A berendezésgyártó ipar gyors fejlődésével a mechanikai berendezések számos alkatrészének meghibásodása és selejtezése zord és összetett környezetben óriási gazdasági veszteségeket és számos berendezés meghibásodását okozta. Sürgősen fel kell tárni a hatékony és környezetbarát feltörekvő gyártási technológiákat az új berendezések kulcsfontosságú összetevőinek megerősítése érdekében. Elavult berendezések élettartamának meghosszabbítása és újragyártása. A kerámia anyagokat gyakran használják fém alkatrészek felületvédelmét erősítő anyagaként magas olvadáspontjuk, nagy szilárdságuk, alacsony hővezető képességük és alacsony hőtágulási együtthatójuk miatt. A kerámia bevonat nagymértékben növelheti az aljzat kopásállóságát, korrózióállóságát és magas hőmérsékletű oxidációval szembeni ellenálló képességét, és széles körben használják a repülőgépgyártásban, a petrolkémiai iparban, a gépgyártásban és más területeken.
Az általános kerámiabevonat-előkészítési technikák közé tartoziklézeres burkolat, magas hőmérsékletű önszaporító szintézis, gőzleválasztás és hőpermetezés. Ezek közül a magas hőmérsékletű önszaporító szintézis egyszerű eljárásokkal, alacsony energiafelhasználással és rövid gyártási ciklussal rendelkezik, de rendkívül nagy tisztaságú port igényel alapanyagként. Nem alkalmas nagyüzemi gyártásra, és a reakciófolyamat gyors és kényelmetlen pontosan szabályozni; a gőzleválasztással előállított kerámia bevonat nagy tisztaságú és jó sűrűségű, de a berendezés drága és a gyártási hatékonyság alacsony; A hőpermetező kerámia bevonat nagy hatékonysággal és szabályozható vastagsággal rendelkezik. Az eljárás egyszerű, és összetett alakú munkadarabok permetezésére is használható, de viszonylag sok a hiba, mint például a bevonat pórusai és az alacsony kötési erő; A lézeres burkolat hatékonysága magas, a burkolati terület pedig pontosan szabályozható. A kerámiabevonatok elkészítésének teljesítménye, költsége, környezetvédelmi és egyéb előnyei vannak, de az elkészített kerámiabevonatnak is lehetnek hibái, például repedések és pórusok.
A lézeres burkoló technológia megolvasztja a kerámia anyagokat, hogy leküzdje nehéz feldolgozási jellemzőit, és kiváló minőségű kerámiabevonatot készítsen. Az ezzel a technológiával előállított kerámiabevonat kiváló mechanikai, fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, ami előnyös az alkatrészek élettartamának meghosszabbítása, a költségek csökkentése és az erőforrás-pazarlás csökkentése érdekében. A felület megerősítése és újragyártása a zöld gyártás fontos iránya, és hatékony módja az energiamegtakarítás és a kibocsátás-csökkentés elérésének, valamint a fenntartható gazdasági és társadalmi fejlődés elősegítésének. A lézeres burkolati technológia folyamatos fejlődésével és a burkolóberendezések cseréjével a kerámiabevonatok lézeres burkolással történő előkészítése összetett környezetben erősítheti meg az alkatrészek felületét és meghosszabbíthatja az újragyártás élettartamát, ami összhangban van a fenntartható fejlődés stratégiai koncepciójával. az ország által. A „Made in China 2025” fejlesztési terv egyre közelebb kerül. Az újragyártásra szánt lézeres burkoló kerámia bevonat a fejlett additív gyártás és a zöld gyártás kategóriájába tartozik, és hatékonyan valósítja meg a „14. ötéves” megújuló erőforrás-fejlesztési tervet.
1 Lézeres burkoló kerámia bevonat
A felület megerősítésére és újragyártására szolgáló lézeres burkoló kerámiabevonatok kompozit kerámia bevonatokra, fém-kerámia kompozit bevonatokra, lézeres in situ szintetikus kerámiabevonatokra és nanokompozit kerámiákra oszthatók az anyagösszetétel és az alakítási mechanizmus szerinti bevonat szerint.
- Kompozit kerámia bevonat: A kutatók különféle eutektikus típusú, nitridekből, boridokból, karbidokból és oxidokból álló kompozit kerámiabevonatokat fejlesztettek ki. Ezek a többkomponensű kerámiából álló kompozit anyagok nagy kölcsönös oldhatósággal és affinitással rendelkeznek az összetevők között, ami hatékonyan csökkentheti a kerámia fázis szemcseméretét, javítja a bevonat szilárdságát és szívósságát, és stabilabbá teszi a bevonatot, mint az egyfázisú kerámia bevonatok. Jó termofizikai tulajdonságok és kiváló tulajdonságok, például kopás- és korrózióállóság.
- Fém-kerámia kompozit bevonat: A fém-kerámia kompozit bevonat kerámia fázis (erősítő fázis) és fém vagy ötvözet (kötőfázis) kombinációja, így a fémanyagok jó nedvesíthetőségét és a kerámia fázis figyelemre méltó keménységét, kopásállóságát, és korrózióállóság. A lézeres burkolási eljárás során a gyors felmelegedés és megszilárdulás finomítja a fém-kerámia kompozit bevonatban lévő szemcséket, és egyenletesen elosztja a tűzálló kerámia erősítő fázist a bevonatban a kötőanyag fázisban, ami növeli a bevonat szilárdságát. , a fémek és kerámiák kiváló tulajdonságainak hatásának eléréséhez.
