Lézeres burkolati bevonat keménységének erősítése

A csúcsgyártás területén az alkatrészek felületi tulajdonságai közvetlenül befolyásolják a termék teljesítményét és élettartamát, a berendezés alkatrészeinek kopása pedig gyakran többlet idő- és gazdaságos költségveszteséget okoz. A mechanikai alkatrészek felületi teljesítményének javítása érdekében általában felületerősítő kezelést alkalmaznak az anyag felületi teljesítményének és élettartamának javítására. Az anyag felületének közvetlen megerősítése mellett általában bevonatot készítenek a felületen, például kohászatban, petrolkémiai és egyéb területeken termikus szórással az anyag felületére az élettartam javítása érdekében. A termikus permetezési technológia hiányosságai miatt azonban nem tudja hatékonyan javítani az anyagok felületmechanikai tulajdonságait. Ezenkívül, amikor speciális bevonatokat készítenek magnetronos porlasztással, galvanizálással és kémiai gőzleválasztással, gyakran vannak olyan hiányosságok, mint a korlátozott vastagság és a rossz tapadás.

A lézeres burkoló technológia egy új fémfelület-kezelési technológia, amelyet gyakran alkalmaznak nagy keménységű, kopásálló, erős tapadóerővel és kevés hibával rendelkező bevonatok készítésére. Forgácsmentes és hatékony 3D formázási technológiaként a lézeres burkolatot sikeresen alkalmazták egyes csúcskategóriás mérnöki alkatrészek zöld gyártásában és újragyártásában.

A lézeres burkolat a bevonandó hordozó felületén, különböző adagolási módokkal, lézeres besugárzással egyidejűleg megolvasztja az aljzat felületének vékony rétegét, majd gyors megszilárdulás után nagyon alacsony hígítást és metallurgiai kötést hoz létre a bevonattal. hordozófelület bevonat. A technológiát nagy teljesítménysűrűség, magas leválasztási hatékonyság, alacsony termikus deformáció, gyors hűtés, alacsony hígítási sebesség és magas kohászati ​​tulajdonságok jellemzik.

A lézeres burkolatnál a lézersugarat az anyag felületén egy kis területre fókuszálják, aminek következtében az gyorsan felmelegszik, eléri az anyag olvadáspontját vagy magasabb hőmérsékletet. Magas hőmérsékleten a hordozó olvadékmedencét képez a burkolóanyaggal, és az anyag atomjai és molekulái elkezdenek dinamikussá válni az olvadékmedencében, és átrendeződnek különböző kristályszerkezetekké vagy kémiai összetételekké. Amikor a lézersugár a következő területre mozog, a korábban megolvadt terület gyorsan lehűl, új szervezeti struktúrát alkotva, így alkalmas az anyag keménységének növelésére.

Az a mechanizmus, amellyel a lézeres burkoló technológia javíthatja az anyagok keménységét, a következő szempontokat tartalmazza.

1. Gabonafinomítás

Mivel a lézeres burkolóréteg egy speciális és átmeneti szilárd kémiai eljárás, ezért magas olvadási és megszilárdulási sebességgel rendelkezik, ami gátolja a szemcsék növekedését, elősegíti a szemcsék finomodását, ezáltal javítja a bevonat keménységét. A TC4 ötvözet felületére lézeres bevonattal NbMoTaWTi nagy entrópiájú ötvözetbevonatot készítettek, és a mikrokeménység 71,4%-kal magasabb, mint a hordozóé. Ennek az az oka, hogy a lézeres burkolási eljárásban a gyors olvadás és lehűlés következtében a szemcse nem tud gyorsan növekedni, így a szemcse finomodik, keménysége pedig nagymértékben javul.

2. Rácstorzítás

A kristályrács torzulása növeli az anyag keménységét. A lézeres burkolóréteg képlékeny deformációja során nagyszámú rácshibát, például diszlokációt és üresedést vezetnek be, hogy egyes elemek egyensúlyi állapotából kikerüljenek, és rácstorzulást okozzanak. A rácstorzulás után gyakran az anyag energianövekedéséhez vezet, ami nagyobb mikrofeszültséget eredményez, gátolja a diszlokáció elcsúszását, és javítja az anyag szilárdságát és keménységét. Mivel a nagy entrópiájú ötvözet sokféle elemből áll, az egyes elemek atomjainak mérete, szerkezete és kötési energiája jelentősen különbözik, így a különböző elemek atommérete, kötéstípusa és rácspotenciálenergiája véletlenszerűen oszlik el a rácson. pontok, ami a kristályszerkezet komoly rácstorzulását eredményezi, így ez a jelenség nyilvánvalóbb a nagy entrópiájú ötvözetben.

3. Fázis transzformáció

A bevonat fázisának változása növeli a bevonat keménységét. A lézeres burkolat egy olyan magas hőmérsékletű feldolgozási technológia, amely nagyon rövid idő alatt képes magas hőmérsékletre felmelegíteni az anyag felületét, részben vagy teljesen megolvasztani, és a gyors hűtés révén különböző szervezeti struktúrákat alakítani. Ezen a magas hőmérsékleten az anyag atomjai és molekulái dinamikussá válnak, és átrendeződnek egy stabilabb vagy optimalizált kristályszerkezetbe, ami az anyag fázisátalakulását okozza. Q235 acél felületre CoCrNiMnTix nagy entrópiájú ötvözet lézeres burkolatot készítettek. Azt találtuk, hogy a bevonat Ti-tartalmának növekedésével a bevonat fázis FCC fázisról FCC+ Laves fázisra vált.

A porok típusa és aránya a legfontosabb tényezők, amelyek befolyásolják a bevonatok teljesítményét. Ezért a kísérletben nagyon fontos a burkolópor képletének ésszerű megtervezése. Ezen túlmenően, mivel a bevonat fokozási módja szorosan összefügg annak erősítő hatásával, nagyon fontos, hogy a port a fokozó hatásnak megfelelően alakítsuk ki. Ezek közül a második fázis erősítés, a finomkristály-erősítés, a szilárd oldat erősítése, a mikroszerkezet-optimalizálás, az amorf és a mikroszerkezet-optimalizálás hatékony módjai a bevonat keménységének és kopásállóságának javításának. A gyakori adalékelemek hatásait a burkolatok felületi tulajdonságaira az 1. táblázat mutatja be.

Mivel az anyag keménysége az anyag azon képességét tükrözi, hogy ellenáll-e a felületbe préselődő anyagnak, minél nagyobb a keménység, minél kisebb mélységben nyomódik be az anyag az anyag felületébe, annál kisebb a vágás során keletkező kopástérfogat, vagyis minél kisebb a kopás, annál nagyobb a kopásállóság. Ezért a keménység segítségével mérhető a fémanyagok kopásállósága, és a keménység növekedésével a kopásállósága is megnő.