Seadmeid tootva tööstuse kiire arenguga on paljude mehaaniliste seadmete komponentide rike ja lammutamine karmides ja keerukates keskkondades põhjustanud tohutut majanduslikku kahju ja palju seadmete rikkeid. Uute seadmete põhikomponentide tugevdamiseks on vaja kiiresti uurida tõhusaid ja keskkonnasäästlikke esilekerkivaid tootmistehnoloogiaid. Vananenud seadmete eluea pikendamine ja taastootmine. Keraamilisi materjale kasutatakse sageli metallosade pinnakaitset tugevdavate materjalidena nende kõrge sulamistemperatuuri, kõrge tugevuse, madala soojusjuhtivuse ja madala soojuspaisumisteguri tõttu. Keraamiline kate võib oluliselt suurendada substraadi kulumiskindlust, korrosioonikindlust ja kõrge temperatuuri oksüdatsioonikindlust ning seda kasutatakse laialdaselt kosmosetööstuses, naftakeemiatööstuses, masinate tootmises ja muudes valdkondades.
Levinud keraamilise katte valmistamise tehnikad hõlmavadlaserkatted, kõrgtemperatuuriline isepaljunev süntees, aurustamine-sadestamine ja termiline pihustamine. Nende hulgas on kõrgel temperatuuril iseseisev süntees lihtsate protseduuride, madala energiatarbimise ja lühikese tootmistsükliga, kuid nõuab toorainena ülimalt kõrge puhtusastmega pulbrit. See ei sobi suuremahuliseks tootmiseks ning reaktsiooniprotsess on kiire ja ebamugav täpselt juhtida; aur-sadestamise teel valmistatud keraamiline kate on kõrge puhtusega ja hea tihedusega, kuid seadmed on kallid ja tootmise efektiivsus madal; termiliselt pihustatud keraamiline kate on kõrge efektiivsusega ja kontrollitava paksusega. Protsess on lihtne ja seda saab kasutada keeruka kujuga toorikute pihustamiseks, kuid seal on suhteliselt palju defekte, nagu kattepoorid ja väike sidumisjõud; laserkatte efektiivsus on kõrge ja katteala on täpselt juhitav. Keraamiliste kattekihtide valmistamisel on jõudlus, maksumus, keskkonnakaitse ja muud eelised, kuid valmistatud keraamilisel pinnakattel võib esineda ka defekte, nagu praod ja poorid.
Laserkatte tehnoloogia suudab keraamilisi materjale sulatada, et ületada nende rasked töötlemisomadused ja valmistada kvaliteetseid keraamilisi katteid. Selle tehnoloogia abil saadud keraamiline kate on suurepäraste mehaaniliste, füüsikaliste ja keemiliste omadustega, mis aitab pikendada osade kasutusiga, vähendada kulusid ja vähendada ressursside raiskamist. Pinna tugevdamine ja ümbertöötlemine on keskkonnahoidliku tootmise oluline suund ning tõhus viis energiasäästu ja heitkoguste vähendamise saavutamiseks ning säästva majandusliku ja sotsiaalse arengu edendamiseks. Laserkatte tehnoloogia pideva arendamise ja katteseadmete väljavahetamisega võib keraamiliste kattekihtide valmistamine laserkattega tugevdada osade pinda keerukates keskkondades ja pikendada taastootmise eluiga, mis on kooskõlas propageeritud säästva arengu strateegia kontseptsiooniga. riigi poolt. Arengukava "Made in China 2025" läheneb järjest lähemale. Taastootmiseks mõeldud laserkattega keraamiline kate kuulub täiustatud lisandite tootmise ja rohelise tootmise kategooriasse ning rakendab tõhusalt taastuvate ressursside arendamise kava "14. viie aasta".
1 Laserkattega keraamiline kate
Pinna tugevdamiseks ja taastootmiseks mõeldud laserkattega keraamilised katted võib materjali koostise ja vormimismehhanismi katte järgi jagada komposiitkeraamilisteks kateteks, metallkeraamilisteks komposiitkateteks, laser-in situ sünteetilisteks keraamilisteks kateteks ja nanokomposiitkeraamikateks.
- Komposiitkeraamiline kate: teadlased on välja töötanud mitmesuguseid eutektilisi laserkattega komposiitkeraamilisi katteid, mis koosnevad nitriididest, boriididest, karbiididest ja oksiididest. Nendel mitmekomponendilisest keraamikast koosnevatel komposiitmaterjalidel on suur vastastikune lahustuvus ja komponentide afiinsus, mis võib tõhusalt vähendada keraamilise faasi tera suurust, parandada katte tugevust ja sitkust ning muuta katte stabiilsemaks kui ühefaasilised keraamilised katted. Head termofüüsikalised omadused ja suurepärased omadused nagu kulumis- ja korrosioonikindlus.
- Metallkeraamiline komposiitkate: Metallkeraamiline komposiitkate on keraamilise faasi (armeerimisfaas) ja metalli või sulami (sidumisfaas) kombinatsioon, nii et see võib saavutada metallmaterjalide hea märguvuse ja keraamilise faasi märkimisväärse kõvaduse, kulumiskindluse, ja korrosioonikindlus. Laserkatte protsessi käigus toimuv kiire kuumenemine ja tahkumine viimistleb metallkeraamilise komposiitkatte terakesi ning jaotab ühtlaselt sideainefaasis kattes tulekindla keraamika tugevdusfaasi, mis suurendab katte tugevust. , et saavutada metallide ja keraamika suurepäraste omaduste mõju.
