます。基板の予熱は、基板を予熱して基板とクラッド層の温度差を減らし、熱応力を軽減することです。レーザー再溶融は、溶融池の二次溶融と凝固を実行して亀裂を治癒し、欠陥を減らすことです。 Wang Ran らは、混合 Al2O3-ZrO2 粉末を使用してチタン合金 (Ti-6Al-4V) にレーザークラッディングを実行し、基板の予熱に異なる温度を使用しました (図 5 を参照)。比較分析の結果、予熱温度が 200〜300°C に達すると、クラッド層の残留応力が最も大幅に減少し、亀裂感受性が大幅に改善され、亀裂の発生が抑制されると結論付けられました。 Wang ら [29] は、異なる温度で基板を予熱し、H13 鋼の表面に Fe ベースのアモルファスコーティングを準備しました。予熱温度が250℃に達すると、クラッディングの亀裂は消え、この時点でクラッディング層の品質は最高でした。 Wang Huizhaoら[30]は、Al2O3-ZrO2（8％Y2O3）混合粉末を使用してTC4をクラッディングしました。次に、クラッディング層の後処理として合金表面をレーザー再溶融しました。再溶融コーティングの残留応力が大幅に減少し、破壊靭性が向上し、それによって亀裂の感受性が向上したことがわかりました。要約すると、基板予熱の本質は温度勾配を減らすことであり、レーザー再溶融後処理の目的は、組織内の残留応力を減らすか、さらには排除することです。補助的なプロセス処理方法として、このXNUMXつはレーザークラッディング技術における亀裂の抑制に大きな効果があります。これは、実際のアプリケーションで適切な温度制御と後処理ステップが亀裂感受性を減らし、クラッディングコーティングの品質を向上させることの重要性を強調しています。

1.2.3 ドーピング元素法

セリウム（Ce）やイットリウム（Y）などの希土類元素は、比較的活性な化学的性質を持っています。被覆粉末に適切な量の希土類元素とその酸化物を添加すると、粒子が微細化され、溶融物の流動性が向上し、溶融池の表面張力が低下し、被覆層の表面粗さが改善され、組織が最適化され、性能が向上します。

Zhang Xinjian ら [32] は、異なる Y2O3 含有量が Ni60 に及ぼす影響について研究しました。CeO2 がコーティングの構造と性能に与える影響について、実験では、活性イットリウムイオンを精製剤として使用すると、クラッディングプロセス中に生成された硫黄やリンなどの有害な不純物を除去でき、ひび割れのないコーティングが得られることがわかりました。Y2O3 含有量が 1.0wt% に達すると、クラッディング層の品質が最高になります。Chen Shungao ら [33] は、レーザークラッディングマルチパスオーバーラッププロセスを使用して、60 鋼上に異なる CeO2 含有量を含む Ni45 コーティングを準備し、CeO2 がクラッディング層の性能に及ぼす影響を調べました。適切な希土類酸化物を添加すると、コーティングのひび割れの発生を抑制できることがわかりました。CeO2 の質量分率が 0.4% のときに、コーティングの品質が最高になり、ひび割れが最も少なくなります。Niu Liyuan ら[34]は、異なる含有量の希土類酸化物CeO2をCo基合金粉末に添加し、レーザークラッディング技術を使用して316Lステンレス鋼基板の表面にCo基合金コーティングを調製しました。研究と比較を通じて、CeO2を添加した後に、クラッディング表面のマクロクラックが大量に消えたことがわかりました。希土類酸化物含有量の増加に伴い、クラッディング層の表面平滑性が向上しましたが、CeO2含有量が2.5％の場合、クラッディング層の表面にいくつかの収縮空洞が現れました。したがって、適切な量の希土類元素と希土類酸化物を添加すると、溶融池を浄化し、クラッディング層の品質を向上させ、亀裂の発生を抑制できます。

