增材制造工藝中的絲基和粉基激光熔覆復合

來源：Photonics

德國弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術研究所(Fraunhofer Institute for Production Technology-IPT) 的一團隊引入了一種增材制造(AM)工藝，該工藝結合了絲基和粉基激光熔覆。根據(jù)該團隊的說法，混合工藝生產(chǎn)的保護工具涂層比通過傳統(tǒng)激光熔覆方法生產(chǎn)的涂層更耐磨、成本更低、更可節(jié)約資源，且這種混合工藝也比單純的絲基方法更靈活。在利用率、經(jīng)濟性等方面都獨具優(yōu)勢。

▲由IPT公司的一個團隊開發(fā)的混合增材制造工藝生產(chǎn)的工件涂層比其他方法生產(chǎn)的涂層更耐磨、更節(jié)約資源、更具成本效益。來源：IPT

激光熔覆通過激光金屬沉積(laser metal deposition-LMD)產(chǎn)生三維結構。在LMD過程中，用激光束加熱工件表面，同時將粉末或金屬絲形式的填充材料送入熔池。當填料熔化時，它會在表面形成一層涂層。多次重復，可以直接在工件表面形成一層又一層的涂層。LMD是一種應用保護涂層、修復受損組件以及改變工件形狀的有效方法。

在IPT研究所的混合方法中，絲材和粉末材料在LMD同時加工�？茖W家們發(fā)現(xiàn)，通過將粉末形式的硬質材料顆粒添加到絲材中，他們可以首次使用LMD來調整涂層中的重要材料特性，例如硬度和韌性。為了確定不同應用的最佳材料組合，科學家們測試了各種材料。對于絲材，他們選擇了具有高結構穩(wěn)定性的熱加工工具鋼和具有良好焊接性的低合金鋼。對于粉末材料，他們選擇鉻作為碳化物形成和晶粒細化的元素，以碳化鈦作為硬質相。

通過粉末和金屬絲的結合，科學家們能夠為每種應用定制材料的成分。他們選擇性地改變工具鋼的微觀結構，并通過添加粉末來增加所涂覆涂層的硬度。即使加入少量的碳化鈦也會導致硬度增加30%。

項目經(jīng)理Marius Gipperich說：“有了新的工藝，我們現(xiàn)在可以快速靈活地響應不同的熱、化學和機械負荷，因為我們可以精確地調整韌性和硬度�！备鶕�(jù)Gipperich的說法，新的混合工藝可最大限度地減少表面磨損和延長部件的使用壽命。它比純粉末工藝更具成本效益，并且相對純金屬工藝提供了更大的材料靈活性。科學家們計劃將他們的方法應用于開發(fā)其他具有特殊性能的材料系統(tǒng)。他們還計劃將混合工藝用于成型工具的加工以及液壓部件摩擦磨損層的處理等應用。

目前，IPT團隊正在測試混合工藝在分級涂層系統(tǒng)生產(chǎn)中的應用。作為測試的一部分，該團隊計劃盡可能增加材料混合物的碳化鈦含量。由于碳化鈦會導致高殘余應力，增加焊接過程中開裂的可能性，研究小組計劃逐層調整碳化鈦的含量。