Ako zvýšiť pevnosť laserového povlaku

1. Príčiny poklesu húževnatosti obkladovej vrstvy

(1). Stres

Kvôli veľkému rozdielu v koeficiente tepelnej rozťažnosti medzi obkladovým materiálom a matricou je ľahké vytvárať vnútorné napätie počas obkladu. Proces opláštenia je proces rýchleho topenia a rýchleho tuhnutia. V tomto procese bude existovať rozdiel teplotného gradientu a budú sa generovať rôzne napätia, ako je tepelné ťahové napätie spôsobené nerovnomerným sťahovaním obkladovej vrstvy v dôsledku rozdielneho teplotného gradientu a koeficientu tepelnej rozťažnosti materiálu a organizačné napätie spôsobené fázovým prechodom kovu v procese chladenia. A obmedzujúce napätie spôsobené vytláčaním nezmrštenej časti, keď sa obkladová vrstva zmršťuje v dôsledku rozdielu teplotného gradientu. Vnútorné napätie zahŕňa tepelné napätie, štrukturálne napätie a obmedzujúce napätie a tepelné napätie je hlavným stresom. V procese laserového plátovania je lomová húževnatosť oveľa menšia ako generovaná tepelná ťahová sila, ktorá je hlavnou príčinou tvorby trhlín. Trhliny vznikajú, keď tepelné namáhanie presiahne medzu pevnosti materiálu.

Výsledky ukazujú, že hlavnou príčinou praskliny je nerovnomerná distribúcia veľkoobjemových boridov a karbidov chrómu v laserovom povlaku z niklu na báze karbidu kremíka, čo vedie k nadmernému tepelnému namáhaniu. V procese laserového plátovania sa krehké zlúčeniny ľahko tvoria na hranici zŕn a koeficient tepelnej rozťažnosti týchto krehkých zlúčenín a plátovacej vrstvy je veľmi odlišný, čo vedie ku koncentrácii napätia na hranici zŕn a k praskaniu. ľahko dosiahnuteľné znížením húževnatosti.

(2). Chyby v procese opláštenia

Počas procesu opláštenia sa vyskytnú aj malé defekty, ako sú póry a mikrotrhlinky. Príčinou existencie pórov môže byť disociácia a splyňovanie látky v materiáli spôsobené vysokoenergetickým laserom. Ďalšou možnosťou je, že ako ochranný plyn v procese laserového plátovania je potrebný inertný plyn a ochranný plyn bude zahrnutý v roztavenom kúpeli. Plyn je ponechaný v kondenzačnej nádrži príliš neskoro na to, aby mohol byť vypustený, aby vytvoril póry. V procese rýchlej kondenzácie spôsobí existencia pórov mikrotrhliny. Ak zložky ako odkysličenie a tvorba trosky v obkladovom prášku nestihnú včas vyplávať, zostanú zachované v obkladovom nátere. Tieto inklúzie tiež zvýšia možnosť prasklín v povlaku a znížia štrukturálnu pevnosť a húževnatosť obkladovej vrstvy. Existencia pórov je zároveň aj pomocou pri iniciácii a expanzii trhlín. Póry spôsobujú uvoľnenie obkladovej vrstvy a je ľahké vytvoriť koncentráciu napätia okolo pórov, čo zvyšuje citlivosť trhlín v obkladovej vrstve.

2. Faktory ovplyvňujúce húževnatosť obkladovej vrstvy

Lomová húževnatosť laserovej plátovacej vrstvy je ovplyvnená mnohými faktormi, vrátane výberu plátovacieho materiálu, výkonu lasera, rýchlosti podávania prášku a teploty plátovacej matrice. Hlavnou príčinou praskania povlaku je vnútorné napätie spôsobené rozdielom fyzikálnych vlastností medzi obkladovou vrstvou a podkladom. Keď sa vyberie obkladový práškový materiál a podkladový materiál s podobnými fyzikálnymi vlastnosťami, tavenie a tuhnutie týchto dvoch materiálov je takmer synchronizované, čo môže účinne znížiť možnosť praskania obkladovej vrstvy a zlepšiť húževnatosť povlaku. Procesné parametre laserového plátovania majú tiež priamy vplyv na vznik trhlín. So zvyšujúcim sa výkonom lasera sa trhliny povlaku najskôr zväčšujú a potom zmenšujú a rýchlosť laserového skenovania a rýchlosť podávania prášku majú tiež podobné účinky. Predhrievanie podkladu pred obkladom môže výrazne znížiť teplotný gradient medzi roztaveným bazénom a podkladom a zlepšiť rozloženie napätia obkladovej vrstvy.