1.2.4 その他のプロセス

Wu Chengmengら[35]は、Ni60 + 35％WC粉末をコーティング材料として使用し、クラッディング用の316鋼の表面に45ステンレス鋼メッシュを高温緩和軟化ゾーンとして配置しました（図6を参照）。 316ステンレス鋼メッシュの亀裂発生を比較観察することにより、高温緩和軟化ゾーンがコーティング表面の一定の残留応力を吸収し、コーティング亀裂の発生と拡大を効果的に抑制できることがわかった。 Qiら[36]は、42CrMo基板上にCoベースのクラッディング層を準備し、クラッディングプロセス中に磁場を追加しました。 この研究では、磁気アシストクラッディング処理では、小さな磁場でも大きな磁歪効果を生み出すことができることがわかりました。 磁気誘導強度が20mTに達すると、磁歪効果を効果的に抑制できます。 磁歪効果を適用すると、磁歪効果が最大になります。基材とクラッド材の熱膨張係数と弾性率の差を低減し、熱応力を低減することができる。Liu Hongxiら[37]は、機械的振動支援プロセスを使用して、45鋼の表面にFe-Cr-Si-BC合金コーティングを調製した。機械的振動の有無にかかわらずクラッド層を比較すると、振幅A = 0.28 mm、f = 200 Hzの場合、機械的振動支援プロセスでの単位長さあたりの亀裂数はわずか0.06ライン/ mmであることがわかりました。一方、機械的振動がない場合の亀裂数は0.32ライン/ mmに達しました。さらに、機械振動下ではデンドライト間の残留応力が減少し、亀裂感受性が大幅に低下することがわかりました。したがって、機械的振動支援プロセスは、亀裂の発生を大幅に抑制できます。

要約すると、亀裂の発生は、クラッディングプロセス中にコーティングに加わるいくつかの応力の複合効果の結果です。研究者は継続的な調査を通じて、プロセスパラメータの最適化、基板の予熱と再溶融、希土類元素と酸化物の添加、補助的なプロセス処理などの対策により、さまざまな程度で亀裂の発生と拡大を抑制できることを発見しました。さらに、高周波マイクロ鍛造支援、超音波振動技術、数値シミュレーション、有限要素シミュレーションなどを適用することで、亀裂の発生を抑えることができます。

2 レーザークラッディングにおける気孔形成の原因と抑制対策

2.1 孔形成の原因

気孔は、レーザークラッディングプロセスでよく見られる欠陥の38つです。気孔の形成は、クラッディング層の品質や耐腐食性、耐摩耗性にも影響を及ぼします[39]。気孔形成の原因は非常に複雑です。長年の研究を経て、国内外の研究者は、図7と図8に示すように、気孔を気孔、キーホール、未融合気孔の40種類に分類しています[41]。気孔は比較的よく見られます。金属粉末が湿っていたり、高温で化学反応を起こしたりすると、クラッディングプロセス中にガスが発生しやすくなります。ガスが時間内に逃げられない場合は、気孔が発生します。また、気流が大きすぎると、溶融池の周りに乱流が発生し、空気が引き込まれます。冷却速度が非常に速いため、ガスは逃げる前に固化して結晶化し、気孔を形成します[42]。気孔形成に影響を与える主な要因は溶融池のアスペクト比であり、次いで溶融池の対流強度と対流時間である[250]。 Yanら[45]は、NiCuFeBSi合金粉末をHT45鋼と250鋼にそれぞれレーザークラッディングし、45鋼の方が気孔が少ないことを発見した。分析の結果、HT1673にはグラファイトが含まれており、2鋼よりも炭素含有量が多いことが判明した。 Cは空気中の酸素と結合してCOを形成した。さらに、温度が43 Kを超えると、鋳鉄中のSiO2とCが酸化還元反応を起こし、溶融池内にCOガスが多く発生し、溶融池からガスが逃げるのを防ぎ、気孔を形成した。 Shen Zehuiら[9]は、溶融池のアスペクト比が溶融池のアスペクト比よりも高いことを発見した。 [2]はチタン合金の表面にWS2含有量の異なるニッケルベースのコーティングを施し（図2参照）、WSXNUMX含有量が増加するとクラッド層の気孔が増加することを発見した。これはWSXNUMXが高温で分解し、S原子が酸素と結合してSOXNUMXガスを形成するためである。溶融池内のガスは排出される時間がなく、気孔欠陥を生成する。

