CN115379918A - 用于生产和再加工通过激光熔覆施加的层的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于激光熔覆的装置(1)、用于操作这种装置的方法(100)和使用这种方法和/或这种装置生产的部件(4')，该装置包括：具有设置在其上的至少一个激光熔覆头(3)的激光熔覆单元(2)；用于向激光熔覆头供应待施加的材料(M)的一个或更多个材料源(5)；和用于向激光熔覆头供应激光(L)以执行激光熔覆的激光束源(6)，其中该装置被配置成将材料层(42、43、44)以至少一个第一层(42)和一个第二层(43)的形式从相邻施加熔覆迹线(MS)施加到部件(4)的表面(41)，第一层(42)由包括从该第一层的表面突出并具有第一硬度(H1)的结构(42s)的材料(M)构成，第二层(43)由具有小于第一硬度的第二硬度(H2)的材料(M)构成，并且控制该施加过程，使得第二层至少部分地覆盖从第一层突出的结构。

Description

用于生产和再加工通过激光熔覆施加的层的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于激光熔覆的装置、操作这种装置的方法以及使用这种装置和/或这种方法制造的部件。
背景技术
激光熔覆是一种利用金属丝或粉末焊接材料对部件进行表面处理(例如涂覆、修补)和增材制造的工艺。由于对工艺设置中的调节误差的更大的鲁棒性和材料选择的更大的灵活性需求，主要使用粉末形式的焊接材料。通过粉末喷嘴以限定的角度将粉末引入到由激光束在部件的表面上产生的熔体池中。在激光辐射与熔融浴上方的粉末颗粒相互作用期间，部分激光辐射被粉末吸收。未被吸收的部分被(多次)反射或透射。被粉末颗粒吸收的部分辐射导致粉末颗粒的加热，辐射的透射部分产生熔体池。根据束-物质相互作用区中颗粒的加热程度，焊接材料的颗粒在进入熔体池之前是固体和/或部分或完全是液体。
如果部件现在相对于激光器和粉末进料移动，则熔体池的材料移出激光辐射的影响区域并固化以形成层。生产无缺陷的熔融金属结合层的先决条件是提供足以引发确保基材和焊接材料熔融的温度-时间周期的工艺热。根据激光功率和其它工艺参数(例如进给速度、迹线距离、光束直径、材料进给等)的设置，发生或多或少显著的焊接材料和部件材料的混合。粉末可以横向或同轴地注入熔体池中。
利用通常的工艺控制，进给速率(即部件相对于激光束的相对速度)通常可以达到0.2m/min至2m/min之间。在DE 102011100456B4中公开的方法中，所供应的材料已经通过具有高功率的适当聚焦的激光束在表面上方熔化，这样使得材料已经以熔融状态到达该部件的表面上的熔融浴，这使得能够通过在≥150m/min范围内的进一步增加的进给速率来更快地处理该部件。利用根据DE 102011100456B4的方法，面积比率现在比使用常规方法控制的面积比率更大(因此涂覆持续时间更小)，但是尽管面积比率更大，DE 102011100456B4并未提供用于增加熔覆速率(每时间单位熔覆的粉末量)的任何方法。
根据熔体池的空间范围，材料被熔覆在较宽或不太宽的熔覆迹线中，其厚度在熔覆迹线的宽度上变化。垂直于激光束在部件上移动的进给方向的这种熔覆迹线的横截面通常是圆顶形的，在熔覆迹线的中心具有最大层厚度，并且厚度朝着熔覆迹线的边缘朝零减小。当通过激光熔覆将材料熔覆在一个区域上时，熔覆迹线彼此相邻地熔覆并且可以至少部分重叠。作为层熔覆的材料的所得层厚度在各个熔覆迹线上变化。此外，熔融浴的移动和粘附的、仅部分熔融的粉末颗粒通常导致高度的表面粗糙度(与常规的制造相比，例如车削、铣削、研磨)。如果希望熔覆材料的平坦层作为最终产品，则必须对熔覆层进行再加工。
这种再加工是耗时的。根据层的波纹度和粗糙度，为了平滑可能必须再次去除大量的熔覆材料。特别是在硬层或复合层中的硬颗粒的情况下，常规的光滑化导致耗时的再加工步骤，这可能导致平滑剂上的相当大的机械打磨并因此增加加工成本。
特别是在包含硬质材料颗粒的层系统的情况下，打磨平滑剂的成本份额可相当于价值链的相当大的部分。因此，希望使精加工操作简单、可靠且较少的打磨过程。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种有效的激光熔覆工艺，该工艺能够实现简单、可靠且较少的密集打磨的再加工工作。
该任务通过一种用于激光熔覆的装置来解决，该装置包括：激光熔覆单元，其上布置有至少一个激光熔覆头；一个或更多个材料源，用于向激光熔覆头供应待熔覆的材料；以及激光束源，用于向激光熔覆头供应用于执行激光熔覆的激光。该装置被配置成将材料层以至少一个第一层和一个第二层的形式从相邻的熔覆迹线施加到部件的表面，该第一层由包括从第一层的表面突出并具有第一硬度的结构的材料构成，该第二层熔覆在第一层上并由具有小于第一硬度的第二硬度的材料构成，其中，以如下方式控制施加过程，使得第二层至少部分地覆盖从第一层突出的结构。
在术语方面，进行如下说明：
首先，应当明确指出的是，在本专利申请的上下文中，不定冠词和诸如“一个”、“两个”等的数字表示通常被理解为“至少”，即“至少一个”、“至少两个”等，除非其从相应的上下文中清楚地指出，或者对于本领域的技术人员来说，显然或技术上必须要有“正好一个”、“正好两个”等的意思。
术语“激光熔覆”是指其中在待加工部件的方向上穿过激光熔覆头的材料(例如粉末形式的材料)借助于激光束在由激光束在部件的表面上产生的熔融浴中熔融的所有方法，所述激光束也由激光熔覆头在待加工部件的方向上引导穿过材料，并且因此将材料熔覆在也已经被激光束熔化的部件的表面上。随后固化的材料以熔覆迹线的形式作为焊接到表面的材料保留在那里。如果熔覆迹线彼此相邻地熔覆或者甚至至少部分地重叠，则部件就能以这种材料层的形式被覆盖。激光熔覆头包括例如用于激光束的光学系统和粉末进料喷嘴，该粉末进料喷嘴包括用于待熔覆材料的调节单元，如果需要，还具有集成的局部保护气体供应。也可以如此引导激光束，使得材料在激光束中熔化，例如通过其焦点在部件表面上方的激光束。
术语“激光熔覆单元”是指包括一个或更多个激光熔覆头的元件。在本文中，一个或更多个激光熔覆头可以例如安装在激光熔覆单元的支撑板上。优选地，可以如此实现彼此之间的附接，如果有多个激光熔覆头，则激光熔覆头可以相对于彼此移动。此外，激光熔覆单元作为一个整体可以在空间上可移动地布置在装置中，例如布置在装置的调节单元上。作为一个实施方式，激光熔覆单元可以设置在机器人臂上，该机器人臂可以根据需要通过适当的横向曲线在空间上移动激光熔覆单元。这里激光熔覆头的数量至少是一个。因此，激光熔覆单元中也可以包括两个、三个、四个、五个或更多个激光熔覆头。该装置中可以存在多少激光熔覆头通常是几何问题，并且由激光熔覆头的尺寸和待处理的部件来确定。
