Kuidas suurendada laserkatte tugevust

1. Kattekihi sitkuse vähenemise põhjused

(1). Stress

Tänu kattematerjali ja maatriksi soojuspaisumisteguri suurele erinevusele on kattekihi ajal lihtne tekitada sisemist pinget. Katteprotsess on kiire sulamise ja kiire tahkumise protsess. Selle protsessi käigus tekib temperatuurigradientide erinevus ja tekivad mitmesugused pinged, näiteks termiline tõmbepinge, mis on põhjustatud kattekihi ebaühtlasest kokkutõmbumisest, mis on tingitud materjali erinevast temperatuurigradiendist ja soojuspaisumistegurist, ning organisatsioonilisest pingest. metalli faasisiirde tõttu jahutusprotsessis. Ja piirangupinge, mis on põhjustatud kokkutõmbumata osa ekstrudeerimisest, kui kattekiht kahaneb temperatuuri gradiendi erinevuse tõttu. Sisemine pinge hõlmab termilist pinget, struktuurset pinget ja piirangupinget ning termiline pinge on peamine pinge. Laserkatte protsessis on murdumistugevus palju väiksem kui tekitatud termiline tõmbejõud, mis on pragude tekkimise peamine põhjus. Praod tekivad siis, kui termiline pinge ületab materjali tugevuspiiri.

Tulemused näitavad, et suure hulga kroomboriidide ja -karbiidide ebaühtlane jaotus laserkattega niklipõhises ränikarbiidkattes, mille tulemuseks on ülemäärane termiline pinge, on pragunemise peamine põhjus. Laserkatte protsessis on hapraid ühendeid kerge tekkida tera piiril ning nende rabedate ühendite ja kattekihi soojuspaisumise koefitsient on väga erinev, mis toob kaasa pinge kontsentratsiooni terade piiril ja pragunemine kergesti tekkiv sitkuse vähenemise tõttu.

(2). Katteprotsessi defektid

Katteprotsessi käigus tekivad ka väikesed defektid, nagu poorid ja mikropraod. Pooride olemasolu võib põhjustada suure energiaga laseri poolt põhjustatud aine dissotsieerumine ja gaasistumine. Teine võimalus on, et laserkatteprotsessis on kaitsegaasina vaja inertgaasi ja kaitsegaas kaasatakse sulabasseini. Gaas jäetakse kondensaadibasseini liiga hilja, et see väljuks pooride moodustamiseks. Kiire kondenseerumise käigus tekitavad poorid mikropraod. Kui sellised komponendid nagu hapniku eemaldamine ja räbu moodustumine kattepulbris ei suuda õigel ajal üles ujuda, säilivad need kattekihis. Need lisamised suurendavad ka pragude tekkimise võimalust kattekihis ja vähendavad kattekihi konstruktsiooni tugevust ja sitkust. Samas on pooride olemasolust abi ka pragude tekkimisel ja laienemisel. Poorid muudavad kattekihi lahti ja pooride ümber on lihtne tekitada pingekontsentratsiooni, mis suurendab kattekihis tekkivate pragude tundlikkust.

2. Kattekihi sitkust mõjutavad tegurid

Laserkatte kihi purunemiskindlust mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas kattematerjali valik, laseri võimsus, pulbri etteandekiirus ja kattemaatriksi temperatuur. Katte pragunemise peamiseks põhjuseks on sisemine pinge, mis on põhjustatud kattekihi ja aluspinna füüsikaliste omaduste erinevusest. Kattepulbermaterjali ja sarnaste füüsikaliste omadustega substraadimaterjali valimisel on kahe materjali sulamine ja tahkumine peaaegu sünkroniseeritud, mis võib tõhusalt vähendada kattekihi pragunemise võimalust ja parandada katte tugevust. Laserkatte protsessi parameetrid mõjutavad otseselt ka pragude teket. Laseri võimsuse suurenemisega katte praod esmalt suurenevad ja seejärel vähenevad ning laserskaneerimise kiirusel ja pulbri etteande kiirusel on samuti sarnane mõju. Substraadi eelkuumtöötlus enne katmist võib oluliselt vähendada sulabasseini ja aluspinna vahelist temperatuurigradienti ning parandada kattekihi pingejaotust.

