增材制造工艺中的丝基和粉基激光熔覆复合

来源：Photonics

德国弗劳恩霍夫生产技术研究所(Fraunhofer Institute for Production Technology-IPT) 的一团队引入了一种增材制造(AM)工艺，该工艺结合了丝基和粉基激光熔覆。根据该团队的说法，混合工艺生产的保护工具涂层比通过传统激光熔覆方法生产的涂层更耐磨、成本更低、更可节约资源，且这种混合工艺也比单纯的丝基方法更灵活。在利用率、经济性等方面都独具优势。

▲由IPT公司的一个团队开发的混合增材制造工艺生产的工件涂层比其他方法生产的涂层更耐磨、更节约资源、更具成本效益。来源：IPT

激光熔覆通过激光金属沉积(laser metal deposition-LMD)产生三维结构。在LMD过程中，用激光束加热工件表面，同时将粉末或金属丝形式的填充材料送入熔池。当填料熔化时，它会在表面形成一层涂层。多次重复，可以直接在工件表面形成一层又一层的涂层。LMD是一种应用保护涂层、修复受损组件以及改变工件形状的有效方法。

在IPT研究所的混合方法中，丝材和粉末材料在LMD同时加工。科学家们发现，通过将粉末形式的硬质材料颗粒添加到丝材中，他们可以首次使用LMD来调整涂层中的重要材料特性，例如硬度和韧性。为了确定不同应用的最佳材料组合，科学家们测试了各种材料。对于丝材，他们选择了具有高结构稳定性的热加工工具钢和具有良好焊接性的低合金钢。对于粉末材料，他们选择铬作为碳化物形成和晶粒细化的元素，以碳化钛作为硬质相。

通过粉末和金属丝的结合，科学家们能够为每种应用定制材料的成分。他们选择性地改变工具钢的微观结构，并通过添加粉末来增加所涂覆涂层的硬度。即使加入少量的碳化钛也会导致硬度增加30%。

项目经理Marius Gipperich说：“有了新的工艺，我们现在可以快速灵活地响应不同的热、化学和机械负荷，因为我们可以精确地调整韧性和硬度。”根据Gipperich的说法，新的混合工艺可最大限度地减少表面磨损和延长部件的使用寿命。它比纯粉末工艺更具成本效益，并且相对纯金属工艺提供了更大的材料灵活性。科学家们计划将他们的方法应用于开发其他具有特殊性能的材料系统。他们还计划将混合工艺用于成型工具的加工以及液压部件摩擦磨损层的处理等应用。

目前，IPT团队正在测试混合工艺在分级涂层系统生产中的应用。作为测试的一部分，该团队计划尽可能增加材料混合物的碳化钛含量。由于碳化钛会导致高残余应力，增加焊接过程中开裂的可能性，研究小组计划逐层调整碳化钛的含量。