회사 소식 항공우주 부품 수리에서 레이저 클래딩의 적용: 크롬 플래팅의 대안

오늘날, 레이저 클래싱 기술은 크롬 접착제를 대체하기 위해 항공기 부품 및 부품 수리에 연구되고 있습니다. 실험을 통해,클레이딩 레이어가 높은 경직성과 후속 처리가 가능하다는 것이 확인됩니다.마지막으로, 레이저 클래싱은 전통적인 크롬 접착 기술과 비교됩니다.

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지원 배경

항공우주 제조 도구, 예를 들어 장착장치, 고리 및 지원 구조,고강도 재료 (니켈 기반 합금 및 티타늄 합금과 같은) 가공으로 인해 오랫동안 마모 문제를 겪었습니다.전통적인 수리 방법은 주로 단단한 크롬 접착을 사용합니다. 그러나이 접근법은 중요한 단점이 있습니다.

1 환경 위험: 크롬산 용액은 발암성이 있으며 EU REACH 규정에 의해 엄격하게 규제됩니다.

2 프로세스 결함: 코팅은 껍질 벗겨지고 거품이 생기기 쉽기 때문에 여러 번 재작업 주기가 필요합니다.

3 두께 제한: 코팅은 일반적으로 1mm를 초과하여 충분한 가공 용량을 남기지 않습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 레이저 클래딩 (Laser Cladding, LC) 기술을 중심으로 한 새로운 수리 솔루션이 제안됩니다. 이 방법은 환경 친화적 인도구 표면을 재생하고 성능을 향상시키기 위한 고정도 첨가 제조 프로세스기술적인 특징은 다음과 같습니다.

우수한 환경성능

1 녹화 제조 추세에 맞춰 금속 분자를 코팅 재료로 사용하여 크롬산을 완전히 제거합니다.

2 이 과정은 유해 배출이 없으며 EU 규제 요구 사항을 충족합니다.

금속 결합

1 코팅은 확산 메커니즘을 통해 기판과 금속 결합을 형성하여 인터페이스에서 거품이나 껍질을 벗기는 것과 같은 결함이 없도록합니다.

복잡한 구조에 적응력

1 평면, 외부 원통면 및 내부 원통면의 다차원적인 수리를 수행할 수 있으며, 전형적인 도구 구조를 포함한다.

2 로봇 협동 제어 및 기울기 분말 공급 (10°~30°) 을 통해 좁은 공간에서 클래싱의 과제를 해결할 수 있습니다.

가공 용량

1 다층 클래싱 (예를 들어, 두꺼운 2 mm) 은 가공 용량을 보장하며 너무 얇은 전통적인 코팅으로 인한 재작업 문제를 피합니다.

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레이저 클래싱: 재료와 방법

기본 재료: 40HM 저연금강

특징: 강도 28-32 HRC, 항공 엔진 가공 도구 제조에서 널리 사용됩니다. 높은 강도 및 높은 마모 저항의 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다.

선택 기준:열처리 성능 (소화 + 완화) 및 레이저 클래싱 과정에서 기판이 변형되거나 균열되지 않도록 하기 위해 레이저 클래싱 열 입력의 호환성.

코팅 재료: NiCrBSi 합금 분말

성분: 니 염기 (Cr 17%, B 3.5%, Si 4%, C 1%, Fe 4%), 입자 크기 분포 15-53μm. 브랜드 이름: 스위스 오에르리콘 메트로 메토 15F.

1 자기 녹음: B와 Si 는 녹는 점 을 낮추고 녹기 풀 의 흐름을 촉진 하고 녹지 않은 입자 를 줄일 수 있다.

2 높은 강도: Cr 및 C는 마모 저항성을 향상시키기 위해 Cr7C3, Cr3C2와 같은 단단한 탄화물을 형성합니다.

3 균열 저항성: Ni 매트릭스는 열 스트레스를 완화시키고 포장 층의 균열을 방지합니다.

레이저 클래싱 프로세스에 대한 제품 요구 사항

1장단층의 두께는 1.5μm 이상입니다.

