Laserkatte kõvaduse tugevdamine

Tipptootmise valdkonnas mõjutavad osade pinnaomadused otseselt toote jõudlust ja kasutusiga ning seadmeosade kulumine põhjustab sageli täiendavat aja- ja majanduskulukadu. Mehaaniliste osade pinnaomaduste parandamiseks kasutatakse tavaliselt pinna tugevdamist, et parandada materjali pinna jõudlust ja kasutusiga. Lisaks materjali otsesele pinnatugevdamisele valmistatakse tavaliselt pinnale kate, näiteks termiline pihustamine materjali pinnale metallurgia, naftakeemia ja muudes valdkondades, et parandada kasutusiga. Kuid termilise pihustamise tehnoloogia puuduste tõttu ei saa see tõhusalt parandada materjalide pinnamehaanilisi omadusi. Peale selle, kui spetsiaalseid katteid valmistatakse magnetroni pihustamise, galvaniseerimise ja keemilise aurustamise teel, ilmnevad sageli puudused, näiteks piiratud paksus ja halb nakkuvus.

Laserkatte tehnoloogia on uus metalli pinnatöötlustehnoloogia, mida kasutatakse sageli suure kõvadusega kulumiskindlate, tugeva nakkumisjõu ja väheste defektidega katete valmistamiseks. Kiibivaba ja tõhusa 3D-vormimistehnoloogiana on laserkatet edukalt rakendatud mõnede tipptasemel insenertehniliste osade rohelisel tootmisel ja ümbertöötlemisel.

Laservooder kaetakse kaetava substraadi pinnale erinevate etteandmismeetoditega laserkiirgusega, et samal ajal sulatada õhuke kiht substraadi pinnast ja pärast kiiret tahkumist väga madala lahjenduse ja metallurgilise sideme moodustamiseks aluspinnaga. substraadi pinnakate. Tehnoloogiat iseloomustab suur võimsustihedus, kõrge sadestusefektiivsus, madal termiline deformatsioon, kiire jahutamine, madal lahjendusmäär ja kõrged metallurgilised omadused

Laserkatte puhul fokusseeritakse laserkiir materjali pinnal väikesele alale, mille tulemusena kuumeneb see kiiresti, saavutades materjali sulamistemperatuuri või kõrgema temperatuuri. Kõrgel temperatuuril moodustab substraat koos kattematerjaliga sulamisbasseini ning materjali aatomid ja molekulid hakkavad sulamisbasseinis muutuma dünaamiliseks ning neid saab ümber paigutada erinevateks kristallstruktuurideks või keemilisteks koostisteks. Kui laserkiir liigub järgmisele alale, siis varem sulanud ala jahtub kiiresti, moodustades uue organisatsioonilise struktuuri, seega sobib see materjali kõvaduse suurendamiseks.

Mehhanism, mille abil laserkattetehnoloogia võib materjalide kõvadust parandada, hõlmab järgmisi aspekte.

1. Teravilja rafineerimine

Kuna laserkattekiht on spetsiaalne ja mööduv tahke keemiline protsess, on sellel kõrge sulamis- ja tahkumiskiirus, mis pärsib terade kasvu, soodustab terade rafineerimist ja seega parandab katte kõvadust. NbMoTaWTi kõrge entroopia sulamist kate valmistati TC4 sulami pinnale laserkattega ja leiti, et mikrokõvadus oli 71, 4% kõrgem kui substraadil. Põhjus on selles, et laserkatteprotsessi kiire sulamine ja jahutamine viib selleni, et tera ei saa kiiresti kasvada, seega tera rafineeritakse ja kõvadus paraneb oluliselt.

2. Võre moonutus

Kristallvõre moonutamine suurendab materjali kõvadust. Laserkattekihi plastilise deformatsiooni protsessis tuuakse sisse suur hulk võre defekte, nagu nihestus ja vakantsus, et viia mõned elemendid tasakaaluolekust välja ja põhjustada võre moonutusi. Pärast võre moonutamist põhjustab see sageli materjali energia suurenemist, mille tulemuseks on suurem mikropinge, nihestuse libisemise pärssimine ning materjali tugevuse ja kõvaduse paranemine. Kuna suure entroopiaga sulam koosneb erinevatest elementidest, on iga elemendi aatomi suurus, struktuur ja sidumisenergia oluliselt erinevad, kusjuures erinevate elementide aatomi suurus, sideme tüüp ja võre potentsiaalne energia võivad võrel olla juhuslikult jaotunud. punktid, mille tulemuseks on kristallstruktuuri tõsine võre moonutus, mistõttu on see nähtus ilmsem kõrge entroopia sulami puhul.

3. Faasi teisendus

Kattefaasi muutus suurendab katte kõvadust. Laservooderdus on kõrgtemperatuuriline töötlemistehnoloogia, mis suudab materjali pinna väga lühikese aja jooksul kõrgele temperatuurile soojendada, osaliselt või täielikult sulatada ning kiire jahutamise teel moodustada erinevaid organisatsioonilisi struktuure. Sellel kõrgel temperatuuril muutuvad materjali aatomid ja molekulid dünaamiliseks ning neid saab ümber paigutada stabiilsemaks või optimeeritud kristallstruktuuriks, põhjustades materjali faasisiirde. CoCrNiMnTix kõrge entroopiaga sulamist laserkattekiht valmistati Q235 teraspinnale. Leiti, et Ti sisalduse suurenemisega kattekihis muutus kattefaas FCC faasist FCC+ Laves faasiks.

Pulbrite tüüp ja osakaal on peamised tegurid, mis mõjutavad katete toimivust. Seetõttu on katses väga oluline kujundada kattepulbri valem mõistlikult. Lisaks, kuna katte võimendusmeetod on tihedalt seotud selle tugevdava toimega, on väga oluline kujundada pulber vastavalt võimendusefektile. Nende hulgas on teise faasi tugevdamine, peenkristallide tugevdamine, tahke lahuse tugevdamine, mikrostruktuuri optimeerimine, amorfne ja mikrostruktuuri optimeerimine tõhusad viisid katte kõvaduse ja kulumiskindluse parandamiseks. Levinud lisandite mõju kattekihtide pinnaomadustele on toodud tabelis 1.

Kuna materjali kõvadus peegeldab materjali võimet seista vastu materjali survele pinnale, siis mida suurem on kõvadus, mida madalam on materjali pinnasesse surumise sügavus, seda väiksem on lõikamisel tekkiv hõõrdumise maht, ehk mida väiksem on kulumine, seda suurem on kulumiskindlus. Seetõttu saab kõvaduse abil mõõta metallmaterjalide kulumiskindlust ja kõvaduse suurenemisel suureneb ka selle kulumiskindlus.