Pragude ja sisemise sisemise pinge vahelise seose analüüs laseri katteprotsessis
Peamise tehnoloogiana sellistes valdkondades nagu mehaaniline tootmine ja kosmose, kasutatakse laserkatteid tavaliselt osade parandamiseks, pinna tugevdamiseks ja funktsionaalse katte valmistamiseks. Kuigi selle põhiline "kiire kuumutamine ja kiire jahutamine" võimaldab tõhusat katteid, kutsub see hõlpsalt esile kattekihi ja substraadi vahelise sisemise stressi. Kui sisemine pinge ületab kattekihi saagikuse, algavad praod, mis mõjutavad tõsiselt toote kvaliteeti ja kasutusaja. Selles artiklis analüüsitakse süstemaatiliselt laserkattes oleva sisemise stressi tüübid ja nende korrelatsiooni pragudega, pakkudes teoreetilisi viiteid pragude probleemide lahendamiseks tööstuses.
Laserkattega termiline pinge: prao moodustumise peamine tegur
Termiline pinge on jääk sisemine pinge, millel on kõige suurem mõju laserkatte pragudele ja selle moodustumine on otseselt seotud temperatuuri erinevusega ja "soojuspaisumise koefitsientide erinevusega". Lasertoime ajal kuumutatakse kattekiht koheselt sulaseisundisse, samas kui substraadi temperatuur on toatemperatuuri lähedal, mille tulemuseks on nende kahe vahel oluline temperatuuri erinevus. Jahutusfaasis peab kattekiht kiiresti vähenema; Kuna substraadil on madalam soojuspaisumiskoefitsient kui kattekihis (nt sulami ja süsinikterase aluspinda), on substraadi kokkutõmbumine palju väiksem. Kattekihi kokkutõmbumist piirab substraadiga, mis viib tõmbepinge kogunemiseni. Multi - simulatsiooniuuringud laserkatteid näitavad, et see "soojuspaisumine ja kokkutõmbumine" põhjustab ka kattekihi ebaühtlast deformatsiooni, intensiivistades pinge kontsentratsiooni ja muutudes lõpuks pragude initsiatsiooni tuuma indutseerimiseks.
Laserkatte struktuuripinge: potentsiaalne oht, mis on põhjustatud mikroskoopilise faasi muundamisest
Konstruktsioonpinge pärineb laserkatteprotsessi ajal "vedela metalli tahkeks metalliks" kristalsest faasi muundamisest, mis tuleneb ebaühtlase mikroskoopilise struktuuri muundamisest. Pärast kattematerjali ja substraadi sulamist moodustab vedela metall jahutamise ja tahkestamise ajal erinevat tüüpi tahkeid struktuure (näiteks martensiit ja austeniit) ning erinevate struktuuride konkreetses mahus on erinevusi. Samal ajal laiendab kompositsiooniline erinevus kattekihi ja substraadi vahel (nt kattekiht selliseid elemente nagu volfram ja kroom, samas kui substraat on tavaline teras) veelgi mikroskoopilise struktuuri erinevust pärast kristalliseerumist, mis viib "mahu muutumiseni". See alandamine on kattekihis piiratud ja muundub lõpuks struktuurseks pingeks. Ehkki selle mõju pragudele on nõrgem kui termiline pinge, tekitab see stressi - nõrgenenud alad kattekihi sees, pakkudes kanaleid pragude leviku jaoks.
Laserkatte piirangute stress: luumurdude riskipunkt kahe - etapi teisendusega
Piirangustress on pinge, mis on tekkinud, kui kattekihi piirab substraadiga "kuumutamise ja paisumise" kahe etapi ning jahutamise ja kokkutõmbumise ajal ning seal on ilmne stressi muundamise protsess. Kuumutamise etapis laieneb sula basseinis olev esimene sulatatud materjal kuumutamisel, kuid ümbritsev substraati jääb madalasse - temperatuuri jäigasse olekusse, blokeerides laienemise, tekitades sellega kattekihi sees survepinge. Jahutusjärgus peab soojendusega kaetud kiht (ja komposiitkatte) kahanema, kuid selle piirab substraadi madalama temperatuuri ja suurema jäikusega, nii et survepinge muudab järk -järgult tõmbepingeks. Uuringud on näidanud, et laseriga kaetud kihtide sitkus on üldiselt madal ja ülim pinge, mida nad vastu peavad, on palju madalam kui tõmbepinge põhjustatud rabemurdude kriitiline väärtus, muutes piirangustressi oluliseks riskipunkti pragude alustamiseks.
Erinevused kolme tüüpi sisemise stressi mõjus laserkatte pragudele
Kuigi kõigi laserkattega sisemise sisemise stressi jääktüüp indutseerib kõik praod, on nende põhjused ja mõjud märkimisväärselt erinevad. Põhipõhjuste vaatenurgast: termiline pinge pärineb makroskoopilise temperatuuri erinevusest ja materjali omaduste erinevustest; Struktuurpinge tuleneb mikroskoopilise faasi muundamisest põhjustatud mahumuutustest; Piirangustressi on substraadi piirangu korral laienemis- ja kokkutõmbumisreaktsioon. Mõju kraadi vaatenurgast: termilisel pingel on kõige tugevam mõju pragudele, mis võib tungida kattekihi - substraadi liidesesse ja põhjustada pindade pragusid; Piirangustress käivitab tõmbepinge tõttu otseselt rabemurdu, millel on teine tugevaim mõju; Konstruktsioonipinge on peamiselt kontsentreeritud kattekihi sisse, põhjustades enamasti kohalikke mikrokraid. Jaotusomaduste vaatenurgast: termiline pinge on ebaühtlaselt jaotunud; Piirangustressil on ilmne etapi muundamine; Stressipinge on kontsentreeritud faasi muundamise aktiivsetes piirkondades.
Laserkattesüsteemi põhikomponendid
Juhised laserkatte jaoks pragude kontrollimiseks
Kokkuvõtlikult võib öelda, et laserkatte pragude olemus on jääksisese pinge tagajärg, mis ületab kattekihi kandevõime. Nende hulgas on soojuspinge peamine teos, piirangustress on otsene käivitusfaktor ja struktuuripinge loob tingimused pragude levikuks. Selle põhjal peaks laserkatte pragude juhtimine keskenduma "termilise pinge vähendamisele", näiteks laservõimsuse optimeerimisele ja skaneerimiskiiruse optimeerimisele, et aeglustada jahutamiskiirust või valida kattematerjalide valimine substraadi oma soojuspaisumise koefitsiendiga. Samal ajal saab konstruktsioonilist pinget vähendada, kohandades kattematerjalide koostist, et minimeerida mikroskoopilise struktuuri erinevusi, ja substraadi eelsoojendamisega võib leevendada piirangutressi. Analüüsides kolme tüüpi sisemise stressi ja pragude vahelist seost, annab see artikkel selge suundi laserkattetehnoloogia protsessi optimeerimiseks, aidates parandada laser {- -ga seotud toodete usaldusväärsust ja kasutusaega.