颠覆激光金属沉积，弗劳恩霍夫IWS推出“激光直接镀覆”新工艺

据外媒报道，弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所（IWS）的研究人员开发了一种名为“激光直接镀覆”（Laser Direct Plating）的新型激光技术，该技术相比现有工艺，能够以更快的速度、更高的能效和更低的成本生产金属镀层。

该工艺将带状金属螺旋式地缠绕在旋转对称的部件上，并利用激光能量在接触区域与基体材料形成冶金结合。基体材料保持固态，表面保持光滑，几乎不需要或只需要很少的后处理。用户可显著减少生产节拍时间、能源消耗和工艺成本。

激光直接镀覆技术将最小的热量输入与明确的成形力相结合。在结合界面处，氧化层破裂，新鲜的金属表面立即反应，形成持久的冶金结合。与激光金属沉积不同，该镀层不会大面积熔化，而是基本保持固相状态。这种机制降低了能源需求，提高了沉积速率，并确保了沿整个部件长度的镀层质量稳定性。

IWS热处理与热镀层部门负责人Marko Seifert表示：“我们的目标是尽可能减少甚至避免熔融相。我们用极少的能量激活接触区域，并在显著缩短的工艺时间内获得致密、均匀的镀层。”

功能原理与差异化
直接镀覆技术主要针对旋转对称部件。带状材料以恒定速度送进，螺旋式地缠绕在基体上，并在缠绕过程中与其结合。激光辐射仅将接触区域短暂加热至结合温度。热量和压力的共同作用形成了冶金结合。这使该工艺区别于需要连续熔化镀层材料的激光金属沉积技术。激光直接镀覆直接在部件上生成功能层。

带状材料的送进速度可达每分钟数米，从而实现高沉积速率，达到研究所所称的“三位数千克每小时”的范围。有限的热影响将热影响区限制在直接的结合线上，并保护了基体的微观结构。镀层表面呈现出均匀的、类似轧制的纹理；车削、磨削和抛光所需的后续加工工作量大大减少。在一个工业参考案例中，一个液压缸的镀覆时间从约20小时缩短到了约6小时。根据不同配置，能耗可降低高达90%。

设计与材料
螺旋式沉积形成明确的对接接缝，并通过后续的结合步骤将其密封。对于腐蚀关键的应用，多层设计被证明是有利的，因为从第二层开始，相似的材料相互结合，最大程度地减少了稀释。典型的单层镀层厚度范围约为1毫米至3毫米。多层堆叠的总厚度可达数厘米。沿部件长度方向进行选择性体积堆积，还可以实现定制的轮廓成型。在不同层使用不同的材料，可以制造出多功能镀层。

激光直接镀覆技术改进了液压缸、工艺辊和成型辊、以及滑动轴承的耐磨和耐腐蚀镀层。在修复磨损的轧辊时，该工艺可以有目标地重建缺失的体积。这节省了材料并缩短了停机时间。

IWS已为激光直接镀覆技术提交了专利申请，并建立了一个用于处理长度达2米部件的试点系统。开发团队正在验证应用场景，确定工艺窗口，并使用演示件展示其经济可行性。技术规模的扩大正与系统制造商和工业合作伙伴合作进行。目标是建立一个稳健的设计，以实现具有明确定义的节拍时间和质量指标的批量生产。