1. Optimalizácia zloženia obkladového prášku

Laserové plátovanie spočíva v roztavení prášku a matrice na vytvorenie metalurgického povlaku, veľmi dôležitý je výkon povlaku a výber a spracovanie prášku. Húževnatosť povlaku amorfnej zliatiny na báze Fe je relatívne nízka a je veľmi ľahké vytvoriť trhliny v procese prípravy alebo pri skutočnom použití kvôli napätiu vo vnútornej šmykovej zóne. Okraje sa naďalej rozťahujú, až kým nedôjde ku krehkému zlomu, ale vďaka špeciálnej štruktúre usporiadania atómov a žiadnej hranici kryštálov majú amorfné kryštály na báze železa vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu a korózii. Vnútorná šmyková zóna amorfnej zliatiny ľahko spôsobuje koncentráciu napätia, kde sa ľahko vytvárajú mikrotrhliny a expanzia mikrotrhlín môže spôsobiť lomové trhliny. Povlak s vysokou tvrdosťou a húževnatosťou sa získal laserovým plátovacím testom na povrchu oceľového plechu po zmiešaní uhlíkových nanorúriek potiahnutých niklom s amorfným práškom na báze železa guľovým mletím. Zistilo sa, že amorfná nanokryštalická kompozitná štruktúra s dobrou húževnatosťou sa vytvorila v povlaku po pridaní uhlíkových nanorúriek potiahnutých niklom. Medzitým niklovanie a guľové frézovanie môžu účinne zabrániť tvorbe krehkých karbidov v procese laserového plátovania, aby sa zabezpečilo, že povlak má dobrú lomovú húževnatosť.

Pridanie vhodného množstva prvkov vzácnych zemín môže zlepšiť rýchlosť absorpcie prášku do vysokoenergetického laserového lúča, dosiahnuť rovnomerné a úplné roztavenie obkladového prášku, lepšie vytvoriť metalurgickú väzbu s matricou, znížiť pravdepodobnosť pórovitosti, a môže sa použiť na homogenizáciu pevného roztoku silného a silného spevnenia povlaku zo slinutého karbidu.

2. Dodatočná prechodová vrstva

Použitie prášku s dobrou húževnatosťou a dobrou zhodou s fyzikálnymi vlastnosťami matrice ako spodnej vrstvy, to znamená, že nastavenie takejto prechodovej vrstvy alebo gradientovej vrstvy do stredu matrice a obkladovej vrstvy môže znížiť vnútorné napätie medzi obkladovou vrstvou. s vysokou tvrdosťou a matricou a redukujú trhliny spôsobené nadmerným namáhaním. Stredná prechodová zóna môže zmierniť zvyškové napätie spôsobené rozdielnym koeficientom tepelnej rozťažnosti medzi substrátom a obkladovou vrstvou, čím sa zvýši húževnatosť povlaku a zabráni sa praskaniu povlaku. Vrstva povlaku Ni20Cr je nanesená na povrch lisovacej ocele ako základná vrstva a potom sú na povlak Ni20Cr kontinuálne nanášané dve vrstvy povlaku Ni60A. Výsledky ukazujú, že použitie povlaku Ni20Cr ako základnej vrstvy môže účinne zlepšiť metalurgickú väzbu medzi povlakom a substrátom. Výrazne redukuje praskliny, póry a iné chyby v nátere.

3. Optimalizácia parametrov procesu

V procese laserového plátovania má na kvalitu plátovacej vrstvy dôležitý vplyv výkon laserového lúča P, rýchlosť skenovania V, priemer bodu D atď. Rýchlosť uvoľňovania v zriedenom stave je uskutočnením poťahovej hmoty a rýchlosť uvoľňovania v zriedenom stave je ovplyvnená špecifickou energiou E.

Výsledky ukazujú, že príliš veľká alebo príliš malá špecifická energia E neprispieva k získaniu povlaku s vynikajúcim výkonom. Ak je E príliš nízke, miera riedenia povlaku bude zodpovedajúco nízka, matrica a plátovacia vrstva nemôžu získať dobré metalurgické spojenie a povrch plátovacej vrstvy je tiež náchylný na pórovité trhliny a iné defekty. Ak je špecifická energia E príliš vysoká, rýchlosť riedenia sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši a kovy v roztavenom kúpeli sa úplne premiešajú a nie je možné uplatniť vynikajúce vlastnosti povlakového prášku. Zistilo sa, že rýchlosť laserového skenovania je príliš vysoká, čo má za následok nerovnomernú tvorbu obkladovej vrstvy, rýchlosť skenovania je príliš nízka, vytvorí väčšiu kryštálovú štruktúru, vhodnou rýchlosťou skenovania možno získať relatívne hustú obkladovú vrstvu a lepšiu húževnatosť.

