據(jù)外媒報道，弗勞恩霍夫材料與光束技術(shù)研究所（IWS）的研究人員開發(fā)了一種名為“激光直接鍍覆”（Laser Direct Plating）的新型激光技術(shù)，該技術(shù)相比現(xiàn)有工藝，能夠以更快的速度、更高的能效和更低的成本生產(chǎn)金屬鍍層。

該工藝將帶狀金屬螺旋式地纏繞在旋轉(zhuǎn)對稱的部件上，并利用激光能量在接觸區(qū)域與基體材料形成冶金結(jié)合?；w材料保持固態(tài)，表面保持光滑，幾乎不需要或只需要很少的后處理。用戶可顯著減少生產(chǎn)節(jié)拍時間、能源消耗和工藝成本。

激光直接鍍覆技術(shù)將最小的熱量輸入與明確的成形力相結(jié)合。在結(jié)合界面處，氧化層破裂，新鮮的金屬表面立即反應(yīng)，形成持久的冶金結(jié)合。與激光金屬沉積不同，該鍍層不會大面積熔化，而是基本保持固相狀態(tài)。這種機(jī)制降低了能源需求，提高了沉積速率，并確保了沿整個部件長度的鍍層質(zhì)量穩(wěn)定性。

IWS熱處理與熱鍍層部門負(fù)責(zé)人Marko Seifert表示：“我們的目標(biāo)是盡可能減少甚至避免熔融相。我們用極少的能量激活接觸區(qū)域，并在顯著縮短的工藝時間內(nèi)獲得致密、均勻的鍍層。”

功能原理與差異化
直接鍍覆技術(shù)主要針對旋轉(zhuǎn)對稱部件。帶狀材料以恒定速度送進(jìn)，螺旋式地纏繞在基體上，并在纏繞過程中與其結(jié)合。激光輻射僅將接觸區(qū)域短暫加熱至結(jié)合溫度。熱量和壓力的共同作用形成了冶金結(jié)合。這使該工藝區(qū)別于需要連續(xù)熔化鍍層材料的激光金屬沉積技術(shù)。激光直接鍍覆直接在部件上生成功能層。

帶狀材料的送進(jìn)速度可達(dá)每分鐘數(shù)米，從而實(shí)現(xiàn)高沉積速率，達(dá)到研究所所稱的“三位數(shù)千克每小時”的范圍。有限的熱影響將熱影響區(qū)限制在直接的結(jié)合線上，并保護(hù)了基體的微觀結(jié)構(gòu)。鍍層表面呈現(xiàn)出均勻的、類似軋制的紋理；車削、磨削和拋光所需的后續(xù)加工工作量大大減少。在一個工業(yè)參考案例中，一個液壓缸的鍍覆時間從約20小時縮短到了約6小時。根據(jù)不同配置，能耗可降低高達(dá)90%。

設(shè)計(jì)與材料
螺旋式沉積形成明確的對接接縫，并通過后續(xù)的結(jié)合步驟將其密封。對于腐蝕關(guān)鍵的應(yīng)用，多層設(shè)計(jì)被證明是有利的，因?yàn)閺牡诙娱_始，相似的材料相互結(jié)合，最大程度地減少了稀釋。典型的單層鍍層厚度范圍約為1毫米至3毫米。多層堆疊的總厚度可達(dá)數(shù)厘米。沿部件長度方向進(jìn)行選擇性體積堆積，還可以實(shí)現(xiàn)定制的輪廓成型。在不同層使用不同的材料，可以制造出多功能鍍層。

激光直接鍍覆技術(shù)改進(jìn)了液壓缸、工藝輥和成型輥、以及滑動軸承的耐磨和耐腐蝕鍍層。在修復(fù)磨損的軋輥時，該工藝可以有目標(biāo)地重建缺失的體積。這節(jié)省了材料并縮短了停機(jī)時間。

IWS已為激光直接鍍覆技術(shù)提交了專利申請，并建立了一個用于處理長度達(dá)2米部件的試點(diǎn)系統(tǒng)。開發(fā)團(tuán)隊(duì)正在驗(yàn)證應(yīng)用場景，確定工藝窗口，并使用演示件展示其經(jīng)濟(jì)可行性。技術(shù)規(guī)模的擴(kuò)大正與系統(tǒng)制造商和工業(yè)合作伙伴合作進(jìn)行。目標(biāo)是建立一個穩(wěn)健的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)具有明確定義的節(jié)拍時間和質(zhì)量指標(biāo)的批量生產(chǎn)。