Laser Cladding

Laser Cladding – oft auch als Metal Deposition (LMD) bezeichnet – generiert Poren- und rissfreie Beschichtungen mit hoher Oberflächenqualität und außergewöhnlicher Haltbarkeit zum Verschleiß- oder Korrosionsschutz von Bauteilen.

Laser Cladding – Das Verfahren

Laserauftragschweißen – auch Laser Cladding genannt – wird wahlweise als Draht- oder Pulverauftragschweißen realisiert. Der Laserstrahl erzeugt auf der Werkstückoberfläche ein Schmelzbad, dem zugleich das Beschichtungsmaterial (Draht bzw. Pulver) zugeführt und vom Laser mit aufgeschmolzen wird. Die Einwirkzeit ist kurz und verursacht nur geringen Verzug, die Abkühlung vollzieht sich schnell. Ergebnis ist eine Schicht, die metallurgisch mit dem Grundmaterial verbunden ist. Sie ist strapazierfähiger als Beschichtungen, die durch Thermisches Spritzen erzeugt werden und im Gegensatz etwa zum Hartverchromen gesundheitlich unbedenklich.

Die Prozessvorteile des Diodenlasers

Das Top-Hat Strahlprofil des Diodenlasers erzeugt ein besonders gleichmäßiges Schmelzbad, das feinkörnige, poren- und rissfreie Beschichtungen der Werkstoffe hervorbringt. Nachbearbeitungen werden so auf ein Minimum reduziert. Integriert in Anlagen für das vom Fraunhofer ILT entwickelte Extreme Hochgeschwindigkeits-Laser-Auftragschweißen (EHLA) eignen sich unsere Diodenlaser auch zur Erzeugung sehr dünner Beschichtungen, wie sie bisher nur durch Hartverchromen realisiert werden konnten.

Vorteile auf einen Blick

  • geringe Einwirkzeit und Einwirktiefe des Lasers
  • metallurgische Verbindung von Schicht- und Grundmaterial
  • Schichten beständiger als thermische Spritzschichten 
  • hohe Oberflächenqualität und geringer Verzug, kaum Nachbearbeitungen erforderlich
  • kurze Bearbeitungszeiträume, hohe Energieeffizienz 

Anwendungsbeispiele

Quelle: Technogenia

Bohrwerkzeuge

Die Erschließung von Erdöl- und Erdgasfeldern setzt hochleistungsfähige Bohrwerkzeuge voraus. Sie unterliegen enormer Beanspruchung und würden ohne Verschleißschutz keine lange Lebensdauer erreichen. Aus diesem Grund sind seit langem Spezialbeschichtungen Standard, die immer häufiger durch Laserauftragschweißen realisiert werden. Laserline LDM und LDF Diodenlaser erzielen hier hervorragende Ergebnisse: exzellente Anhaftung, hohe Präzision, nahezu keinerlei Porosität und begrenzte Rissbildung bei hohem Härtegrad und geringster Verformung. Die entstehende Oberfläche bedarf in den meisten Fällen keiner weiteren maschinellen Bearbeitung mehr. Konventionelle Hartpanzerungsverfahren wie etwa das Plasma-Pulver-Auftragschweißen erzielen demgegenüber keine ausreichend lange Lebensdauer.

Für Kunden aus der Ölförderungs-, Bergbau-, Hütten-und Papierindustrie beschichtet Technolgenia mithilfe von Laserline Diodenlasern Bauteile mit einem speziellen Wolframkarbitpulver.

Quelle: Oerlikon Metco

Landmaschinen

Die typischen Karbidschichten, die Sägeblätter, Scheibeneggen oder Gegenschneiden vor Verschleiß und Korrosion schützen sollen, lassen sich mit Diodenlasern optimal realisieren. Ihr ruhiges Schmelzbad hinterlässt keine Verunreinigungen, außerdem gibt es dank der gleichmäßig oberflächlichen Wärmeeinwirkung keinen Verzug. Neben Eisenkarbidschichten sind ebenso Schichten aus Wolfram- oder Chromkarbid möglich.

Quelle: Fraunhofer ILT

High-Speed-Cladding statt Hartverchromung

Seit die Hartverchromung, bis dato eines der erfolgreichsten Beschichtungsverfahren, von einem EU-weiten Verbot bedroht ist, sucht die Industrie nach Alternativen. Laserbasiertes Auftragschweißen schien bisher kaum in Frage zu kommen, weil das Verfahren zu langsam war und keine hinreichend dünnen Beschichtungen ermöglichte. Das Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT) hat jedoch ein patentiertes Verfahren entwickelt, das hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei geringen Schichtdicken ermöglicht und mit weniger Laserleistung auskommt, als herkömmliches Auftragschweißen: das Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA). Laserline Diodenlaser werden erfolgreich im High Speed Cladding eingesetzt. Das Verfahren wurde zunächst nur für die Beschichtung rotationssymmetrischer Komponenten konzipiert, soll perspektivisch aber auch für das Laser Cladding anderer Bauteile zur Verfügung stehen.