术语“激光熔覆头”是指这样的单元，该单元借助于通过它的激光束在要处理的部件的表面上产生激光熔覆点，并且该单元在激光束到达部件的表面的路径上熔化(也通过该单元的)激光束中的材料，使得当激光束撞击部件的表面时，材料被焊接到该部件上。术语“激光熔覆点”是指部件表面上的空间位置，熔融材料在这里通过激光熔覆而被熔覆在表面上。激光熔覆点也可以被称为熔覆材料的熔化区域，被激光熔化的材料在这里与部件的表面相遇。
熔覆材料可以例如以粉末形式提供用于激光熔覆。这里，可以使用适合于激光熔覆的任何材料作为该材料。例如，该材料可以包括金属和/或金属-陶瓷复合材料(所谓的MMC)或由它们构成。本领域技术人员可以选择适合于特定激光熔覆工艺的材料。这里，该材料可以从单个传送单元被提供至激光头。然而，该装置也可以包括多个传送单元，借此可以向激光熔覆头供应不同的材料，使得由不同的激光熔覆头产生的熔覆迹线可以包括相同或不同的材料，或者在激光熔覆期间向一个或更多个激光熔覆头供应材料可以从一个传送单元向具有不同材料的另一个传送单元改变或切换。材料层由以至少部分重叠的方式彼此相邻熔覆的材料迹线制成。其中，为部件的表面提供材料层需要多少个彼此相邻布置的材料迹线取决于相应材料迹线的材料宽度。该材料宽度由激光熔覆头的设计细节确定，例如材料喷射宽度、激光能量、激光焦点的延伸和/或处理速度。
激光辐射通过一个或更多个激光束源来提供。本领域技术人员可以选择合适的激光束源用于激光熔覆。
术语“在部件的表面上”是指在各个激光熔覆点扫过该表面时部件的当前表面。在开始激光熔覆之前，部件的表面不必是部件的原始表面。部件的表面也可以是已经被熔覆有熔覆迹线的表面或熔覆材料层的表面，因为熔覆材料层在熔覆之后是被熔覆到前一表面，因此其本身可以表示用于后续熔覆迹线的部件表面。
“突出结构”在此被定义为偏离理想平坦表面的表面纹理。纹理可以以表面粗糙度的形式在数值上确定。这些结构可以部分地在第一层内，并仅以其结构的一部分从第一层突出，本发明仅考虑实际上从第一层突出的结构的部分。已经被第一层包封的结构部分对于熔覆层的再加工来说是无关紧要的。这种突出结构可能例如在复合材料的熔覆期间由包含在其中的第二材料形成。在一个实施方式中，第一层包括复合材料，该复合材料包括具有低于第一硬度的第三硬度的基体材料，优选地，第一层包括复合材料，并且该结构至少部分地嵌入所述基体材料中。这里，复合材料可以是包含形成结构的晶粒的金属-陶瓷复合材料。例如，这种晶粒是碳化物晶粒。这种材料的特征尤其在于它们的高耐磨性，并且可以用作例如制动涂层。在这种情况下，由碳化物、氮化物、氧化物或类似材料制成的针形成在通过激光熔覆产生的这种层的表面上。针的高度可高达熔覆层的一半，而针的直径明显小于其高度。
在一个实施方式中，第二层的材料是金属或金属合金。金属层可以以限定的方式容易地进行再加工。在优选实施方式中，第二层的材料是第一层的基体材料。这允许在第一层和第二层之间产生良好的材料结合，因为第一层与第二层的区别仅在于存在从第一层突出的结构。
通过至少部分地覆盖这些突出结构，与具有这种结构的仅具有一个熔覆的第一层的部件相比，表面粗糙度得以降低。在这种情况下，这些结构分别具有最高点，并且在相邻结构之间的谷中，每个相邻结构具有分配给它们的最低点，相应结构的最高点与最低点之间的距离表示其高度，并且第二层覆盖从第一层突出的结构，至少达到所有结构的平均高度的20％、优选至少40％、更优选至少60％、特别优选至少80％。在一个实施方式中，第二层完全覆盖从第一层突出的结构。由于第二层由硬度低于突出结构的硬度的材料构成的事实，部件的再加工变得容易，或者在仅有小高度的结构从第二层突出的情况下也不必进行再加工，因为在这种情况下，所获得的表面粗糙度可能已经满足作为产品的涂覆部件的要求。在完全覆盖从第一层突出的结构的情况下，涂覆部件的表面粗糙度对应于第二层的表面粗糙度。由于第二层具有低硬度的事实，第二层突出到结构上方的区域可通过再加工轻易地去除，因此该结构并不决定经涂布部件的表面粗糙度，但仍然对由第一层和第二层构成的整个层的强度具有显著影响。具有完全覆盖的第二层的部件可用作例如钻头或用于钻头中以改善外部磨损保护。具有不完全覆盖的第二层的部件可以用作例如制动盘，因为由结构和第二层提供的摩擦是足够的。术语“第一层”和“第二层”并不意味着在“第一层”与部件表面之间不能有其它层。例如，“第三层”或其它层可以位于第一层与部件之间。
该装置还可以包括控制单元，用于控制激光熔覆工艺以及(如有必要的话)再加工，其可以是任何适合的控制单元，例如在激光熔覆和/或再加工期间在其上安装并执行适当的控制程序的处理器或计算机单元。
根据本发明的装置能够执行有效的激光熔覆工艺，这使得能够进行简单、可靠且较少密集打磨的再加工工作。
在另一实施方式中，该装置还包括材料去除单元，该材料去除单元被提供用于当第一层未被完全覆盖时至少部分地去除从第二层突出的该第一层的结构，或者用于然后当第一层的结构被第二层完全覆盖时部分地去除该第二层。
术语“材料去除单元”是指任何形式的去除单元，利用该去除单元可以从该层中去除层的材料而不会将该层从下面的层完全分离。材料去除过程可以是机械的、热的、化学的或其它类型的。在一个实施方式中，材料去除单元是打磨单元、铣削单元或激光熔化或激光烧蚀单元。材料去除单元可以与激光熔覆单元分开布置，或者连接到激光熔覆单元或集成在激光熔覆单元中。
在另一实施方式中，如在激光熔覆头的进给方向上所看到的，材料去除单元设置在激光熔覆头的下游。这允许在与激光熔覆工艺相同的工作步骤中进行材料去除工艺。如果需要，可以利用激光熔覆工艺的余热。
在另一实施方式中，从第二层突出的第一层的结构通过由材料去除单元蒸发或熔化而至少部分地去除。在这种情况下，材料去除单元可以被设计为光学单元，该光学单元可以将激光束引导到第二层的表面上，使得仍然从第二层突出的第一层的结构被热平滑。为此，该光学单元可以包括透镜、反射镜、光导或其它光学部件，它们可以被冷却或经受保护气体。这种热平滑化例如通过熔融和随后熔融成更平滑的表面或蒸发结构来进行。在这种情况下，材料去除单元使表面平滑，因为平滑处理以如下方式变换至少一些结构，使得它们由于平滑处理而消失或者至少在更理想表面的方向上尺寸减小。因此，材料去除单元的平滑降低了第二层的再加工表面的表面粗糙度。受到激光束热优先影响的结构是那些在待再加工的第二层表面的表面纹理或表面粗糙度中具有最大份额的结构。在再加工期间，如果待蒸发的结构是窄的和高的，则蒸发总是可以特别有效和精确地进行，使得结构的导热率与作为延伸体的熔覆材料层相比显著更低。在这种情况下，相应结构的蒸发可以部分地或完全地发生。例如，在具有由碳化物、氮化物、氧化物或类似材料制成的针形式的晶粒的金属-陶瓷复合材料的情况下，这是特别重要的，其中针的直径显著小于针仍然从第二层突出的高度。由于第二层已经至少部分地覆盖了该结构，所以要蒸发或熔化的结构部分小于它们从第一层突出的结构的高度。由于该结构的形状很细，由激光束注入的能量不会很快流过该结构进入第二层，从而剩余的针状体被更多地加热以致它们被蒸发而不会太多地加热熔覆的第二层。在表面上引导的激光束蒸发剩余的结构并使表面相当平滑。激光束在一连续工艺中平滑表面，在该连续工艺中，结构不被单独检测，而是根据它们的长度，在统计过程中通过激光束，从而被平滑或蒸发。优选地，激光熔覆头用作材料去除单元，因为光学部件和光源已经存在，并且激光束和光束引导的参数仅需要适应于材料去除目的。
