Suurnopeuslaser pinnoittaa koneita korroosiolta ja kulumiselta

Suurnopeuslaserpinnoitus tarjoaa nopean ja ympäristönkin kannalta kestävän tavan suojata metalliseoksia korroosiolta ja korjata vaurioituneita koneenosia. Tämä käy ilmi Tampereen yliopiston Nopsa-hankkeen tutkimuksesta, joka selvittää pinnoitusmenetelmän soveltuvuutta metallien 3D-tulostukseen ja suojaamiseen mikrobeilta.

Suurnopeuslaserpinnoitus (Extreme High-Speed Laser Cladding, EHLA) on korkean materiaalitehokkuuden pinnoitusmenetelmä, joka yhdistää laserpinnoituksen ja termisen ruiskutuksen hyvät puolet. Menetelmällä voidaan valmistaa sulaliitoksella kiinnittyviä ohuita ja täysin tiiviitä korkealaatuisia metalli- ja metallimatriisikomposiittipinnoitteita erilaisten metalliseosten päälle suurella tuottavuudella. Pinnoitusta valmistuu noin neliön verran tunnissa.

Menetelmän on alun perin kehittänyt saksalainen Fraunhofer-instituuttti ja se perustuu perinteiseen laserjauhepinnoitukseen. Laserjauhepinnoituksen etuja ovat monipuolinen lisäainevalikoima sekä mahdollisuus sekoitella jauheita keskenään ja lisätä niihin kovapartikkeleita, kiinteitä voiteluaineita ja ytimenmuodostajia haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi.

’’Menetelmässä yhdistyvät termisen ruiskutuksen suuri tuottavuus, korkea pinnanlaatu ja alhainen lämmöntuonti laserpinnoitteen erinomaiseen kiinnipysyvyyteen ja korroosionsuojauskykyyn, selvittää yliopistotutkija Jari Tuominen, joka vetää Nopsa eli  Nopeasta pinnoitusmenetelmästä etua teollisuuteen -hanketta Tampereen yliopistossa.

EHLA-menetelmän olennaisin ero perinteiseen laserjauhepinnoitukseen on korkeampi tehotiheys (W/mm2), joka saavutetaan käyttämällä pienempää polttopistettä (Ø1-2mm). Korkea tehotiheys mahdollistaa suuret liikenopeudet (~20-100m/min), jonka ansiosta voidaan valmistaa ohuita (0.1-0.5mm) yksikerrospinnoitteita alhaisella seostumalla.

Lähtöaineena käytettävän jauheen pieni partikkelikoko (10-50µm) mahdollistaa jauhesuihkun kohdistamisen tarkasti myös pienempään polttopisteeseen.

’’Maailmalla EHLA-menetelmä korvaa jo ympäristölle ja ihmiselle haitallisen kovakromauksen. Menetelmä on ympäristön kannalta kestävämpi valinta, koska se on materiaalitehokas eikä aiheuta välittömiä päästöjä ympäristöön’’, kertoo Tuominen. Suurnopeuslaserpinnoituksella moninkertainen kovuus verrattuna kulutusta kestäviin teräksiin

Tampereen yliopiston EHLA-laitteisto koostuu CNC-ohjatusta sorvista, noin yhden mikrometrin aallonpituudella toimivasta jatkuvatoimisesta kuitulaserista (3kW), kahdella jauheensyöttösuppilolla varustetusta jauheensyöttimestä sekä koaksiaalisesta jauhepinnoituspäästä.

Tasomaisten kappaleiden pinnoituksessa pinnoitettavan kappaleen liikuttelulaitteena käytetään rinnakkaisrakenteista robottia. Kaksi jauheensyöttösuppiloa mahdollistaa esimerkiksi erilaisten monimateriaali- ja gradienttirakenteiden valmistuksen jauhesuhteita lennossa muuttamalla.

Tampereen yliopistob Nopsa-hankkeessa tutkijat selvittävät EHLA-menetelmän mahdollisuuksia erilaisten korroosionsuoja- ja kovapinnoitteiden valmistamiseen sekä vaurioituneiden koneenosien korjaukseen tai uudelleenvalmistukseen. NOPSA-hanketta rahoittaa Euroopan aluekehitysrahaston REACT-EU osana Euroopan unionin COVID-19-pandemian johdosta toteuttamia toimia.

Lisää: Tampereen yliopiston Nopsa-tutkimushankkeen sivut (LINKKI).

Kuva: Tampereella Nopsa-hankkeessa valmistettuja EHLA-pinnoitteita.