S rychlým rozvojem průmyslu výroby zařízení způsobilo selhání a sešrotování mnoha součástí mechanických zařízení v drsných a složitých prostředích obrovské ekonomické ztráty a mnoho poruch zařízení. Je naléhavé prozkoumat účinné a ekologické vznikající výrobní technologie k posílení klíčových součástí nového vybavení. Prodlužování životnosti a repasování zastaralých zařízení. Keramické materiály se často používají jako materiály zpevňující povrchovou ochranu kovových dílů kvůli jejich vysokému bodu tání, vysoké pevnosti, nízké tepelné vodivosti a nízkému koeficientu tepelné roztažnosti. Keramický povlak může výrazně zvýšit odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a odolnost substrátu proti oxidaci při vysokých teplotách a je široce používán v letectví, petrochemii, výrobě strojů a dalších oborech.
Běžné techniky přípravy keramických povlaků zahrnujílaserové opláštění, vysokoteplotní samo se šířící syntéza, napařování a tepelné stříkání. Mezi nimi vysokoteplotní samo se množící syntéza má jednoduché postupy, nízkou spotřebu energie a krátký výrobní cyklus, ale vyžaduje extrémně čistý prášek jako suroviny. Není vhodný pro výrobu ve velkém měřítku a reakční proces je rychlý a nepohodlný pro přesné řízení; keramický povlak připravený napařováním má vysokou čistotu a dobrou hustotu, ale zařízení je drahé a účinnost výroby je nízká; Tepelně stříkaný keramický povlak má vysokou účinnost a regulovatelnou tloušťku. Proces je jednoduchý a lze jej použít pro nástřik obrobků složitých tvarů, ale je zde relativně mnoho defektů, jako jsou póry povlaku a nízká spojovací síla; účinnost laserového plátování je vysoká a oblast plátování je přesně ovladatelná. Příprava keramických povlaků má výkon, cenu, ochranu životního prostředí a další výhody, ale připravený keramický povlak může mít také vady, jako jsou praskliny a póry.
Technologie laserového plátování dokáže roztavit keramické materiály, překonat jejich obtížné zpracovatelské vlastnosti a připravit vysoce kvalitní keramické povlaky. Keramický povlak získaný touto technologií má vynikající mechanické vlastnosti, fyzikální a chemické vlastnosti, což je výhodné pro prodloužení životnosti dílů, snížení nákladů a snížení plýtvání zdroji. Zpevňování a renovace povrchů je důležitým směrem ekologické výroby a účinným způsobem, jak dosáhnout úspor energie a snížení emisí a podporovat udržitelný hospodářský a sociální rozvoj. Díky neustálému pokroku v technologii laserového plátování a výměně zařízení pro opláštění může příprava keramických povlaků pomocí laserového plátování zpevnit povrch dílů ve složitých prostředích a prodloužit životnost repasování, což je v souladu s prosazovanou koncepcí strategie udržitelného rozvoje. podle země. Plán rozvoje „Made in China 2025“ je stále blíž a blíž. Laserový obkladový keramický povlak pro renovaci patří do kategorie pokročilé aditivní výroby a zelené výroby a efektivně implementuje „14. pětiletý“ plán rozvoje obnovitelných zdrojů.
1 Laserový keramický povlak
laserové obkladové keramické povlaky pro povrchové zpevnění a renovaci lze rozdělit na kompozitní keramické povlaky, metalokeramické kompozitní povlaky, laserové in situ syntetické keramické povlaky a nanokompozitní keramiku podle materiálového složení a povlaku tvářecího mechanismu.
- Kompozitní keramický povlak: Výzkumníci vyvinuli různé eutektické typy kompozitních keramických povlaků laserového obložení složených z nitridů, boridů, karbidů a oxidů. Tyto kompozitní materiály složené z vícesložkové keramiky mají vysokou vzájemnou rozpustnost a afinitu mezi složkami, což může účinně snížit zrnitost keramické fáze, zlepšit pevnost a houževnatost povlaku a učinit povlak stabilnější než jednofázové keramické povlaky. Dobré termofyzikální vlastnosti a vynikající vlastnosti, jako je odolnost proti opotřebení a korozi.