3. Tepelné spracovanie

(1) Predhrievanie a následné tepelné spracovanie

Tepelné spracovanie povlaku laserom spočíva v podstate v usporiadaní fázy a homogenizácii prvkov v povlaku. Správne predhriatie substrátu môže účinne znížiť teplotný gradient v nátere, znížiť tepelné namáhanie a zlepšiť húževnatosť náteru. Výsledky ukazujú, že správne predhriatie matrice môže výrazne znížiť rýchlosť ochladzovania obkladovej vrstvy, znížiť zvyškové napätie a inhibovať tvorbu trhlín. Ako je znázornené na obrázku nižšie, trhliny možno pozorovať, keď matrica nie je predhriata (šípka označuje), ale žiadne zjavné trhliny nie je možné vidieť, keď je matrica predhriata na 200 stupňov.

Aby sa zlepšila húževnatosť obkladovej vrstvy a znížil sa sklon povlaku k praskaniu, metóda predhriatej matrice je relatívne jednoduchá a niekedy nemôže dosiahnuť očakávaný účinok. Zistilo sa, že predhrievanie a uchovanie tepla môže výrazne znížiť rýchlosť ochladzovania roztaveného kúpeľa, čím sa zlepší distribúcia teploty roztaveného kúpeľa, zníži sa medzikryštalická eutektická tvrdá fáza, zvýši sa tvárna fáza v procese tavenia, čím sa zvyšuje húževnatosť vrstva obkladu sa zväčšila a zvyškové tepelné napätie sa znížilo a trhliny sa zmenšili alebo dokonca zmizli. Tepelné spracovanie prášku môže zlepšiť schopnosť spájania prášku a vystuženej fázy a tiež zlepšiť tvrdosť a húževnatosť povlaku. Tepelné spracovanie získaného povlaku môže povlak homogenizovať, výrazne znížiť hustotu defektov povlaku, uvoľniť zvyškové napätie povlaku a zlepšiť pevnosť a húževnatosť povlaku. Dodatočné tepelné spracovanie môže zlepšiť pevnosť v ťahu a odolnosť proti praskaniu povlaku a pomer predĺženia, medzu klzu a medzu pevnosti v ťahu obkladovej vrstvy.

Predhrievanie a následné tepelné spracovanie môže výrazne znížiť teplotný gradient roztaveného kúpeľa, zvýšiť húževnatosť a zabrániť tvorbe trhlín, ale proces predhrievania a následného tepelného spracovania bude produkovať príliš vysokú teplotu, ktorá ľahko ovplyvňuje rozloženie vnútorného napätia. tenkostenných častí a môže viesť k deformácii obrobku. Preto je predhrievanie a následné tepelné spracovanie obmedzené pri spevnení alebo oprave presných tenkostenných dielov.

(2) Laserové pretavenie

Jedno alebo viac laserových pretavení bezprostredne po laserovom plátovaní môže eliminovať povrchové chyby povlaku a zlepšiť húževnatosť povlaku. Kompozitný povlak Ni60/50%WC bez trhlín bol získaný laserovým plátovaním + pretavením na povrchu ocele 45. Zistilo sa, že laserové pretavovanie má funkciu sekundárneho odvádzania trosky, hojenia trhlín, zlepšovania drsnosti povrchu a zlepšovania nerovnomernosti a kompaktnosti štruktúry povlaku. Amorfný povlak na báze Fe sa pripravuje tromi metódami laserového skenovania, to znamená, že prvým laserovým skenovaním sa matrica zahrieva, druhým laserovým povlakom sa vytvorí amorfný povlak a potom tretím laserovým pretavením amorfného povlaku sa získa povlak bez trhlín. . Laserové pretavenie v podstate odstraňuje defekty povlaku a výrazne zlepšuje modul pružnosti a húževnatosť povlaku.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je high-tech podnik špecializujúci sa na výskum a vývoj, výrobu a predaj automatického laserového plátovacieho stroja, vysokorýchlostného laserového plátovacieho stroja, laserového kaliaceho stroja, laserového zváracieho stroja a laserového 3D tlačového zariadenia. Naše produkty sú nákladovo efektívne a predávajú sa doma iv zahraničí. Ak máte záujem o naše produkty, kontaktujte nás na adrese bob@gshenglaser.com.