1. Kattepulbri koostise optimeerimine

Laserkatteks on pulbri ja maatriksi sulatamine metallurgilise katte moodustamiseks, katte toimivus ning pulbri valik ja töötlemine on väga olulised. Fe-põhise amorfse sulami katte sitkus on suhteliselt halb ja sisemise nihketsooni pinge tõttu on ettevalmistusprotsessis või tegelikul kasutamisel väga lihtne tekitada pragusid. Veljed jätkavad laienemist, kuni ilmnevad rabedad purunemised, kuid eriline korrapäratu aatomipaigutusstruktuur ja kristallipiiride puudumine muudavad rauapõhistel amorfsetel kristallidel suurepärase kulumis- ja korrosioonikindluse. Amorfse sulami sisemises nihketsoonis on kerge tekitada pingekontsentratsiooni, kus tekivad kergesti mikropraod ja mikropragude paisumine võib tekitada pragusid. Kõrge kõvaduse ja sitkusega kate saadi terasplaadi pinna laserkattekatsega pärast nikliga kaetud süsinik-nanotorude segamist rauapõhise amorfse pulbriga kuuljahvatamise teel. Leiti, et pärast nikliga kaetud süsinik-nanotorude lisamist tekkis kattekihis hea sitkusega amorfne nanokristalliline komposiitstruktuur. Samal ajal võivad nikeldamine ja kuuljahvatamine tõhusalt vältida haprate karbiidide teket laserkatteprotsessis, et tagada katte hea purunemiskindlus.

Sobiva koguse haruldaste muldmetallide elementide lisamine võib parandada pulbri neeldumiskiirust suure energiaga laserkiirega, muuta kattepulber ühtlaselt ja täielikult sulama, paremini moodustada metallurgilise sideme maatriksiga, vähendada poorsuse tõenäosust, ja seda saab kasutada tsementeeritud karbiidkatte homogeniseerimiseks, tahke lahuse tugevaks ja tugevaks karastamiseks.

2. Täiendav üleminekukiht

Hea sitkuse ja maatriksi füüsikaliste omadustega hästi sobituva pulbri kasutamine alumise kihina, st sellise üleminekukihi või gradientkihi seadmine maatriksi ja kattekihi keskele võib vähendada sisemist pinget kattekihi vahel. suure kõvadusega ja maatriksiga ning vähendavad liigsest pingest põhjustatud pragusid. Vahepealne üleminekutsoon võib leevendada jääkpinget, mis on põhjustatud erinevast soojuspaisumistegurist aluspinna ja kattekihi vahel, suurendades seeläbi katte tugevust ja vältides katte pragunemist. Aluskihina kantakse surveterase pinnale Ni20Cr kattekiht ja seejärel kantakse Ni20Cr kattele pidevalt kaks kihti Ni60A katet. Tulemused näitavad, et Ni20Cr katte kasutamine aluskihina võib tõhusalt parandada metallurgilist sidet katte ja aluspinna vahel. Vähendab oluliselt katte pragusid, poore ja muid defekte.

3. Protsessi parameetrite optimeerimine

Laserkatte protsessis on laserkiire võimsusel P, skaneerimiskiirusel V, punkti läbimõõdul D jne oluline mõju kattekihi kvaliteedile. Lahjendatud vabanemiskiirus on kattemassi teostus ja lahjendatud vabanemiskiirust mõjutab erienergia E.

Tulemused näitavad, et liiga suur või liiga väike erienergia E ei soodusta suurepärase jõudlusega katte saamist. Kui E on liiga madal, on katte lahjendusmäär vastavalt madal, maatriks ja kattekiht ei suuda saavutada head metallurgilist sidet ning kattekihi pinnal võivad tekkida poorsuspraod ja muud defektid. Kui erienergia E on liiga kõrge, suureneb lahjendusmäär vastavalt ja sulamassi metallid segunevad täielikult ning kattepulbri suurepäraseid omadusi ei saa rakendada. Leitakse, et laserskaneerimise kiirus on liiga kiire, mille tulemuseks on kattekihi ebaühtlane moodustumine, skaneerimiskiirus on liiga aeglane, moodustab suurema kristallstruktuuri, sobiva skaneerimiskiirusega saab suhteliselt tiheda kattekihi ja parema sitkuse.