2. 클래싱 레이어의 경도는 38 HRC 이상입니다

* 제품 물리 (왼쪽), 기술 도면 (ညာ)

레이저 클래싱 시스템

레이저: 레이저 라인, 모델 LDF 4000-30, 파장 940-980nm.

파우더 공급 시스템: GTV PF 파우더 공급 장치

클레이딩 헤드: 프라운호퍼 IWS 코아시얼 클레이딩 헤드, 점 지름 3.5mm.

로봇: 레이스 RV60-40 로봇 + RDK-05 회전 테이블, 복잡한 궤도 조절을 실현할 수 있습니다.

프로세스 매개 변수 최적화

· 논리: 클래싱 레이어의 높이와 단단성을 극대화하고, 융합 깊이와 열 영향을받는 구역을 최소화하고, 기판의 과열 및 부드러움을 피합니다.

· 최적의 매개 변수: 레이저 전력 1000W + 분말 공급 속도 17.4g/min, 높은 경화 (> 700 HV 1) 및 낮은 희석 속도 (<10%).

* 클래싱 프로세스 매개 변수

* 단일 채널 클래싱 레이어 측정의 스케마

다단계 다층 클래싱 전략

경로 계획

평면 (Clad A): 평행 스캔 경로, 중복률 50%, 분말 축적을 피하기 위해 10° 기울기

외부 실린더 표면 (Clad B): 나선 스캔 경로, 회전 테이블의 동기 제어, 기울기 10°

내부 실린더 표면 (Clad C): 밀폐된 공간에서 30° 기울기, 분말 공급 각도를 조정하여 녹은 풀의 안정성을 보장합니다.

레이어 제어: 2층의 클래싱, 총 두께 2mm, 여러 열 주기로 인한 균열을 피하기 위해.

매트릭스 전처리:

표면 닦기: Ra<1.6μm까지 모래 페이퍼 닦기, 산화질 층과 기름 오염을 제거합니다.

청소: 기름 잔해가 없도록 아이소프로판올로 초음파 청소.

후처리

회전: 평면 및 외부 원통면은 CNC 턴에서 회전됩니다.

밀링: 평평하고 외부 실린더 표면에 중앙 구멍 밀링 기계를 사용하십시오.

프레싱: 특수 프레싱 기계로 내부 고 cilindric 표면을 프레싱.

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레이저 클래싱: 공정 매개 변수

레이저 전력의 효과

높은 전력은 녹기 풀의 팽창과 기본 몸의 녹기가 악화되지만 희석 속도는 20%를 초과하여 코팅 구성의 순도를 감소시킬 수 있습니다.

A) 클래싱 레이어의 높이, b) 클래싱 레이어의 너비, c) 핵융합 깊이, d) HAZ 깊이는 레이저 전력과 분말 공급 속도와 다릅니다.

단단함 및 희석 속도

1 레이저 파워가 1000W이고 분자 공급 속도가 10.4g/min이면 경도는 최고 680 HV0에 도달합니다.3이 때 희석 속도는 낮습니다 (~ 10%), 그리고 코팅의 단단한 단계 (Cr7C3, Cr3C2) 의 비율은 높습니다.

2 높은 희석 속도 (> 20%) 는 매트릭스 철이 코팅에 침투하여 단단한 단계 강화의 효과를 약화시키는 Fe-Cr 고체 용액을 형성합니다.

* 공정 매개 변수들의 강도와 희석율에 대한 영향: a) 강도, b) 희석율

분말 공급 비율의 영향

과도한 분말 공급 속도 (> 17.4g/min) 는 더 많은 녹지 않은 입자를 발생시키고 코팅 밀도를 감소시킵니다.

* 파우더 공급 속도와 단일 채널 클래싱 높이 사이의 관계: 레이저 전력이 1000W 미만일 때,분말 공급 속도가 증가하고 포장 높이가 로가리듬적으로 증가합니다

다층 클래싱 전략

50%의 겹치는 비율과 두 개의 레이어 클레이딩으로 전체 두께는 2mm입니다. 단일 레이어의 높이가 제한되어 여러 층이 가공 허용 요구 사항을 충족시킬 수 있지만매트릭스 부드러움을 피하기 위해 열 입력을 제어해야합니다 (HAZ 깊이 <200 μm).

