Исследование новой технологии сверхзвукового лазерного напыления

Abstract

Сверхзвуковое лазерное напыление (SLD) — это новый процесс нанесения и получения покрытий, при котором сверхзвуковой поток порошка, генерируемый в холодную струю (CS), проникает на подложку, которая одновременно облучается лазером. Этот процесс находит все большее применение для напыления покрытий и аддитивного изготовления металлических изделий благодаря ряду своих уникальных преимуществ: напыления (осаждения) в твердом состоянии плотных, однородных и непористых покрытий на подложку, высокой скорости процесса при сниженных эксплуатационных расходах без применения дорогостоящего газового нагрева и больших объемов гелия. Данный процесс открывает также новые возможности для эффективного напыления металлических порошков высокой твердости, которые, как правило, трудно напылять, используя только CS. На основе результатов исследования в статье проведен систематический обзор состояния дел в области применения способа сверхзвукового лазерного напыления с точки зрения выбора материалов, оптимизации процесса, определения свойств, конструкции оборудования и т.д. Были глубоко проанализированы существующие проблемы в данных аспектах и предложены соответствующие решения. Вместе с тем были детально разработаны потенциальные промышленные применения способа сверхзвукового лазерного напыления в различных областях. Рассмотрены также перспективы и проблемы, связанные с этой технологией, намечены направления дальнейших исследований и инноваций в сверхзвуковом лазерном напылении, как зарождающейся комбинированной технологии аддитивного производства с высокой эффективностью, низкими затратами и высоким качеством.

Supersonic laser deposition is a new coating and fabrication process, in which a supersonic powder stream generated in cold spray impinges onto a substrate which is simultaneously irradiated with a laser. It will be increasingly employed for depositing coatings and metal additive manufacturing because of its unique advantages: solid-state deposition of dense, homogeneous and pore-free coatings onto a range of substrate, high build rate at reduced operating costs without the use of expensive gas heating and large volumes of helium, and opening up a new opportunity for efficiently depositing high hardness metallic powders which are usually difficult to be deposited solely by cold spray. Based on the current research results in our group, this paper systematically reviews state-of-the-art of supersonic laser deposition technique at home and abroad, from the viewpoints of materials selection, process optimization, properties characterization, equipment design and so on. The existing issues in these aspects are deeply analyzed, and the corresponding solutions are tentatively proposed. Meanwhile, the potential industrial applications of supersonic laser deposition in various fields are elaborated in detail, as well as the future perspectives and challenges facing this technology, in order to provide insight for further investigations and innovation in supersonic laser deposition as an emerging combination additive re-manufacturing technology with high efficiency, low cost and high quality.