Laserpinnoitus on tekniikka, joka käyttää korkean energian lasersädettä lämmönlähteenä substraatin pinnalle päällystetyn täyteaineen sulattamiseen ja jähmettämiseen muodostaen metallurgisen sidoksen näiden kahden välille ja parantaa sitten sen pintaominaisuuksia. Verrattuna muihin pinnanvahvistustekniikoihin, laserpäällysteellä on useita etuja, kuten nopea jäähdytysnopeus, helppo metallurginen sidos pinnoitteen ja alustan välillä, pieni lämpövaikutusalue, alhainen laimennusnopeus, substraatin pieni muodonmuutos, helppo automatisointi ja ei saastumista. Siksi teknologialla on laajat sovellusmahdollisuudet ilmailu-, kaivos-, petrokemian-, auto-, laiva-, sähkö-, rautatie- ja muilla aloilla.
Laserpinnoitus on kuitenkin nopea lämmitys- ja jäähdytysprosessi. Alustan ja päällyskerroksen lämpötilagradientilla, kovan faasin epätasaisella jakautumisella päällyskerroksessa sekä fysikaalisten ominaisuuksien erolla päällyskerroksen ja matriisimateriaalin välillä on tietty vaikutus verhouskerroksen mittastabiilisuuteen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. , mikä johtaa halkeamien syntymiseen ja leviämiseen. Halkeamien muodostuminen verhouskerroksessa vaikuttaa suuresti osien käyttöikään, mikä on kiireellinen ratkaistava ongelma laserpinnoitustekniikan teollisessa sovelluksessa.
Laserpinnoitus on nopea lämmitys- ja jäähdytysprosessi sekä monimutkainen metallurginen reaktio. Tällä hetkellä verhouskerroksen halkeaman tutkimus keskittyy pääosin yhteen hallintamenetelmään, ja järjestelmällisestä tutkimuksesta on pulaa. Tässä tutkimuksessa Ni60-seospäällystekerros valmistettiin 42CrMo-teräspinnalle valmiiksi levitetyllä jauhelaserpinnoitustekniikalla. Ensin analysoitiin halkeamien muodostumismekanismia ja halkeaman herkkyyttä, minkä jälkeen tutkittiin eri lasertehon ja esikuumennuslämpötilan vaikutusta halkeamiseen, jotta saadaan referenssi laserpäällysteisen Ni-pohjaisen metalliseoksen halkeamien hallintaan.
Testausmateriaalit ja -menetelmät
1. Testimateriaali
Tässä testissä 42CrMo seosteräs valitaan matriisimateriaaliksi laserverhoustestissä ja pyöreän levyn koko on Φ150 mm × 10 mm. Hio 42CrMo-teräspinta hiekkapaperilla ennen laserpinnoitusta ja puhdista se alkoholilla ja asetonilla varmistaaksesi, ettei alustassa ole muita epäpuhtauksia. Päällystysjauhe valittiin Ni60-seoksella ja hiukkaskoko oli 53-150 μm. Ni60-seoksen kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 1.
Taulukko 1 Ni60-lejeeringin kemiallinen koostumus %
|
m(C) |
m(Si) |
m(Cr) |
m(Ni) |
m(mo) |
m(Fe) |
m(B) |
|
=0.70 |
=4.50 |
= 17.0 |
=60.0 |
= 3.0 |
=5.0 |
=2.70 |
2. Testausmenetelmät
LWS-1000 Nd: YAG-laser valittiin laserpäällystykseen jauhemaalauksella ja monikierrosprosessilla. Näytteen valmisteluparametrit ovat seuraavat: laserteho 270 ~ 300 W, skannausnopeus 300 mm/min, esilämmityslämpötila 170 ~ 270 astetta, kierrosnopeus 50%. Laserpäällystetestin jälkeen Zeiss Stemi305 -stereoskooppia käytettiin päällyskerroksen pinnan morfologian havainnointiin. Valmistettu suojakerros leikataan näytekokoon 5 mm × 10 mm × 10 mm ja sitten käytetään HCl+HNO3-liuosta tilavuussuhteella 3 ∶ 1 kiillotetun suojakerroksen poikkileikkauksen syövyttämiseen. Jiangnan MR5000 metallografista mikroskooppia ja Regulus8230 pyyhkäisyelektronimikroskooppia käytettiin havainnoimaan Ni60-päällystekerroksen mikrorakennetta, ja EDS:llä analysoitiin elementtien jakautuminen lähellä ja ilman halkeamia verhouskerroksessa kvalitatiivisesti ja kvantitatiivisesti. Verhouskerroksen poikkileikkauksen mikrokovuuden mittaamiseen käytettiin digitaalista VTD401 microVickers-kovuusmittaria. Latauskuorma oli 50 g ja pitoaika 10 s. Vaihe analysoitiin D/MAX2500VL/PC pyörivällä kohderöntgendiffraktometrillä.
Johtopäätös
1. Päällyskerroksen mikrorakenne koostuu pääasiassa - (Fe, Ni), Fe0.64Ni0.36 ja M23C6. Tässä kokeessa halkeamat ovat pohjimmiltaan läpitunkeutuvia halkeamia, jotka yleensä tulevat verhouskerroksen pinnalta ja ulottuvat päällyskerroksen ja matriisin liitoskohtaan, ja suurin osa halkeamista ulottuu suoraan koko verhouskerroksen läpi. Matriisin ja päällyskerroksen termisten ominaisuuksien erolla, lämpötilagradientilla ja kovan faasin erottumisella verhouskerroksessa on jonkin verran vaikutusta halkeamisherkkyyteen.
2. Lasertehon kasvaessa päällystekerroksen halkeamat paranevat selvästi. Kun teho on 290 W, verhouskerroksessa on vain muutama halkeama ja hyvät mekaaniset ominaisuudet säilyvät. Kun tehoa lisätään edelleen, päällyskerroksen laimennusaste on liian suuri, mikä johtaa sen suorituskyvyn heikkenemiseen.
3. Esilämmityslämpötilan noustessa verhouskerroksen murtuminen pienenee vähitellen. Kun esilämmityslämpötila on 270 astetta, päällystekerrokseen jää vain pieni määrä halkeamia, mutta liian korkea esilämmityslämpötila tuhoaa alustan ja päällyskerroksen suorituskyvyn, joten korkeamman lämpötilan esilämmitystä ei suoriteta.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. on korkean teknologian yritys, joka on erikoistunut automaattisten laserpäällystyskoneiden, nopean laserpäällystyskoneen, lasersammutuskoneen, laserhitsauskoneen ja laser-3D-tulostuslaitteiden tutkimukseen ja kehitykseen, valmistukseen ja myyntiin. Tuotteemme ovat kustannustehokkaita ja niitä myydään kotimaassa ja ulkomailla. Jos olet kiinnostunut tuotteistamme, ota meihin yhteyttä numeroon bob@gshenglaser.com.