在另选实施方式中，当第一层完全被第二层覆盖时，第二层在整个表面上被材料去除单元去除，至少直到到达该结构。为此目的，材料去除单元可以被设计成例如打磨、碾磨或其它机械处理单元。根据设计，这种材料去除单元可以在大面积上去除第二层，从而可以有效地进行再加工步骤，并且再加工时间尽可能短。
在另一实施方式中，材料去除单元被配置成当该材料去除单元由于去除过程而至少到达从第一层的表面突出的最高结构或其中一些最高结构时停止该去除。因此，从第一层突出的结构还不能决定第二层的表面粗糙度，从而不能决定涂覆部件的表面粗糙度，但是它们仍然实质上影响包括第一层和第二层的整个层的强度，这实质上有助于整个层封装的耐久性。
在另一实施方式中，材料去除单元包括传感器，其在去除过程中检测从仅去除具有第二硬度的材料到至少部分去除具有第一硬度的结构之间的过渡。传感器可以使用任何合适的技术来区分例如较软材料(第二层)与较硬材料(第一层的所述结构)、表面结构的变化、表面粗糙度和/或第一层与第二层之间的特性的其它差异。在一个优选实施方式中，该传感器被配置成用于检测在过渡处待去除的材料的变化的机械、光学和/或声学特性。为此，传感器可以是力传感器、扭矩传感器、转速传感器、表面粗糙度传感器、光学、触觉、电容、电感或声学传感器。
在另一实施方式中，该装置包括多个激光熔覆头，用于在部件的表面上(准)同时熔覆材料，所有这些激光熔覆头在装置中被提供有待熔覆的材料和用于执行激光熔覆的激光辐射。术语“(准)同时熔覆”是指激光熔覆的过程，其中每个激光熔覆头与通过其它激光熔覆头实现的其它熔覆迹线同时(提前或相继)在表面熔覆各个熔覆迹线。这种(准)同时熔覆同时发生，但发生在部件上的不同位置处，即发生在部件上的不同地点。因此，每单位时间熔覆到表面上的材料与激光熔覆头的数量成比例地增加。各个熔覆迹线可以彼此相邻，或者如有必要，至少部分重叠。如有必要，各个熔覆迹线也可以直接熔覆在彼此的顶部。通过几个激光熔覆头的材料的(准)同时熔覆能够实现比仅使用一个激光熔覆头更有效的激光熔覆工艺，对于宽范围的材料具有更高的熔覆速率，对于部件具有更短的工艺时间。为了实现更短的加工时间，与已知方法相比不需要增加进料速率，这提高了熔覆层的质量并有助于通过适当的加工进料速率避免层缺陷如裂纹形成。例如，当通过激光熔覆加工制动盘时，先前通常3至15分钟的加工时间可减少到小于1分钟。在另一实施方式中，各激光熔覆头施加由其产生的熔覆迹线，该熔覆迹线至少部分地与由其它激光熔覆头产生的相邻熔覆迹线重叠，从而将材料熔覆在表面上。
在另一实施方式中，激光熔覆点沿着表面上的进给方向生成具有材料宽度的熔覆迹线，其中相邻激光熔覆点的第一偏移在熔覆迹线的材料宽度的10％至90％之间、优选在40％至60％之间、特别优选为50％。术语“相邻激光熔覆点”是指两个激光熔覆点，这两个激光熔覆点产生熔覆到部件表面的材料的熔覆迹线，这两个激光熔覆点彼此相邻，并且如果需要，这两个激光熔覆点可以至少部分重叠，以便产生材料的表面熔覆。相邻激光熔覆点可以由相邻的激光熔覆头生成。这里，相邻激光熔覆点和/或激光熔覆头不一定指定彼此具有最小几何距离的激光熔覆点或激光熔覆头，而是或生成产生相邻熔覆迹线的那些激光熔覆点。由于相邻激光熔覆点彼此的至少第一偏移，可以有针对性地控制部件的预热，这简化了难以焊接的合金的处理，或者取决于合金，首先使之成为可能。适当大小的至少第一偏移还减少了所需的再加工量。
在另一实施方式中，部件表面上的相邻激光熔覆点在进给方向上彼此具有第二偏移。通过激光熔覆点的该第二偏移，也可以以目标方式控制部件的预热，特别是与第一偏移相互作用，这进一步简化了难以焊接的合金的处理，或者取决于合金，使其首先成为可能。具有适当尺寸的第二偏移，特别是在与第一偏移的相互作用中，还进一步减少了所需的再加工量。在这种情况下，除了熔覆它自己的熔覆迹线之外，具有到相邻熔覆迹线的第二偏移的激光熔覆头还可用于再熔覆相邻的熔覆迹线。
在另一实施方式中，该装置被配置成熔覆在该部件与第一层之间的至少一个第三层上。
本发明还涉及一种用于操作根据本发明的用于激光熔覆的装置的方法，该装置具有激光熔覆单元，该激光熔覆单元具有：布置在其上的至少一个激光熔覆头，该激光熔覆头用于以一个或更多个相邻熔覆迹线的形式将材料熔覆到部件的表面上，从而产生材料层；一个或更多个材料源，用于向激光熔覆头供应待熔覆的材料；以及激光束源，用于向激光熔覆头提供用于执行所述激光熔覆的激光；以及材料去除单元，用于处理所述熔覆材料，该方法包括以下步骤：
-熔覆至少第一材料层，所述第一材料层包括从第一层的表面突出并具有第一硬度的结构；
-施加第二材料层，所述第二材料层具有低于所述第一硬度的第二硬度，该第二层的层厚度的尺寸使得所述第二层至少部分地覆盖从所述第一层突出的结构。
利用根据本发明的方法，有效地执行激光熔覆工艺，这使得能够进行简单、可靠且较少密集打磨的再加工工作。
在所述方法的一个实施方式中，其中所述结构分别具有最高点，并且在相邻结构之间的谷中，所述相邻结构分别具有与其相关的最低点，相应结构的最高点与最低点之间的距离表示其高度，施加第二层直到第二层覆盖从第一层突出的结构至少达所有结构的平均高度的20％、优选至少30％、更优选至少40％、特别优选至少50％；另选地，该第二层也完全覆盖从第一层突出的结构。在后一种情况下，第二层的层厚度可以大于从第一层突出的最高结构的高度。
在另外的实施方式中，该方法包括以下另外的步骤：
-在所述结构未被所述第二层完全覆盖的情况下，通过材料去除单元至少部分地去除从所述第二层突出的所述第一层的结构，
或者
-在第一层的结构完全被第二层覆盖的情况下，通过材料去除单元部分地去除第二层。
在该方法的另一实施方式中，通过使结构蒸发或熔化的材料去除单元来执行结构的去除，优选地，激光熔覆头用作用于该目的的材料去除单元，或者通过材料去除单元在整个表面上去除第二层至少直到到达所述结构来执行第二层的去除。
在另外的实施方式中，该方法包括以下另外的步骤：
-当材料去除单元由于去除过程而至少到达从第一层的表面突出的最高结构或其中一些最高结构时，停止第二层的去除。
