Laserové plátování je technologie, která využívá vysokoenergetický laserový paprsek jako zdroj tepla k roztavení a ztuhnutí výplňového materiálu potaženého na povrchu substrátu, vytvoření metalurgické vazby mezi nimi a následné zlepšení jeho povrchových vlastností. Ve srovnání s jinými technologiemi zpevnění povrchu má laserové plátování řadu výhod, jako je rychlá rychlost chlazení, snadné metalurgické spojení mezi povlakem a substrátem, malá tepelně ovlivněná zóna, nízká rychlost ředění, malá deformace substrátu, snadná automatizace a žádné znečištění. Proto má tato technologie široké uplatnění v letectví, těžebních strojích, petrochemickém, automobilovém, lodním, elektrickém, železničním a dalších průmyslových odvětvích.
Laserové opláštění je však rychlý proces zahřívání a chlazení. Teplotní spád podkladové a obkladové vrstvy, nerovnoměrné rozložení tvrdé fáze v obkladové vrstvě a rozdíl ve fyzikálních vlastnostech mezi obkladovou vrstvou a materiálem matrice budou mít určitý vliv na rozměrovou stálost a mechanické vlastnosti obkladové vrstvy. , což povede k iniciaci a šíření trhlin. Vznik trhlin v plátovací vrstvě má velký vliv na životnost dílů, což je naléhavý problém, který je třeba řešit v průmyslové aplikaci technologie laserového plátování.
Laserové plátování je proces rychlého ohřevu a chlazení a složité metalurgické reakce. V současné době se výzkum trhlin v obkladové vrstvě zaměřuje především na jedinou metodu kontroly a systematický výzkum chybí. V této studii byla na ocelovém povrchu 42CrMo připravena povlaková vrstva slitiny Ni60 pomocí technologie lakování předem položeným práškovým laserem. Nejprve byl analyzován mechanismus tvorby trhlin a citlivost trhlin a poté byl studován vliv různého výkonu laseru a teploty předehřevu na trhlinu, aby bylo možné poskytnout reference pro kontrolu trhlin laserového plátování slitiny na bázi Ni.
Testovací materiály a metody
1. Testovací materiál
V tomto testu se jako matricový materiál v testu laserového plátování vybere legovaná ocel 42CrMo a velikost kulaté desky je Φ150 mm × 10 mm. Povrch oceli 42CrMo před lakováním laserem obruste brusným papírem a očistěte jej alkoholem a acetonem, aby na podkladu nebyly žádné další nečistoty. Plátovací prášek byl vybrán slitinou Ni60 a velikost částic byla 53~ 150 um. Chemické složení slitiny Ni60 je uvedeno v tabulce 1.
Tabulka 1 Chemické složení slitiny Ni60 %
|
m(C) |
m(Si) |
m(Cr) |
m(Ni) |
m(po) |
m(Fe) |
m(B) |
|
=0.70 |
=4.50 |
= 17.0 |
=60.0 |
= 3.0 |
=5.0 |
=2.70 |
2. Zkušební metody
Laser LWS-1000 Nd: YAG byl vybrán pro laserové plátování pomocí předběžného nanášení prášku a vícevrstvého procesu. Parametry přípravy vzorku jsou následující: výkon laseru 270 ~ 300 W, rychlost skenování 300 mm/min, teplota předehřívání 170 ~ 270 stupňů, rychlost lapování 50 %. Po laserovém testu plátování byl použit stereoskop Zeiss Stemi305 k pozorování povrchové morfologie plátovací vrstvy. Připravená obkladová vrstva se nařeže na vzorek o velikosti 5 mm×10 mm×10 mm a následně se roztok HCl+HNO3 o objemovém poměru 3 ∶ 1 nakoroduje na průřez leštěné obkladové vrstvy. K pozorování mikrostruktury povlakové vrstvy Ni60 byly použity metalografický mikroskop Jiangnan MR5000 a rastrovací elektronový mikroskop Regulus8230 a kvalitativně a kvantitativně analyzovat rozložení prvků v blízkosti a bez trhlin v povlakové vrstvě. Pro měření mikrotvrdosti průřezu obkladové vrstvy byl použit digitální tvrdoměr VTD401 microVickers. Zatížení bylo 50 g a doba výdrže byla 10 sekund. Fáze byla analyzována D/MAX2500VL/PC rotujícím terčovým rentgenovým difraktometrem.
Závěr
1. Mikrostruktura obkladové vrstvy se skládá převážně z - (Fe, Ni), Fe0.64Ni0.36 a M23C6. Trhliny v této zkoušce jsou v podstatě trhlinami procházejícími průnikem, které obecně vycházejí z povrchu obkladové vrstvy a sahají až ke spoji obkladové vrstvy a matrice a většina trhlin přímo prochází celou obkladovou vrstvou. Rozdíl tepelných vlastností mezi matricí a krycí vrstvou, teplotní gradient a segregace tvrdé fáze v krycí vrstvě mají určitý vliv na citlivost k trhlinám.
2. Se zvýšením výkonu laseru se zjevně zlepšilo porušení trhlin v krycí vrstvě. Při výkonu 290 W je v obkladové vrstvě jen pár trhlin a jsou zachovány dobré mechanické vlastnosti. Při dalším zvýšení výkonu je míra zředění obkladové vrstvy příliš velká, což má za následek snížení jejího výkonu.
3. Se zvyšováním teploty předehřevu se postupně snižuje porušení trhlin v obkladové vrstvě. Když je teplota předehřívání 270 stupňů, zůstane v obkladové vrstvě pouze malý počet trhlin, ale příliš vysoká teplota předehřevu zničí výkon substrátu a obkladové vrstvy, takže se neprovádí předehřívání na vyšší teplotu.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je high-tech podnik specializující se na výzkum a vývoj, výrobu a prodej automatického laserového plátovacího stroje, vysokorychlostního laserového plátovacího stroje, laserového kalícího stroje, laserového svářecího stroje a laserového 3D tiskového zařízení. Naše produkty jsou nákladově efektivní a prodávají se doma i v zahraničí. Máte-li zájem o naše produkty, kontaktujte nás na adrese bob@gshenglaser.com.