3. Kuumtöötlus

(1) Eelsoojendage ja järelkuumtöötlus

Laserkatte kuumtöötlus seisneb põhimõtteliselt faasi tellimises ja kattekihis elementide homogeniseerimises. Aluspinna õige eelsoojendamine võib tõhusalt vähendada katte temperatuurigradienti, vähendada termilist pinget ja parandada katte tugevust. Tulemused näitavad, et maatriksi õige eelsoojendamine võib oluliselt vähendada kattekihi jahutuskiirust, vähendada jääkpinget ja pärssida pragude teket. Nagu on näidatud alloleval joonisel, võib maatriksi eelkuumutamisel täheldada pragusid (nool näitab), kuid maatriksi eelkuumutamisel 200 kraadini ei ole nähtavaid pragusid.

Kattekihi tugevuse parandamiseks ja katte pragunemise vähendamiseks on eelsoojendatud maatriksmeetod suhteliselt lihtne ja mõnikord ei saavutata oodatud efekti. On leitud, et eelsoojendamine ja kuumuse säilitamine võivad märkimisväärselt vähendada sulabasseini jahutuskiirust, parandades seeläbi sulabasseini temperatuurijaotust, vähendades kristallidevahelist eutektilist kõva faasi, suurendades sulamisprotsessis plastilist faasi, mis muudab basseini sitkuse. kattekiht suurenes ja jääksoojuspinge vähenes ning praod vähenesid või isegi kadusid. Pulbri kuumtöötlus võib parandada pulbri ja tugevdatud faasi sidumisvõimet ning parandada ka kattekihi kõvadust ja sitkust. Saadud katte kuumtöötlus võib katte homogeniseerida, oluliselt vähendada katte defektide tihedust, vabastada katte jääkpingest ning parandada katte tugevust ja sitkust. Järelkuumtöötlus võib parandada katte tõmbetugevust ja pragunemiskindlust ning kattekihi pikenemissuhet, voolavuspiiri ja ülimat tõmbetugevust.

Eelkuumutamine ja järelkuumtöötlus võivad märkimisväärselt vähendada sulabasseini temperatuurigradienti, suurendada tugevust ja pärssida pragude teket, kuid eelsoojendus- ja järelkuumtöötlusprotsess tekitab liiga kõrge temperatuuri, mis võib kergesti mõjutada sisemist pingejaotust. õhukese seinaga osad ja võib põhjustada tooriku deformatsiooni. Seetõttu on õhukeseseinaliste täppisdetailide tugevdamisel või parandamisel eel- ja järelkuumtöötlus piiratud.

(2) Laser-ümbersulatamine

Üks või mitu laseriga ümbersulatamist vahetult pärast laserkatet võib kõrvaldada katte pinnadefektid ja parandada katte tugevust. Ni60/50%WC komposiitkate ilma pragudeta saadi laserkattega + ümbersulatustöötlusega 45 teraspinnal. On leitud, et laseriga ümbersulatamisel on sekundaarse räbu tekitamise, pragude paranemise, pinna kareduse parandamise ning kattestruktuuri ebaühtluse ja kompaktsuse parandamise funktsioonid. Fe-põhine amorfne kate valmistatakse kolmel laserskaneerimise meetodil, see tähendab, et esimene laserskaneerimine soojendab maatriksit, teine ​​laserkate moodustab amorfse katte ja seejärel kolmas amorfse katte laserümbersulatamine saab mittepraguneva katte. . Laserümbersulatamine kõrvaldab põhimõtteliselt katte defektid ning parandab oluliselt katte elastsusmoodulit ja sitkust.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. on kõrgtehnoloogiline ettevõte, mis on spetsialiseerunud automaatsete laserkattemasinate, kiire laserkattemasina, laserkarastusmasina, laserkeevitusmasina ja laser-3D-printimise seadmete uurimis- ja arendustegevusele, tootmisele ja müügile. Meie tooted on kulutõhusad ja neid müüakse nii kodu- kui välismaal. Kui olete meie toodetest huvitatud, võtke meiega ühendust aadressil bob@gshenglaser.com.