在另一实施方式中，该方法包括另一个步骤：通过材料去除单元的传感器来检测该去除过程中从仅去除该第二硬度材料到至少部分去除该第一硬度结构之间的过渡。在另一实施方式中，传感器检测在过渡处待去除的材料的变化的机械、光学和/或声学特性。
在另一实施方式中，在熔覆第一层之前，该方法包括将一个或更多个第三层熔覆到该部件上的另一步骤，然后将第一层熔覆到该第三层上。
在该方法的另一实施方式中，材料去除单元以类似于激光熔覆头的方式在部件的表面上移动。
在另一实施方式中，该方法包括在该装置中使用多个激光熔覆头来熔覆材料，该装置中的所有激光熔覆头都被提供有待熔覆的材料和用于进行激光熔覆的激光辐射。
本发明还涉及一种具有表面的部件，在该表面上通过根据本发明的装置或方法熔覆第一材料层，该第一材料层包括从该第一层的表面突出并具有第一硬度的结构，并且其中将第二材料层熔覆到该第一层上，该第二材料层具有小于该第一硬度的第二硬度，其中该第二层至少部分地覆盖从该第一层突出的这些结构，并且该第二层的表面或这些结构已经分别在该第一层和第二层的熔覆之后成形，使得这些结构不再从该第二层突出。在这种情况下，第二层的材料可以是金属或金属合金。这里，第一层可以包括具有基体材料的复合材料，该基体材料具有小于第一硬度的第三硬度，优选地，第一层包括复合材料，其中结构嵌入在基体材料中。这里，复合材料可以是包含形成结构的晶粒的金属-陶瓷复合材料，优选晶粒是碳化物晶粒。这里，第二层的材料可以是第一层的基体材料。这里，可以在熔覆第一层的表面上熔覆第三层。
上面列出的实施方式可以单独使用，或者在与权利要求中的相互依赖性不同的情况下以任何组合方式使用，以便设计根据本发明的装置或方法。
附图说明
本发明的这些和其它方面在附图中详细示出如下。
图1：根据本发明的用于激光熔覆的装置的实施方式；
图2：部件的侧视图，(a)具有第一层和从其突出的结构，以及(b)用第二层部分覆盖这些结构之后；
图3：根据本发明的用于激光熔覆的装置的另一实施方式，具有用于从第二层去除突出结构的材料去除单元；
图4：根据本发明的用于激光熔覆的装置的另一实施方式，具有用于去除完全覆盖突出结构的第二层的材料去除单元；
图5：根据本发明的用于激光熔覆的装置的另一实施方式，具有使用多个激光熔覆头在具有平坦表面的部件上(准)同时熔覆材料的材料去除单元；
图6：根据本发明的用于激光熔覆的装置的另一实施方式，具有使用多个激光熔覆头在具有圆柱形表面的部件上(准)同时熔覆材料的材料去除单元；以及
图7：用于操作根据本发明的装置的方法的实施方式。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于激光熔覆的装置1的实施方式，该装置1具有：激光熔覆单元2，其上布置有至少一个激光熔覆头3；一个或更多个材料源5，用于向激光熔覆头3供应待熔覆的材料M；以及激光束源6，用于向激光熔覆头3供应激光L以执行激光熔覆，该装置被配置成以至少一个第一层42和一个第二层43的形式执行材料层42、43、44从相邻的熔覆迹线MS到部件4的表面41上的熔覆，该第一层42由包括从该第一层42的表面突出并具有第一硬度H1的结构42s的材料M构成，并且该第二层43熔覆在该第一层42上并由具有小于第一硬度H1的第二硬度H2的材料M构成，以如下方式控制该熔覆工艺，使得第二层43至少部分地覆盖从第一层42突出的结构42s。这里，第二层43的材料可以是金属或金属合金。在这种情况下，第一层42可以包括复合材料VM，该复合材料VM包括具有低于第一硬度H1的第三硬度H3的基体材料MM。优选地，第一层42包括复合材料VM，并且所述结构42s至少部分地嵌入该基体材料MM中。复合材料VM可以是包括形成所述结构42s的晶粒的金属-陶瓷复合材料，优选晶粒是碳化物晶粒。第二层43的材料也可以是第一层42的基体材料MM。
图2示出了部件4的侧视图，(a)具有第一层42和从其突出的结构42s，以及(b)这些结构42s被第二层43部分覆盖之后。这些结构42s各自具有一个最高点P1，并且在相邻结构42s之间的谷中，这些结构42s各自具有被指派给它们的一个最低点P2，对应结构42s的最高点P1与最低点P2之间的距离表示其高度Hs，并且第二层43覆盖从第一层42突出的这些结构42s至少达所有结构42s的平均高度Hs的20％、优选至少30％、更优选至少40％、特别优选至少50％。在这种情况下，所述结构42s通常都具有不同的高度Hs，所述覆盖是指平均高度。因此，可能存在个别结构42s，其在以例如50％的平均覆盖的情况下仍从第二层43突出超过50％。另一方面，其它结构42s被第二层43覆盖超过50％，因此导致例如50％的平均覆盖程度。然而，第二层43也可以完全覆盖从第一层42突出的结构42s。在金属-陶瓷复合材料中的碳化物晶粒的情况下，这些晶粒可以达到约100μm的高度Hs。
图3示出了根据本发明的用于激光熔覆的装置1的另一实施方式，该装置1具有用于去除也从第二层43突出的结构42s的材料去除单元7，该材料去除单元7用于在第一层42未被完全覆盖时至少部分地去除从第二层43突出的第一层42的结构42s。在这种情况下，材料去除单元7例如是激光熔化或激光烧蚀单元，从激光熔覆头3的进给方向VR看，材料去除单元7设置在激光熔覆头2上激光熔覆头3的后面。因此，从第二层43突出的第一层42的结构42s被材料去除单元7蒸发或熔化，并因此被去除到它们不再从第二层43突出的程度。在本文所示的示例中，只有针42s的一段短柱保留在第二层43中，使得第二层43的表面在由材料去除单元7再加工之后具有低表面粗糙度。在优选实施方式中，激光熔覆头3用作材料去除单元7。
图4示出了根据本发明的用于激光熔覆的装置1的另一实施方式，该装置1具有用于去除完全覆盖突出结构42s的第二层43的材料去除单元7，由此这里第二层43仅被部分地去除直到到达结构42s，但是它在整个表面上已被去除。材料去除单元7可以是打磨单元或碾磨单元。材料去除单元被配置成当材料去除单元7由于去除过程而至少到达从第一层42的表面突出的最高结构42s或其中一些最高结构42s时，停止该去除过程。为此目的，材料去除单元7包括传感器71，该传感器在去除过程中检测仅去除具有第二硬度H2的材料到至少部分去除具有第一硬度H1的结构42s之间的过渡U，为此目的，该传感器检测在过渡U处待去除材料的变化的机械、光学和/或声学特性。传感器71可以是例如力传感器、扭矩传感器、转速传感器、表面粗糙度传感器、光学传感器或声学传感器。此外，这里示出了至少第三层44被熔覆在部件4与第一层42之间，装置1还被配置成在此熔覆。该第三层44还可以另外存在于所有其它实施方式示例中。