キーホールは、レーザーの衝撃によって引き起こされる溶融池の崩壊によって形成される細孔であり、溶融池内の空気または保護ガスが逃げるのを防ぎます。これらは通常、アルミニウム合金のレーザークラッディングで発生します[46]。 Parkら[47]は、異なるエネルギー入力を使用してTi-6Al-4Vプレートに純粋なV粉末をレーザー堆積させ、単層スキャンでは、酸化バナジウムの蒸発温度が純粋なバナジウムよりも低いため、酸化バナジウムの内部に多数の細孔が形成されることを発見しました。 細孔は球形であり、細孔タイプがキーホールであることを示しています。 未溶融細孔（図7を参照）は、レーザークラッディングプロセス中に金属粉末が完全に溶融しなかった場合に形成される細孔を指します。 Li Deyingら[48]は、Q235鋼の表面にFe-Al-Si複合コーティングを調製し、Fe-Alコーティングと比較しました。 Fe-Al コーティングには、鉄粉とアルミニウム粉の不完全な融合とガスの発生によって生じた気孔欠陥があることが判明しました。

2.2 多孔性抑制対策

2.2.1 プロセスの最適化

Yang Xingら[49]は、異なるレーザー出力を使用してFeCoNi CrMo高エントロピー合金クラッド層を作製し、レーザー出力が1.0〜1.6kWの場合、クラッド層に気孔などの欠陥がないことを確認しました。Li Haoら[50]は、Q10鋼の表面にCu-10Pb-235Snクラッド層を作製し、レーザー出力がクラッド層の気孔率に与える影響を研究しました。この研究では、レーザー出力の増加に伴い、クラッド層の気孔率が最初に減少し、その後増加することがわかりました。適切なレーザー出力パラメータの選択は、気孔の生成を抑制する役割を果たすことができます。レーザー出力が1000Wのときに気孔率が最も低かったです。Shen Haoら[41]は、Cu-36Pb-2Snクラッド層を作製し、レーザー出力がクラッド層の気孔率に及ぼす影響を研究しました。 [XNUMX]は、レーザー出力と走査速度がNiCoCrAlYSiクラッド層に及ぼす影響を研究し、レーザー出力が一定の場合、走査速度の増加とともに多孔度が減少することを発見した。レーザー出力と走査速度を総合的に考慮すると、レーザーエネルギー入力比がXNUMXJ/mmXNUMXに達すると、多孔度は減少した。クラッド層表面の多孔度が最も低いとき、クラッド層の品質は最高である。したがって、レーザークラッドプロセスパラメータを最適化することは、多孔性欠陥を抑制するための最も簡単で直感的な手段である。

プロセスパラメータを最適化することで気孔形成を抑制する多くの研究では、レーザー出力の最適化が気孔率の低減に極めて重要です。レーザー出力を正確に制御することで、気孔の発生を効果的に低減し、クラッド層の品質を向上させることができます。

2.2.2 要素追加法

Li Qiangら[51]は、ニッケル基タングステンカーバイド複合合金粉末に適量のIn2O3を添加し、レーザークラッディング技術によりA3鋼の表面に気孔欠陥のないクラッディング層を作製した。分析の結果、適量のIn2O3はWCの分解を抑制し、CとOの組み合わせによって形成されるCOまたはCO2ガスの発生を減らし、気孔の発生を抑制できることがわかった。In2O3含有量が2.0％のとき、気孔欠陥のないクラッディング層を得ることができる。Wang Huipingら[52]は、0.6％のY2O3を添加してTiC複合コーティングを調製し、気孔率が最も低く、クラッディング品質が最高であった。したがって、いくつかの希土類元素とその酸化物を添加すると、コーティング構造をより均一にし、粒界の不純物を浄化することができる。さらに、酸化反応を起こしやすい金属元素を添加することでも、気孔の生成を抑制できます。例えば、山口ら[53]は、アルミニウム添加がWC-Coクラッディングマイクロスフィアの気孔率に及ぼす影響を研究しました。WC-Co合金粉末をAISI 304ステンレス鋼の表面にレーザークラッディングしました。クラッディングの前に、レーザー合金化技術を使用して基板表面にアルミニウムを局所的に追加しました。結果は、アルミニウムとその酸化物が気孔の生成を抑制できることを示しました。これは、アルミニウムが酸素に対して強い親和性を持っているためです。炭素の酸化と比較して、アルミニウムの酸化が最初に発生します。つまり、アルミニウムの酸化により、溶融物中の遊離酸素原子が除去され、COガスの発生が防止され、脱炭が排除されます。

