Ultraschallunterstützte Vibrationsplattform

1. Technische Übersicht

Definition：
Ultraschall-2D-Vibration-Laserbeschichtung ist eine Technologie der additiven Herstellung, die eine Laserbeschichtung kombiniert (Laserbeschichtung(mit Ultraschall)Ultraschallvibration(Vorteile). Durch Einführung zweidimensionaler Vibrationen (z.B.XYDie Mikrostrukturen, die Restspannungsverteilung und die Oberflächengüte der Beschichtung können weiter verbessert werden.

Kernkomposition：

·Laserschmelzsystem: Hochleistungslaser (z. B. Faserlaser), Pulverförderungssystem (Pulver oder Filament), Bewegungssteuerplattform.

·Ultraschall-Vibrationsgerät: Ultraschallgenerator, Umrichter, Widerstandsstange, 2D-Vibrationstisch (oder Vibrationskopf).

·SteuerungssystemSynchronische Steuerung der Laserparameter und der Vibrationsfrequenz/Amplitude und Bewegungsweg.

2. Technische Grundsätze

·Laserschmelze: Der Laserstrahl schmelzt die Oberfläche des Substrats zur Bildung eines Schmelzeckens, während Metallpulver zur Bildung einer Beschichtung der metallurgischen Bindung transportiert wird.

·Ultraschallwirkung：

oderKavalisierungseffekt: Ultraschall erzeugt Mikroblasen im Schmelzebecken, die beim Bruch Energie freisetzen und das Korn verfeinern.

oderSchallstromeffekt: Förderung der Konversion im Schmelzebecken, gleichmäßige Komponentenverteilung und Verringerung der Luftporen/Gemischt.

oderVibrationshilfeZweidimensionale Vibrationen können die Wachstumsrichtung der Kristalle brechen, das Gewebe weiter verfeinern und die Restspannung reduzieren.

3. Technische Merkmale

Vorteile：

·Verbesserung der MikroorganisationDie Korngröße wird deutlich reduziert (bis zum Nanometer), die Härte und die Verschleißbeständigkeit verbessert.

·Mängel reduzierenReduzierung der Luftporen (kann reduziert werden)30%~50%(Rissempfindlichkeit).

·RestspannungsregelungDie durch Vibrationen eingeführte plastische Verformung kann die thermische Spannung ausgleichen und die Müdigkeitslebensdauer erhöhen.

·Gleichmäßigkeit der Beschichtung: Zweidimensionale Vibrationen machen die Schmelzeschicht stärker konsistent, die Oberflächenrauhe (Ra(kann reduziert werden)20%~40%.

Herausforderungen：

·Komplexe Prozessparameter (Optimierung der Laserleistung, Scangeschwindigkeit und Vibrationsfrequenz)/Breite usw.).

·Die Integration von Ultraschallgeräten und Laserkopfen ist schwierig.

·Die Kosten sind höher als die herkömmliche Laserbeschichtung.

4. Wichtige Prozessparameter

·LaserparameterLeistung (500 ~ 3000WLichtdurchmesser (0,5 ~ 3 mmScangeschwindigkeit (5 ~ 20mm / s).

·Vibrationsparameter：

oderFrequenz:20 bis 40kHz(Ultraschallbereich) oder niederfrequente Vibrationen (< 1 kHz).

oderBreite:5 bis 50 μm(Die zweidimensionalen Schwingungen müssen der Richtung entsprechen.)

·MaterialauswahlNickelbasislegierungen (z.B.Inconel 625Kobaltbasierte Legierungen, Edelstahl, Titanlegierungen usw.

5. Anwendungsbereich

·Luft- und Raumfahrt: Verschleißbeständige Beschichtung der Turbinenblatte, Reparatur von Hochtemperaturlegierungen.

·Energieausrüstung: Kernventildichtungsflächenverstärkung, Reparatur von Gasturbinenblatten.

·AutomobilherstellungMotorteile wiederhergestellt werden.

·Medizinische Geräte: Funktionale Oberflächenbeschichtung von Titanlegierungs-Implantaten.

6. Forschung Fortschritte

·2020Literaturberichte Jahre später：

oderChinesische Wissenschaftler entdecken, dass zweidimensionale VibrationenTi6Al4VSchmelzkorngrößen von50 μmHinunter10μmFolgendes (Journal der Materialverarbeitungstechnologie).

oderDeutsches Team wird durch Ultraschall316LErhöhte Ermüdungsdauer von Edelstahlbeschichtungen200%(„Additive Fertigung).

·Zukunftsrichtungen：

oderMultiphysikalische Feldkopplungssimulation (Laser)-Ultraschall-Wärmekopplung).

oderIntelligente Parametersteuerung (KIEchtzeit-Optimierung von Vibrationen und Laserparametern).

7. Literaturverzeichnis

1. Zhang et al. (2021). "Auswirkungen der Ultraschallvibration auf die Mikrostruktur und Eigenschaften des laserbekleideten Inconel 718".Materialien & Design.

2. Wang et al. (2022). "2D-Vibrationsgestützte Laserbeschichtung: Ein neuer Ansatz zur Reduzierung der Restspannung".Journal der Herstellungsprozesse.