图5示出了根据本发明的用于激光熔覆的装置1的另一实施方式，该装置具有材料去除单元7，其使用多个激光熔覆头3在具有平坦表面41的部件4上(准)同时熔覆材料M。为此，装置1向所有的激光熔覆头3提供待熔覆的材料M和用于进行激光熔覆的激光辐射L。激光熔覆点31由此沿进给方向VR在表面41上产生具有材料宽度的熔覆迹线MS，其中相邻激光熔覆点31的第一偏移R1在熔覆迹线MS的材料宽度的10％至90％之间、优选在40％至60％之间、特别优选为50％。此外，部件4的表面41上的相邻激光熔覆点31在进给方向VR上具有彼此的第二偏移R2。这里，制动盘形式的部件4包括圆形表面41，该圆形表面41具有垂直于表面41的旋转轴线D，材料熔覆在该表面41上。在这种情况下，制动盘4可以通过螺纹孔(围绕中心的四个点)安装在旋转台上，制动盘4通过螺纹孔绕旋转轴线D旋转。为了熔覆110、120、170材料M，圆形表面41在激光熔覆头3下方围绕旋转轴线D旋转，使得当激光熔覆头3静止时，圆形表面41上的激光熔覆点31将以圆形方式扫过表面41。激光熔覆头3同时在旋转轴线D的方向上移动，使得材料M在圆形表面41的区域上以螺旋熔覆迹线MS被熔覆。在这种情况下，材料去除单元7在表面41的整个半径上延伸，并且如有必要，随后类似于激光熔覆点31在表面41上移动。另选地，多个激光熔覆头3中的至少一个也可以被构造成作为材料去除单元7进行操作。
图6示出了根据本发明的用于激光熔覆的装置1的另一实施方式，该装置1具有使用多个激光熔覆头3在具有圆柱形表面41的部件4上(准)同时熔覆材料M的材料去除单元7。在具有三个激光熔覆头3和材料去除单元7的本实施方式中，在根据本发明的装置1的激光熔覆期间，作为旋转对称部件4的轴的示例具有激光熔覆点31的动态行为。三个激光熔覆头3(这里表示为激光熔覆点31)(准)同时将材料M熔覆到部件4的表面41上，其中激光熔覆头3分别在部件4的表面41上产生激光熔覆点31，并且相邻的激光熔覆点彼此具有垂直于部件4的表面41上的激光熔覆点31的进给方向VR的第一偏移R1。在这种情况下，每个激光熔覆头3熔覆由其产生的熔覆迹线MS，该熔覆迹线MS至少部分地与由其它激光熔覆头3产生的相邻熔覆迹线MS重叠，从而将材料M熔覆在表面41上的区域上。此外，部件4的表面41上的相邻激光熔覆点31在进给方向VR上彼此具有第二偏移R2，一方面为了能够控制到相邻熔覆迹线MS的热传递，另一方面为了不必由于几何原因而将激光熔覆头3布置得彼此太靠近。这里，轴4包括旋转对称表面41，该旋转对称表面41具有平行于表面41的旋转轴线D，材料熔覆在该表面41上。对于熔覆110、120、170，旋转对称表面41(优选为轴4的圆柱形表面)在三个激光熔覆头3下绕旋转轴线RB旋转，使得当激光熔覆头3静止时，它们在旋转对称表面41上的激光熔覆点31将在表面41上呈圆形延伸；并且激光熔覆头3在平行于旋转轴RB的进给方向VR上移动，使得材料M在旋转对称表面41的表面上以螺旋熔覆迹线MS被熔覆。在这种情况下，材料去除单元7在表面41的整个半径上延伸，并且如有必要，随后类似于激光熔覆迹线31在表面41上移动。相邻激光熔覆迹线31的第一偏移R1可以在熔覆迹线MS的材料宽度MB的10％至90％之间、优选地在40％至60％之间、特别优选地为50％。第二偏移R2以如下方式设定，使得由表面41上的激光熔覆点31引起的温度分布重叠到如下程度，使得相邻熔覆迹线MS的重叠区域中的材料M仍然具有可用于/有益于该工艺的残余热。另选地，多个激光熔覆头3中的至少一个可以被配置成作为材料去除单元7进行操作。
图7示出了根据本发明的方法的实施方式，该方法用于操作根据前述权利要求之一的根据本发明的用于激光熔覆的装置，该装置具有：激光熔覆单元2，该激光熔覆单元2具有布置在其上的至少一个激光熔覆头3，用于将一个或更多个相邻熔覆迹线MS形式的材料M熔覆到部件4的表面41上，以便产生所得的材料层42、43、44；一个或更多个用于向激光熔覆头3供应待熔覆材料M的材料源5；用于向激光熔覆头3供应激光L以进行激光熔覆的激光束源6；以及用于处理熔覆材料的材料去除单元7，该方法包括以下步骤：熔覆110至少一个第一层42，其由包括从该第一层42的表面41突出并具有第一硬度H1的结构42s的材料构成；熔覆120第二层43，其由具有小于第一硬度H1的第二硬度H2的材料构成，第二层43的层厚度D43的尺寸被确定为使得第二层43至少部分地覆盖从第一层42突出的结构42s；在第二层43不完全覆盖结构42s的情况下，通过材料去除单元7至少部分地去除130从第二层43突出的第一层42的结构42s，或者在第二层43完全覆盖第一层42的结构42s的情况下，通过材料去除单元7部分地去除140第二层43。在这种情况下，结构42s的去除130可以通过蒸发或熔化结构42s的材料去除单元7来执行，优选地，激光熔覆头3用作用于此目的的材料去除单元7。或者，当结构42s被完全覆盖时，通过材料去除单元7去除第二层43的整个表面来执行第二层43的去除140，至少直到到达结构42s。其中，当材料去除单元7由于去除过程130而至少到达从第一层42的表面突出的最高结构42s或其中一些最高结构42s时，第二层43的去除140停止150。为此目的，该方法还包括以下步骤：通过材料去除单元7的传感器71检测160去除过程140中从仅去除具有第二硬度H2的材料到至少部分去除具有第一硬度H1的结构42s之间的过渡U。如果还没有到达该过渡U(“N”)，则继续去除过程。另一方面，如果已经到达该过渡(“J”)，则停止去除过程。为此目的，传感器71可以检测在过渡U处待去除的材料的变化的机械、光学和/或声学特性。在一些实施方式中，在熔覆110第一层42之前，该方法还包括另外的步骤：在部件4上熔覆170一个或更多个第三层44，然后在其上熔覆第一层42。如果材料去除单元7以与激光熔覆头3相同的方式在部件4的表面41上移动，则对于有效的制造工艺也是有利的。通过在装置1中使用几个激光熔覆头3来(准)同时进行材料熔覆，激光熔覆工艺可以在时间方面缩短，由此装置1中的所有激光熔覆头3都被提供有要被熔覆的材料M和用于执行激光熔覆的激光辐射L。通过根据本发明的方法生产的产品是具有表面41的部件4'，在该表面上熔覆了材料M的第一层42，其包括从第一层42的表面突出并且具有第一硬度H1的结构42s，并且其中在第一层42上熔覆了材料M的第二层43，其具有小于第一硬度H1的第二硬度H2，其中第二层43至少部分地覆盖从第一层42突出的结构42s，并且其中第二层43的表面或结构42s分别在施加第一层42和第二层43之后成形，使得结构42s不再从第二层43突出。对于第一层、第二层和可能的第三层的进一步细节，参见图1的描述。
应当理解，上述实施方式示例仅仅是本发明的第一实施方式。在这方面，本发明的实施方式不限于该实施方式示例。
附图标记列表
1 根据本发明的用于激光熔覆的装置
2 激光熔覆单元