2.2.3 レーザー再溶解

Wu et al. [54]は、異なる再溶融電力がStellite 6 / WC複合コーティングの形成品質に及ぼす影響を研究し、レーザー再溶融プロセスにより気孔などの欠陥を減らすことができ、再溶融電力が1.4〜1.5kWのときにクラッド層の品質が最適であることがわかりました。レーザー再溶融電力が増加すると、クラッド層の底に気孔が現れます。これは、過剰なレーザーエネルギーがWC粒子粉末を溶解し、遊離炭素原子が酸化反応を起こしてCOまたはCO2を形成するためです。ガスが逃げる時間がないときに、気孔が形成されます。Zhang Qiang et al. [55]は、SiC粒子を添加した316Lステンレス鋼粉末をクラッド材として使用し、自動車のトランスミッションシャフト材料にクラッドと再溶融の修復方法を実施しました。図10に示すように、実験では再溶融によりクラッド層表面の気孔率を減らすことができることが示されました。再溶解の度に新たな気孔が発生しても、前の被覆層の気孔率は減少するため、被覆層の気孔率は下から上に向かって減少し、気孔の発生を抑制する役割を果たします。

2.2.4 補助プロセス

Hu Yongら[56]は、電磁支援処理を使用して、クラッディングプロセス中に基板の両側に定常磁場を印加し、両端に安定した直流を印加しました。この電磁複合場によって得られる方向性ローレンツ力を使用して、気孔の発生を抑制しました。この研究では、ローレンツ力が下向きの場合、磁場強度が増加するにつれて気孔の流動性が向上し、磁場強度が0.6 Tのときに気孔のないクラッディング層が得られることがわかりました。 Yu Benhaiら[57]は、自家製の電磁攪拌装置を使用してレーザークラッディングを支援し、WC-Co合金コーティングを準備しました。磁場が回転するとローレンツ力が発生し、溶融池内のガスが逃げるまで上方に移動し、気孔の発生が抑制されます。 Xu Lifengらは、電磁複合場を使用してクラッディング層の気孔率を低減することに加えて、 [58]は、図11に示すように、多孔性を低減するためにパルス電流増強レーザークラッディング技術も使用しました。

まとめると、気孔は気孔形成メカニズムの中で最も発生しやすい欠陥です。気孔の形成を抑制する対策は数多くありますが、最も一般的なのは、プロセスの最適化、元素の追加、電磁複合場の補助的な適用です。また、従来のレーザークラッディングとは異なり、レーザー誘導ハイブリッドラピッドクラッディング（LIHRC）、パルス電流強化レーザークラッディングなどでも、気孔欠陥のないコーティングを生産できます。

3 まとめと展望

レーザークラッディングは新しいタイプの表面改質技術として、幅広い工学的応用を持っていますが、その形成プロセスの複雑さと急速加熱および凝固の特性により、クラッディング層にさまざまな欠陥が必然的に発生します。亀裂形成の主なメカニズムは、基材とクラッディング材料のさまざまな特性の差、凝固プロセス中に発生する応力集中などの要因に関係しています。気孔形成の主な原因は、溶融池の急速凝固中の空気中のガス、またはクラッディングプロセス中に生成されたガスが逃げる時間がないことです。レーザークラッディング中に発生する亀裂や気孔欠陥を抑制するために、レーザークラッディングプロセスパラメータの最適化、クラッディング材料への元素の添加、基材の予熱と後処理、および補助プロセスの適用により、一般的な欠陥の形成と拡大をある程度抑制できます。

レーザークラッディング技術は優れた表面改質技術ですが、溶融池制御と欠陥制御の問題はまだ完全に解決されていません。将来的には、高度なセンシング技術と人工知能アルゴリズムを使用して、レーザークラッディングプロセスのリアルタイム監視と自動制御を実現できます。マルチスケール数値モデルを確立することで、レーザークラッディングプロセスの温度と熱応力をより正確に予測できます。より大型のレーザークラッディング装置を開発し、生産効率を向上させて、大規模な産業用途のニーズを満たすことができます。つまり、レーザークラッディング技術は表面処理の分野で大きな可能性を秘めていますが、依然としてアプリケーションの困難を継続的に克服する必要があります。今後の研究では、プロセス、制御、生産効率など、複数の側面に焦点を当てます。基礎理論とエンジニアリングアプリケーションの詳細な研究により、より高品質のクラッディング層が得られることが期待されます。