高效環(huán)保的表面涂層技術(shù)——超高速激光熔覆技術(shù)替代電鍍

01 技術(shù)背景介紹

超高速激光熔覆技術(shù)起源于德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer ILT），在2017年德國弗勞恩霍夫應(yīng)用促進(jìn)協(xié)會(huì)年度科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)中，超高速激光熔覆技術(shù)榮獲了Fraunhofer科技創(chuàng)新獎(jiǎng)。傳統(tǒng)的電鍍硬鉻技術(shù)普遍使用的三氧化鉻（CrO₃），又稱六價(jià)鉻（Cr⁶⁺），連同其他有鉻成分的物質(zhì)被歐盟委員會(huì)于2013 年定義為對人體有害物質(zhì)，由此便迫切需要另一種工藝來替代鍍硬鉻。在我國，近年來傳統(tǒng)電鍍工藝給企業(yè)帶來極大的環(huán)保壓力， 2016年，工業(yè)和信息化部和環(huán)境保護(hù)部關(guān)于印發(fā)《水污染防治重點(diǎn)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)推行方案》，明確建議了激光熔覆技術(shù)在取代電鍍方面的應(yīng)用。

超高速激光熔覆技術(shù)完成的熔覆涂層冶金質(zhì)量高、稀釋率低、變形小、表面光潔度高，屬于先進(jìn)環(huán)保的再制造加工技術(shù)，在工業(yè)再制造領(lǐng)域能極大地減少企業(yè)的后續(xù)機(jī)加工成本，能有效延長產(chǎn)品使用周期，為企業(yè)節(jié)省大量后期維修費(fèi)用。和傳統(tǒng)的熔覆激光技術(shù)相比，超高速激光熔覆技術(shù)的工作效率要快上百倍。普通的激光熔覆技術(shù)速率是0.5—2 米/分鐘，而超高速激光熔覆技術(shù)可達(dá)到50—200 米/分鐘，鍍層速度至少提高了100 倍。超過1平方米/小時(shí)的涂層高效率可以使激光熔覆的成本降低到與鍍硬鉻成本相當(dāng)。超高速激光熔覆技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：目前可以在零件表面制備大規(guī)模的不同成分涂層，這將有可能生產(chǎn)出在生命周期內(nèi)不會(huì)磨損的創(chuàng)新零件。

圖1.應(yīng)用于煤礦液壓立柱表面強(qiáng)化

現(xiàn)有涂層技術(shù)比較

分類	電鍍鉻	等離子體噴涂	火焰超音速噴涂	傳統(tǒng)激光熔覆	超高速激光熔覆
材料	鉻	合金粉末	合金粉末	合金粉末	合金粉末
厚度	<0.1	3-4	0.1-0.4	1-2	0.02-0.40
硬度	>700	Cr-Fe 300	WC-Cr涂層>1000	Cr-Fe 500-600	Cr-Fe 500-600
耐磨性	較差	良好	良好	良好	良好
與母材結(jié)合	物理結(jié)合	冶金結(jié)合	冶金結(jié)合	冶金結(jié)合	冶金結(jié)合
基材熱輸入	無	大	較小	較小	很小
環(huán)保性	差	較好	較差	好	好
使用壽命（年）	1-1.5	2-3	2-3	>5	>3
生產(chǎn)成本	低	中	中	高	低

*鍍鉻表面的高硬度沒有實(shí)質(zhì)作用．是工藝過程自然形成的特點(diǎn)。

02 輝銳超高速熔覆設(shè)備

輝銳公司在全部國產(chǎn)化設(shè)備基礎(chǔ)上，自主研發(fā)的激光超高速熔覆技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。超高速熔覆屬于先進(jìn)環(huán)保的再制造加工技術(shù)，針對替代鍍硬鉻軸類件，輝銳公司已成功開發(fā)了超高速熔覆設(shè)備和工藝方法，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)車削熔覆一體化加工。

輝銳研發(fā)的車削與超高速熔覆相結(jié)合的混合制造可以充分發(fā)揮效率優(yōu)勢，使零件在一次裝夾定位后，增材與減材多種工藝結(jié)合一次加工出成品，避免了因重新定位產(chǎn)生的不必要的同軸度、圓跳動(dòng)誤差，大幅提高涂層的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

圖2 車削熔覆一體復(fù)合加工設(shè)備

設(shè)備參數(shù)

激光器	?國產(chǎn)固體激光器
運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)	5軸數(shù)控
最大可回轉(zhuǎn)直徑	640mm
加工長度	2.5m
重復(fù)定位精度	0.012mm
可實(shí)現(xiàn)層厚	50–800μm
沉積效率	可達(dá)500cm²/min
基材稀釋率	<1%