3 激光熔覆头
31 激光熔覆点
4 激光熔覆开始时的部件
4' 具有熔覆层的部件
41 部件的表面
42 第一层
42s 从第一层突出的结构
42b 从第一层突出的经后处理的结构
43 第二层
44 第三层
5 材料源
6 激光束源
7 材料去除单元
71 材料去除单元的传感器
100 根据本发明的用于操作用于激光熔覆的装置的方法
110 将至少一个第一层熔覆到部件的表面上
120 将第二层熔覆到第一层上
130 通过材料去除单元至少部分地去除从第二层突出的结构
140 通过材料去除单元部分地去除第二层
150 停止去除过程
160 识别在去除过程中从仅去除具有第二硬度的材料到至少部分去除具有第一硬度的结构之间的过渡
170 在部件与第一层之间熔覆第三层
D 激光熔覆过程中部件的旋转轴线
D43 第二层的厚度
H1 从第一层突出的结构的第一硬度
H2 第二层的第二硬度
H3 基体材料的第三硬度
Hs 结构的高度
M 待熔覆材料/熔覆材料
MM 第一层的复合材料的基体材料
MS 部件的表面上或熔覆材料层上的熔覆材料的熔覆迹线
L 激光
P1 结构的最高点
P2 结构的最低点
R1 垂直于进给方向的相邻激光熔覆点的第一偏移
R2 在进给方向上相邻激光熔覆点彼此的第二偏移
RB 激光熔覆期间部件的旋转
U 从仅去除具有第二硬度的材料到至少部分去除具有第一硬度的结构之间的过渡
VM 基体材料的第一层与该基体材料中的结构的复合材料
VR 激光熔覆头的进给方向

Claims (37)

1.一种用于激光熔覆的装置(1)，该装置(1)包括：激光熔覆单元(2)，该激光熔覆单元(2)上布置有至少一个激光熔覆头(3)；一个或更多个材料源(5)，用于向所述激光熔覆头(3)供应待熔覆的材料(M)；以及激光束源(6)，用于向所述激光熔覆头(3)供应用于执行所述激光熔覆的激光(L)，其中，所述装置被配置成执行材料层(42、43、44)以至少一个第一层(42)和一个第二层(43)的形式从相邻的熔覆迹线(MS)到部件(4)的表面(41)上的熔覆，所述第一层(42)由包括从所述第一层(42)的表面突出并具有第一硬度(H1)的结构(42s)的材料(M)构成，所述第二层(43)熔覆在所述第一层(42)上并由具有低于所述第一硬度(H1)的第二硬度(H2)的材料(M)构成，其中，控制熔覆过程，使得所述第二层(43)至少部分地覆盖从所述第一层(42)突出的所述结构(42s)。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，
其特征在于，
所述第二层(43)的材料是金属或金属合金。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，
其特征在于，
所述第一层(42)包括复合材料(VM)，该复合材料包括具有低于所述第一硬度(H1)的第三硬度(H3)的基体材料(MM)，优选地，所述第一层(42)由所述复合材料(VM)构成，并且所述结构(42s)至少部分地嵌入所述基体材料(MM)中。
4.根据权利要求3所述的装置(1)，
其特征在于，
所述复合材料(VM)是包括形成所述结构(42s)的晶粒的金属-陶瓷复合材料，优选地，所述晶粒是碳化物、氮化物或氧化物晶粒。
5.根据权利要求3或4所述的装置(1)，
其特征在于，
所述第二层(43)的材料是所述第一层(42)的所述基体材料(MM)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述结构(42s)各自具有最高点(P1)，并且在相邻结构(42s)之间的谷中，这些相邻结构(42s)各自具有与其相关联的最低点(P2)，其中，相应结构(42s)的所述最高点(P1)与所述最低点(P2)之间的距离表示该结构的高度(Hs)，并且所述第二层(43)覆盖从所述第一层(42)突出的所述结构(42s)至少达所有结构(42s)的平均高度(Hs)的20％、优选地至少30％、更优选地至少40％、特别优选地至少50％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述第二层(43)完全覆盖从所述第一层(42)突出的所述结构(42s)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述装置(1)还包括材料去除单元(7)，所述材料去除单元被提供用于在所述第一层(42)未被完全覆盖时至少部分地去除所述第一层(42)的从所述第二层(43)突出的所述结构(42s)，
或者
当所述第一层(42)的所述结构(42s)被所述第二层(43)完全覆盖时，则部分地去除所述第二层(43)。
9.根据权利要求8所述的装置(1)，
其特征在于，
所述材料去除单元(7)是打磨单元、铣削单元或激光熔化或激光烧蚀单元。
10.根据权利要求8或9所述的装置(1)，
其特征在于，
从所述激光熔覆头(3)的进给方向(VR)上看，所述材料去除单元(7)设置在所述激光熔覆单元(2)上所述激光熔覆头(3)的后面。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述第一层(42)的从所述第二层(43)突出的所述结构(42s)通过由所述材料去除单元(7)蒸发或熔化这些结构(42s)而至少部分地被去除。
12.根据权利要求11所述的装置(1)，
其特征在于，
使用所述激光熔覆头(3)作为所述材料去除单元(7)。
13.根据权利要求8至10中任一项所述的装置(1)，
其特征在于，
当所述第一层(42)被所述第二层(43)完全覆盖时，所述第二层(43)在整个表面上被所述材料去除单元(7)去除，至少直到到达所述结构(42s)。
14.根据权利要求13所述的装置(1)，
其特征在于，
所述材料去除单元(7)被配置成当所述材料去除单元(7)由于去除过程而至少到达从所述第一层(42)的表面突出的最高结构(42s)或其中一些最高结构时，停止所述去除。
15.根据权利要求13或14所述的装置(1)，
其特征在于，
所述材料去除单元(7)包括传感器(71)，在所述去除过程中，所述传感器检测从仅去除具有第二硬度(H2)的材料到至少部分去除具有第一硬度(H1)的所述结构(42s)之间的过渡(U)。
16.根据权利要求15所述的装置(1)，
其特征在于，
所述传感器(71)被配置成检测在所述过渡(U)处待去除的材料的变化的机械、光学和/或声学特性。
17.根据权利要求15或16所述的装置(1)，
其特征在于，