- Kerámiabevonatok in situ szintézise: A kerámiabevonatok in situ szintézise során különböző elemporok hozzáadásával magas hőmérsékleten kerámiafázisú részecskék képződnek, és a reakció kialakulása következtében a kerámiaszemcsék spontán magképződnek és növekednek, így a Az eloszlás egyenletes, sűrű szerkezet, javított interfész kötés és jelentősen csökkentett teljesítményveszteség, kiküszöböli a rossz határfelületi kötés hibáit, a részecskeaggregációt, a repedéseket és egyéb hibákat, amelyek a kerámiafázisok közvetlen hozzáadásakor jelentkeznek.
A lézeres burkolókerámia bevonatok rendkívüli előnyöket mutatnak az új termékek felületmódosításánál vagy a sérült részek újragyártásánál, de a kerámiabevonatok készítése során gyakori hibák is előfordulnak, mint például a pórusok, az elemek szétválása, repedések. A lézeres burkolással készített bevonatok elvei és jellemzői alapján a kutatók a kerámia bevonatok minőségét optimalizálják a lézeres burkolás folyamatparaméterei, a bevonat szerkezete, a bevonóanyag-rendszer és a különféle folyamatsegített alakítások szempontjaiból.
2 Lézeres burkoló kerámia bevonat alkalmazási iránya
Az elmúlt években az olyan iparágak, mint a gépgyártás, a szállítás, a repülőgépgyártás, a petrolkémia és a biomedicina, magasabb követelményeket támasztottak a munkadarabok teherbíró képességével és kifáradási élettartamával kapcsolatban. A különböző munkakörülmények között fennálló problémákat megcélozva a kutatók lézeres burkolatfelület-erősítő és -újragyártás-javító technológiával egy sor funkcionális bevonatot készítettek a munkadarabok meghibásodásának kezelésére. A kerámia anyagok különböző funkciói szerint a lézeres burkolással készített kerámia funkcionális bevonatok nagyjából négy típusra oszthatók:
- A lézeres burkolatú korrózióálló kerámiabevonatoknak, a durva korróziós környezetben használt anyagoknak (például tengeri olaj, földgázfúró platformok, vízerőművek, vegyi üzemek, bányák stb.) meg kell erősíteni a munkadarab felületét, és újra kell gyártani a sérült részeket, hogy ellenálljanak az eróziónak. sérülések, Korrózióálló bevonatok növelhetik a berendezés élettartamát és csökkenthetik a karbantartási költségeket;
- Lézeres burkolat kopásálló kerámia bevonat, a kopás a leggyakoribb meghibásodási mód számos mérnöki anyagnál, a súrlódás és a kopás kemény munkakörülmények között (nagy terhelés, magas hőmérséklet, nagy sebesség stb.) lerövidíti a munkadarab élettartamát. A kutatók kiváló kopás- és súrlódásgátló tulajdonságokkal rendelkező kerámiabevonatok készítésével javítják a munkadarabok keménységét és kopásállóságát, ezáltal meghosszabbítják az élettartamot;
- Lézeres burkolat hőzáró kerámiabevonat, hőszigetelő bevonat a magas hőmérsékletnek, oxidációnak és korróziónak ellenálló kerámia anyag bevonására az alapfelületen, hogy elszigetelje az aljzatot a külső forró gáztól, ezáltal megvédje az alkatrészeket a korróziótól, oxidációtól, hővédő réteg, amely javítja az aljzat teljesítményét és meghosszabbítja az alkatrészek élettartamát. Ezt a bevonatot különféle mérnöki területeken használták, beleértve a belső égésű motorokat, a sugárhajtóművek gázturbina lapátjait, a termokémiai utókezelő berendezéseket stb.
3 Kilátások
- Új kerámia bevonóanyagok tervezése. Mivel a berendezések üzemi feltételei egyre keményebbek, a kerámia és a fémanyagok jellemzői pedig meglehetősen eltérőek, szükséges a bevonóanyag-tervezési ötletek megújítása, valamint az anyagtervezés és a teljesítményellenőrzés bevezetése, mint például az első elvű számítások és a magas átviteli teljesítménytesztek. módszer több kiváló tulajdonságú bevonóanyag egyidejű elérésére, például a MAX fázisú kerámiák és fémek kombinációjával kopásálló, magas hőmérsékletnek ellenálló, erős és szívós bevonatokat kaphatunk; önkenő, nagy vezetőképességű kerámia anyagok és hafnium/cirkónium ultramagas hőmérsékletű kerámiák És más anyagok is fontos fejlesztési és alkalmazási értékkel bírnak. Az anyagrendszerek sokfélesége kibővítheti alkalmazási körét, és több választási lehetőséget kínál a különböző munkakörülményekhez.
- Új lézeres burkoló eljárás kidolgozása. Az eljárás jelentős hatással van a bevonat makroszkopikus morfológiájára és mikroszerkezetére. Bár a lézeres burkolat és az ultrahangos vibráció, az elektromágneses segítség, az indukciós fűtési rásegítés és más technológiák kombinációját alkalmazták, hogyan lehet csökkenteni a bevonat felületi érdességét, javítani a burkolat kialakításának hatékonyságát, javítani a fáradási jellemzőket és javítani a felületet. minősége még nem tisztázott. Behatóan kell feltárni.