クラッディング（金属加工）

クラッディングとは、異なる金属を接合することです。金属を固定する方法としては、溶融溶接や接着とは異なります。クラッディングは、2 つの金属をダイに押し出すことや、シートを高圧でプレスまたは圧延することで実現されることが多いです。

米国造幣局は、異なる金属から硬貨を製造する際にクラッドを使用しています。これにより、より安価な金属を充填材として使用できます。たとえば、1965 年以降に鋳造された 10 セント硬貨と 25 セント硬貨のコアは純銅で作られており、製造時に 75% の銅と 25% のニッケルがクラッド層に含まれています。1965 年から 1969 年にかけて流通用に、また 1970 年に収集家向けに鋳造された 50 セント硬貨にもクラッドが組み込まれていますが、これらの硬貨の場合、コアは銀 20.9% と銅 79.1% の混合物で、クラッド層は銀 80% と銅 20% でした。1971 年以降に鋳造された 50 セント硬貨は、10 セント硬貨と 25 セント硬貨と同じように製造されています。

レーザークラッディングは、高出力マルチモード光ファイバーレーザーを使用して金属コーティングや精密な部品の修復を行う積層造形手法である。^[1]

ロールボンディング

ロール接合では、異なる金属の2層以上を徹底的に洗浄し、十分な圧力をかけながら一対のローラーに通して層を接合する。この圧力は金属を変形させ、クラッド材の合計厚さを減らすのに十分な高さである。特に金属に十分な延性がない場合には、熱を加えることがある。応用例として、シートの接合は1枚のシートにパターンを描くことで制御でき、むき出しの金属表面のみが接合され、シートを加熱してコーティングを蒸発させると、接合されていない部分が膨らむ。これは冷凍装置の熱交換器を作るのに使われている。 ^[2]

爆発溶接

爆発溶接では、化学爆薬のシートを爆発させることで、2 つの層を接合する圧力が与えられます。金属間の接合部には熱影響部は生成されません。爆発はシート全体に広がり、シート間の不純物や酸化物を排出する傾向があります。最大 4 x 16 メートルのピースを製造できます。このプロセスは、金属シートを耐腐食層で被覆するのに便利です。^[2]

レーザークラッディング

レーザークラッディング^[3]^[4]は、粉末またはワイヤの原料をレーザーで溶融・固め、基板の一部をコーティングしたり、ニアネットシェイプ部品を製造したりする材料堆積方法（積層造形技術）である。

これは、機械的特性の改善や耐食性の向上、摩耗した部品の修理、^[5]^[6]、金属マトリックス複合材の製造によく使用されます。^[7] 表面材料は、高応力部品に直接レーザークラッディングされ、自己潤滑性表面を作成することができます。ただし、このような変更には、効率的な大量生産に適応させるために、クラッディングプロセスのさらなる工業化が必要です。表面トポグラフィー、レーザークラッディング材料の材料構成、潤滑剤の添加剤パッケージの組成がトライボロジー特性と性能に及ぼす詳細な影響に関するさらなる研究は、トライボメトリックテストで研究することが望ましいです。

プロセス

レーザーは、コーティングする基板上に滴下された金属粉末を溶融するために使用されます。溶融した金属は基板上にプールを形成します。基板を移動させることで、溶融プールが固体金属のトラック内で凝固します。一部のプロセスでは、レーザーと粉末ノズルアセンブリを固定基板上で移動させて、凝固したトラックを作成します。基板の動きは、固体オブジェクトを一連のトラックに補間するCAMシステムによってガイドされ、軌道の終わりに目的の部品が生成されます。

自動レーザークラッディングマシンは、現在も研究開発が進められています。レーザー出力、レーザー焦点、基板速度、粉末注入速度など、プロセスパラメータの多くは手動で設定する必要があり、適切な結果を得るには専門技術者の注意が必要です。センサーを使用して堆積トラックの高さと幅、冶金特性、温度を監視することで、最終製品の製造に技術者が常に監視する必要がなくなりました。さらに、ユーザー定義のアプリケーション (微細構造、内部応力、希釈ゾーン勾配、クラッド接触角など) の特定の冶金特性に基づいてシステムパラメータを開発するフォワードプロセスに関する研究が進められています。