所述传感器(71)是力传感器、扭矩传感器、转速传感器、表面粗糙度传感器、光学传感器、触觉传感器、电容传感器、电感传感器或声学传感器。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述装置(1)包括多个激光熔覆头(3)，所述多个激光熔覆头(3)用于在部件(4)的表面(41)上(准)同时熔覆材料(M)，所有这些激光熔覆头(3)在所述装置(1)中被提供有待熔覆的所述材料(M)和用于执行所述激光熔覆的激光辐射(L)。
19.根据权利要求18所述的装置(1)，
其特征在于，
所述激光熔覆点(31)在所述表面(41)上沿着所述进给方向(VR)产生具有材料宽度的熔覆迹线(MS)，其中，相邻激光熔覆点(31)的第一偏移(R1)在所述熔覆迹线(MS)的所述材料宽度的10％至90％之间、优选地在40％至60％之间、特别优选为50％。
20.根据权利要求18或19所述的装置(1)，
其特征在于，
所述部件(4)的所述表面(41)上的相邻激光熔覆点(31)在所述进给方向(VR)上相对于彼此具有第二偏移(R2)。
21.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述装置(1)被配置成在所述部件(4)与所述第一层(42)之间熔覆至少一个第三层(44)。
22.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的用于激光熔覆的装置(1)的方法(100)，所述用于激光熔覆的装置(1)具有：激光熔覆单元(2)，所述激光熔覆单元(2)具有布置在其上的至少一个激光熔覆头(3)，所述激光熔覆头(3)用于将呈一个或更多个相邻熔覆迹线(MS)形式的材料(M)熔覆到部件(4)的表面(41)上以产生所得材料层(42、43、44)；一个或更多个材料源(5)，用于向所述激光熔覆头(3)供应待熔覆的材料(M)；以及激光束源(6)，用于向所述激光熔覆头(3)供应用于执行所述激光熔覆的激光(L)；以及用于处理熔覆材料的材料去除单元(7)，所述方法包括以下步骤：
-熔覆(110)至少一个第一层(42)，所述第一层(42)由包括从所述第一层(42)的表面(41)突出并具有第一硬度(H1)的结构(42s)的材料构成；
-熔覆(120)第二层(43)，所述第二层(43)由具有小于所述第一硬度(H1)的第二硬度(H2)的材料构成，其中所述第二层(43)的层厚度(D43)使得所述第二层(43)至少部分地覆盖从所述第一层(42)突出的所述结构(42s)。
23.根据权利要求22所述的方法(100)，其中，所述结构(42s)各自具有最高点(P1)，并且在相邻结构(42s)之间的谷中，所述相邻结构(42s)各自具有与其相关联的最低点(P2)，其中，相应结构(42s)的所述最高点(P1)与所述最低点(P2)之间的距离表示该结构(42s)的高度(Hs)，执行所述第二层(43)的熔覆(120)，直到所述第二层(43)覆盖从所述第一层(42)突出的所述结构(42s)至少达所有结构(42s)的平均高度(Hs)的20％、优选至少40％、更优选至少60％、特别优选至少80％，或者所述第二层(43)也完全覆盖从所述第一层(42)突出的所述结构(42s)。
24.根据权利要求23所述的方法(100)，该方法还包括以下步骤：
-在所述结构(42s)未被所述第二层(43)完全覆盖的情况下，通过所述材料去除单元(7)至少部分地去除(130)所述第一层(42)的从所述第二层(43)突出的所述结构(42s)，
或者
-在所述第一层(42)的所述结构(42s)完全被所述第二层(43)覆盖的情况下，通过所述材料去除单元(7)部分地去除(140)所述第二层(43)。
25.根据权利要求24所述的方法(100)，其中，通过蒸发或熔化所述结构(42s)的所述材料去除单元(7)来执行所述结构(42s)的去除(130)，优选地，将所述激光熔覆头(3)用作用于此目的的所述材料去除单元(7)，
或者，所述第二层(43)的去除(140)通过所述材料去除单元(7)在整个表面上去除第二层(43)至少直到到达所述结构(42s)来执行。
26.根据权利要求25所述的方法(100)，该方法还包括以下步骤：
-当所述材料去除单元(7)由于去除过程(130)而至少到达从所述第一层(42)的表面突出的最高结构(42s)或其中一些最高结构(42s)时，停止(150)所述第二层(43)的去除(140)。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的方法(100)，该方法还包括以下步骤：通过所述材料去除单元(7)的传感器(71)检测(160)在所述去除过程(140)中从仅去除具有第二硬度(H2)的材料到至少部分去除具有第一硬度(H1)的所述结构(42s)之间的过渡(U)。
28.根据权利要求27所述的方法(100)，其中，为此目的，所述传感器(71)检测在所述过渡(U)处待去除的材料的变化的机械、光学和/或声学特性。
29.根据权利要求22至28中任一项所述的方法(100)，其中，所述方法包括以下步骤：在熔覆(110)所述第一层(42)之前，在所述部件(4)上熔覆(170)一个第三层(44)或另外的层，然后在所述第三层上熔覆所述第一层(42)。
30.根据权利要求22至29中任一项所述的方法(100)，其中，所述材料去除单元(7)以类似于所述激光熔覆头(3)的方式在所述部件(4)的表面(41)上移动。
31.根据权利要求22至30中任一项所述的方法(100)，该方法包括以下步骤：使用所述装置(1)中的多个激光熔覆头(3)来熔覆(110、120、170)所述材料(M)，其中，向所述装置(1)中的所有激光熔覆头(3)供应待熔覆的材料(M)和用于执行所述激光熔覆的激光辐射(L)。
32.一种部件(4')，该部件具有表面(41)，在该表面上通过根据权利要求1至21中任一项所述的装置(1)或根据权利要求23至31中任一项所述的方法(100)熔覆有第一层(42)，该第一层由包括从所述第一层(42)的表面突出并具有第一硬度(H1)的结构(42s)的材料(M)构成，并且其中，在所述第一层(42)上熔覆有第二层(43)，该第二层由具有比所述第一硬度(H1)低的第二硬度(H2)的材料(M)构成，其中，所述第二层(43)至少部分地覆盖从所述第一层(42)突出的所述结构(42s)，并且所述第二层(43)的表面或所述结构(42s)分别在施加所述第一层(42)和所述第二层(43)之后成形，使得所述结构(42s)不再从所述第二层(43)突出。
33.根据权利要求32所述的部件(4')，
其特征在于，
所述第二层(43)的材料是金属或金属合金。
34.根据权利要求32或33所述的部件(4')，
其特征在于，
所述第一层(42)包括复合材料(VM)，该复合材料包括具有小于所述第一硬度(H1)的第三硬度(H3)的基体材料(MM)，优选地，所述第一层(42)由复合材料(VM)构成，其中，所述结构(42s)嵌入所述基体材料(MM)中。