- Keraamiliste katete in situ süntees: keraamiliste kattekihtide süntees in situ moodustab keraamilise faasi osakesi, lisades kõrgel temperatuuril erinevate elementide pulbreid ning reaktsiooni tekkimisel keraamilised osakesed tuumastuvad ja kasvavad spontaanselt, nii et jaotus on ühtlane, tihe struktuur, täiustatud liidese sidumine ja oluliselt vähenenud jõudluse kadu, kõrvaldab halva liidese sidumise, osakeste agregatsiooni, pragude ja muude defektide, mis esinevad keraamiliste faaside otsesel lisamisel.
Laserkattega keraamilised katted näitavad erakordseid eeliseid uute toodete pinna modifitseerimisel või kahjustatud osade ümbertöötlemisel, kuid keraamiliste kattekihtide valmistamise protsessis esineb ka levinud defekte, nagu poorid, elementide eraldumine ja praod. Tuginedes laserkattega valmistatud katete põhimõtetele ja omadustele, optimeerivad teadlased keraamiliste katete kvaliteeti laserkatte protsessi parameetrite, katte struktuuri, kattematerjalide süsteemi ja erinevate protsesside abil vormimise aspektidest.
2 Laserkatte keraamilise katte pealekandmise suund
Viimastel aastatel on sellised tööstusharud nagu masinate tootmine, transport, lennundus, naftakeemia ja biomeditsiin esitanud kõrgemad nõuded toorikute kandevõimele ja väsimuseale. Erinevates töötingimustes esinevate probleemide lahendamiseks kasutasid teadlased laserkatte pindade tugevdamise ja ümbertöötlemise parandamise tehnoloogiat, et valmistada ette rida funktsionaalseid katteid toorikute rikete korral. Vastavalt keraamiliste materjalide erinevatele funktsioonidele võib laserkattega valmistatud keraamilised funktsionaalsed katted jagada laias laastus nelja tüüpi:
- Laserkattega korrosioonikindlad keraamilised katted, materjalid karmides korrosioonikeskkondades (nagu avamere nafta, maagaasi puurimisplatvormid, hüdroelektrijaamad, keemiatehased, kaevandused jne) peavad tugevdama töödeldava detaili pinda ja tootma kahjustatud osi, et need oleksid erosioonikindlad. kahjustused, Korrosioonikindlad katted võivad pikendada seadmete kasutusiga ja vähendada hoolduskulusid;
- Laserkatte kulumiskindel keraamiline kate, kulumine on paljude tehniliste materjalide kõige levinum rikkerežiim, hõõrdumine ja kulumine karmides töötingimustes (suur koormus, kõrge temperatuur, suur kiirus jne) lühendab tooriku kasutusiga. Teadlased parandavad töödeldavate detailide kõvadust ja kulumiskindlust, valmistades ette suurepäraste kulumis- ja hõõrdevastaste omadustega keraamilised katted, pikendades seeläbi nende kasutusiga;
- Laserkattega termobarjäärkeraamiline kate, termobarjäärkate kõrge temperatuuri-, oksüdatsiooni- ja korrosioonikindla keraamilise materjali katmiseks aluspinnale, et isoleerida substraat välisest kuumast gaasist, kaitstes seeläbi osi korrosiooni, oksüdatsiooni, kuumakaitsekiht, et parandada aluspinna jõudlust ja pikendada osade kasutusiga. Seda katet on kasutatud erinevates insenerivaldkondades, sealhulgas sisepõlemismootorites, reaktiivmootorite gaasiturbiinide labades, termokeemilistes järeltöötlusseadmetes jne.
3 Väljavaated
- Uute keraamiliste kattematerjalide projekteerimine. Kuna seadmete kasutustingimused muutuvad üha karmimaks ning keraamiliste materjalide ja metallmaterjalide omadused on üsna erinevad, on vaja uuendada kattematerjalide disaini ideid ning võtta kasutusele materjalide projekteerimine ja toimivuse kontrollimine, nagu esimese põhimõtte arvutused ja kõrgetasemelised läbilaskevõime testid. meetod mitme suurepäraste omadustega kattematerjalide samaaegseks saavutamiseks, näiteks MAX-faasi keraamika ja metallide kombinatsiooni abil on võimalik saada kulumis-, kõrgel temperatuuril vastupidavad, tugevad ja sitked katted; isemäärduvad kõrge juhtivusega keraamilised materjalid ja hafnium/tsirkoonium ülikõrge temperatuuriga keraamika Ja ka muudel materjalidel on oluline arendus- ja rakendusväärtus. Materjalisüsteemide mitmekesisus võib laiendada selle rakendusala ja pakkuda rohkem valikuvõimalusi erinevate töötingimuste kasutamiseks.
- Uue laserkatte protsessi väljatöötamine. Protsessil on oluline mõju katte makroskoopilisele morfoloogiale ja mikrostruktuurile. Kuigi on kasutatud laserkatte ja ultrahelivibratsiooni, elektromagnetilise abi, induktsioonkuumutusabi ja muude tehnoloogiate kombinatsiooni, kuidas vähendada katte pinna karedust, parandada katte moodustamise efektiivsust, parandada väsimusomadusi ja parandada pinda. kvaliteet on endiselt ebaselge. Vaja põhjalikult uurida.