* 표면 코팅 두께: 평면, 외부 실린더 표면 및 내부 실린더 표면의 코팅 두께는 2mm입니다.

* 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면 표면

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기계 가공 및 결함 분석

가습기 가공

표면 품질: 썰매 후 표면 거칠성 Ra = 0.272μm, 항공기 도구 Ra <1.25μm의 요구 사항을 충족합니다. 썰매 깊이가 0.4mm 였을 때 균열이 발견되지 않았습니다.

장점: 밀링은 마이크로 절단으로 물질을 제거하여 고 강도 코팅 (~ 750 HV1) 에 대한 충격 부하를 피하고 균열 위험을 줄입니다.

턴 및 프레싱

도구 마모: 외부 실린더 표면을 회전 할 때, 단단한 합금 도구의 절단 가장자리는 0.3mm를 절단 한 후 균열됩니다. 이유는 코팅 경도가 높기 때문입니다.과도한 절단 스트레스로 이어지는.

표면 결함: 실린더형 내부 표면을 깎을 때 코팅에 지역 균열이 나타납니다.주요 이유는 클레이딩 계층의 잔류 스트레스의 결합 효과와 절단 진동과 관련이 있습니다..

* 회전 후 평면 및 외부 실린더 표면: 코팅 크래킹 및 불규칙 칩

* 도구 마모: a) 회전 후 외부 실린더 표면, b) 단단한 합금 블레이드 가장자리 부러짐

* 닦은 외부 실린더 표면: 표면 거칠성 향상, 그러나 여전히 눈에 보이는 미세 스크래치

* 밀링 된 내부 실린더 표면: 코팅의 지역 균열, 밀링 진동 및 잔류 스트레스 결합 작용

처리 매개 변수 제안

회전: CBN 또는 다이아몬드 코팅과 같은 더 높은 붉은 강도 도구가 필요하며 열 스트레스를 줄이기 위해 냉각액으로 보충됩니다.

밀링: 치아당 먹이를 줄이고 진동을 억제하기 위해 고속 밀링 전략을 사용하십시오.

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미세 구조 및 단계 분석

인터페이스 금속 결합

SEM: 클래싱 레이어와 기판 사이의 인터페이스에서 구멍이나 균열이 없으며 지속적인 전환을 보여줍니다. 기판 40HM 강철은 빠른 냉각으로 인해 판 마르텐시트를 형성합니다.인터페이스에서 떨어져있는 영역은 완화 된 마르텐사이트.

확산 메커니즘: 녹기 풀의 Ni 및 Cr 원소는 매트릭스에 확산되어 약 5μm 두께의 상호 확산 구역을 형성하여 인터페이스 결합 강도를 향상시킵니다.

* 기판과 코팅은 금속학적으로 결합되어 있으며 인터페이스에 구멍이나 균열이 없습니다.

미세 구조: a) 기초 마르텐시트, b) 전환구역에서의 덩어리 성장, c) 코팅 덩어리 분포 및 단단한 단계

* 경화 분포 및 매트릭스 단계 변환: 클래싱 영역의 경화 754-762HV1, 인터페이스 근처의 매트릭스의 경화 605HV1 (마르텐사이트),그리고 멀리 있는 영역의 경도는 402HV1 (온화 구조) 이다.

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엔지니어링 응용 프로그램의 요약

프로세스 대체

규제 또는 높은 정밀도로 제한된 제품에서는 레이저 클래싱 및 크롬 접착 교체에 우선 순위를 부여합니다.딱딱함과 균열 저항성을 고려하여 적합한 분말이 선택됩니다..

매개 변수 최적화

1 단일 채널 실험 캘리브레이션을 통해 매트릭스 부드러움을 피하기 위해 희석 속도가 10% 미만으로 제어됩니다.

2 다층 클레이딩의 경우 0.3-0.5mm의 썰매를 예약하십시오.

결함 예방 및 관리

기판을 깎고 표면 기름 얼룩을 철저히 제거하고 구멍을 제거합니다. 습한 환경에서 분말을 미리 건조합니다.

이건 당신의 참고용으로만!

* 참고: 레이저 클래싱과 전통적인 크롬 클래싱의 비교