35.根据权利要求34所述的部件(4')，
其特征在于，
所述复合材料(VM)是包括形成所述结构(42s)的晶粒的金属-陶瓷复合材料，优选地，所述晶粒是碳化物、氮化物或氧化物晶粒。
36.根据权利要求34或35所述的部件(4')，
其特征在于，
所述第二层(43)的材料是所述第一层(42)的所述基体材料(MM)。
37.根据前述权利要求中任一项所述的部件(4')，
其特征在于，
在所述表面(41)上熔覆第三层(44)，所述第一层(42)熔覆在所述第三层(44)上。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020112100A1 (de) * 2020-05-05 2021-11-11 Fritz Winter Eisengiesserei Gmbh & Co. Kg Bauteil einer Bremse für ein Fahrzeug und Verfahren zu seiner Herstellung
US20230093175A1 (en) * 2021-09-23 2023-03-23 Goodrich Corporation Systems and methods for manufacturing wear pads
CN114196950A (zh) * 2021-11-08 2022-03-18 江苏大学 一种双光束超高速激光熔覆头及其熔覆方法
CN114075666B (zh) * 2022-01-19 2022-05-17 亚琛联合科技（天津）有限公司 一种双光头激光熔覆成形工艺
CN115354319B (zh) * 2022-08-29 2023-12-08 江苏徐工工程机械研究院有限公司 一种大型筒类零件表面高硬耐蚀涂层结构及其制备方法
WO2024056137A1 (de) * 2022-09-14 2024-03-21 HPL Technologies GmbH VORRICHTUNG ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN, SOWIE EIN VERFAHREN ZUM VORWÄRMEN EINES WERKSTÜCKS
CN117464027B (zh) * 2023-11-06 2024-04-09 苏州朗威电子机械股份有限公司 一种碳化物陶瓷钢板异质结构复合板制备设备及工艺

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006023396B4 (de) * 2006-05-17 2009-04-16 Man B&W Diesel A/S Verschleißschutzbeschichtung sowie Verwendung und Verfahren zur Herstellung einer solchen
US20090308847A1 (en) 2006-08-02 2009-12-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Erosion prevention method and member with erosion preventive section
DE102007019510B3 (de) 2007-04-25 2008-09-04 Man Diesel A/S Zu einer Gleitpaarung gehörendes Maschinenteil sowie Verfahren zu dessen Herstellung
US8076776B2 (en) 2009-06-16 2011-12-13 Intel Corporation Integrated circuit package having security feature and method of manufacturing same
DE102010025950B4 (de) 2010-07-02 2013-10-31 Eifeler Lasertechnik Gmbh Warmumformwerkzeug mit verbesserter Verschleißfestigkeit und Verfahren zu dessen Herstellung
US10124410B2 (en) 2010-09-25 2018-11-13 Ipg Photonics Corporation Methods and systems for coherent imaging and feedback control for modification of materials
DE102011100456B4 (de) 2011-05-04 2015-05-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Extremes Hochgeschwindigkeitslaserauftragsschweißverfahren
JP6245906B2 (ja) 2013-09-13 2017-12-13 公益財団法人鉄道総合技術研究所 ブレーキディスク及びその製造方法
US20170129180A1 (en) 2014-06-09 2017-05-11 Hybrid Manufacturing Technologies Limited Material processing methods and related apparatus
US10675684B2 (en) * 2016-04-29 2020-06-09 Hexcel Corporation Metal AM process with in situ inspection
GB2553515A (en) * 2016-09-01 2018-03-14 Rolls Royce Plc Method
US20180111198A1 (en) 2016-10-21 2018-04-26 Velo3D, Inc. Operation of three-dimensional printer components
US11643730B2 (en) 2019-06-28 2023-05-09 Schlumberger Technology Corporation Anti-scale deposition hierarchical coatings for wellbore applications

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