利点

あらゆる形状のコーティングに最適な技術 => 摩耗部品の寿命を延ばします。
部品を修理するための特別な処置（部品の金型がもう存在しない場合や、新しい製造に時間がかかりすぎる場合に最適です）。
段階的な材料の適用に最適な技術です。
ニアネットシェイプ製造に適しています。
トラックと基板間の希釈度が低い（他の溶接プロセスとは異なり、冶金結合が強力）。
基板の変形が少なく、熱影響部(HAZ) が小さい。
高い冷却速度 => 微細組織が良好。
材料の柔軟性が非常に高い（金属、セラミック、さらにはポリマー）。
組み立てられた部品には亀裂や多孔性がありません。
コンパクトなテクノロジー。

参照

参考文献

^ 「レーザークラッディングアプリケーション | IPG Photonics」。ipgphotonics 。 2022年6月23日閲覧。
^ ab Bralla, James G.製造プロセスハンドブックIndustrial Press 2007 ISBN 978-0-8311-3179-1 310-312ページ
^ Vilar, R. (1999). 「レーザークラッディング」.レーザー応用ジャーナル. 11 (2): 64–79. Bibcode :1999JLasA..11...64V. doi : 10.2351/1.521888 .
^ Toyserkani, Ehsan; Stephen Corbin; Amir Khajepour (2004)。レーザークラッディング。フロリダ州ボカラトン：CRC Press。
^ Capello, E.; Colombo, D.; Previtali, B. (2005). 「 ワイヤーによるレーザークラッディングを使用した焼結工具の修復」。Journal of Materials Processing Technology。164–165 : 990–1000。doi :10.1016/j.jmatprotec.2005.02.075。
^ Brandt, M.; Sun, S.; Alam, N.; Bendeich, P.; Bishop, A. (2009). 「発電所のタービンブレードのレーザークラッディング補修：研究から商業化まで」International Heat Treatment & Surface Engineering . 3 (3): 105. doi :10.1179/174951409X12542264513843.
^ Yakovlev, A.; Bertrand, P.; Smurov, I. (2004). 「耐摩耗性金属マトリックス複合コーティングのレーザークラッディング」. Thin Solid Films . 453–454: 133–138. Bibcode :2004TSF...453..133Y. doi :10.1016/j.tsf.2003.11.085.

外部リンク

ウィキメディア・コモンズのクラッディングに関連するメディア

[1] 「レーザークラッディングアプリケーション | IPG Photonics」。ipgphotonics 。 2022年6月23日閲覧。

[BRALLA07-2] Bralla, James G.製造プロセスハンドブックIndustrial Press 2007 ISBN 978-0-8311-3179-1 310-312ページ

[Vilar1999-3] Vilar, R. (1999). 「レーザークラッディング」.レーザー応用ジャーナル. 11 (2): 64–79. Bibcode :1999JLasA..11...64V. doi : 10.2351/1.521888 .

[Toyserkani2004-4] Toyserkani, Ehsan; Stephen Corbin; Amir Khajepour (2004)。レーザークラッディング。フロリダ州ボカラトン：CRC Press。

[Capello2005-5] ^ Capello, E.; Colombo, D.; Previtali, B. (2005). 「 ワイヤーによるレーザークラッディングを使用した焼結工具の修復」。Journal of Materials Processing Technology。164–165 : 990–1000。doi :10.1016/j.jmatprotec.2005.02.075。

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[Yakovlev2004-7] Yakovlev, A.; Bertrand, P.; Smurov, I. (2004). 「耐摩耗性金属マトリックス複合コーティングのレーザークラッディング」. Thin Solid Films . 453–454: 133–138. Bibcode :2004TSF...453..133Y. doi :10.1016/j.tsf.2003.11.085.