- Metal-keramický kompozitní povlak: Metal-keramický kompozitní povlak je kombinací keramické fáze (výztužná fáze) a kovu nebo slitiny (fáze pojiva), takže může získat dobrou smáčivost kovových materiálů a pozoruhodnou tvrdost keramické fáze, odolnost proti opotřebení, a odolnost proti korozi. Rychlé zahřátí a tuhnutí během procesu laserového plátování zjemňuje zrna v metalokeramickém kompozitním povlaku a rovnoměrně rozděluje žáruvzdornou keramickou zpevňující fázi v povlaku ve fázi pojiva, což zvyšuje pevnost povlaku. , pro získání efektu vynikajících vlastností kovů a keramiky.
- In-situ syntéza keramických povlaků: In-situ syntéza keramických povlaků tvoří částice keramické fáze přidáním různých prášků prvků za podmínek vysoké teploty a v důsledku vytvoření reakce budou keramické částice spontánně nukleovat a růst, takže distribuce je rovnoměrná, hustá struktura, vylepšená vazba na rozhraní a výrazně snížená ztráta výkonu, překonává defekty špatné vazby na rozhraní, agregaci částic, praskliny a další defekty, které existují při přímém přidání keramických fází.
Laserové povlakování keramických povlaků vykazuje mimořádné výhody při povrchové úpravě nových výrobků nebo repasování poškozených dílů, ale v procesu přípravy keramických povlaků se vyskytují i běžné vady, jako jsou póry, segregace prvků a praskliny. Na základě principů a vlastností povlaků připravených laserovým plátováním budou výzkumníci optimalizovat kvalitu keramických povlaků z hlediska parametrů procesu laserového plátování, struktury povlaku, systému povlakových materiálů a různého procesem podporovaného tváření.
2 Směr aplikace laserového keramického povlaku
Průmyslová odvětví, jako je strojírenství, doprava, letecký průmysl, petrochemie a biomedicína v posledních letech kladou vyšší požadavky na nosnost a únavovou životnost obrobků. Výzkumníci se zaměřili na problémy existující v různých pracovních podmínkách a použili technologii zpevnění povrchu laserem a renovaci opravy k přípravě řady funkčních povlaků, které se vypořádají se selháním obrobků. Podle různých funkcí keramických materiálů lze keramické funkční povlaky připravené laserovým plátováním zhruba rozdělit do čtyř typů:
- Keramické povlaky odolné proti korozi laserem, materiály v drsném korozním prostředí (jako je těžba ropy na moři, vrtné plošiny na zemní plyn, vodní elektrárny, chemické závody, doly atd.) potřebují zpevnit povrch obrobku a znovu vyrobit poškozené díly, aby odolávaly erozi. poškození, nátěry odolné proti korozi mohou zvýšit životnost zařízení a snížit náklady na údržbu;
- Laserový povlak odolný proti opotřebení keramický povlak, opotřebení je nejběžnějším způsobem selhání mnoha inženýrských materiálů, tření a opotřebení v náročných pracovních podmínkách (velké zatížení, vysoká teplota, vysoká rychlost atd.) zkrátí životnost obrobku. Výzkumníci zlepšují tvrdost a odolnost obrobků proti opotřebení přípravou keramických povlaků s vynikajícími vlastnostmi proti opotřebení a tření, čímž se prodlužuje životnost;
- Laserový obkladový tepelně bariérový keramický povlak, tepelný bariérový povlak k pokrytí keramického materiálu odolného vůči vysokým teplotám, oxidaci a korozi odolného keramického materiálu na substrátu, aby byl substrát izolován od vnějšího horkého plynu, čímž jsou díly chráněny před korozí, oxidací, tepelně ochranná vrstva pro zlepšení výkonu substrátu a prodloužení životnosti dílů. Tento povlak se používá v různých strojírenských oborech, včetně spalovacích motorů, lopatek plynových turbín proudových motorů, zařízení pro termochemickou následnou úpravu atd.
3 Vyhlídky
- Návrh nových keramických nátěrových hmot. Vzhledem k tomu, že provozní podmínky zařízení jsou stále drsnější a vlastnosti keramických materiálů a kovových materiálů jsou zcela odlišné, je nutné inovovat nápady na návrh nátěrových hmot a zavést materiálový design a ověřování výkonu, jako jsou výpočty prvního principu a vysoká testy výkonu propustnosti. způsob, jak dosáhnout povlakových materiálů s několika vynikajícími vlastnostmi současně, například kombinací keramiky fáze MAX a kovů lze získat povlaky odolné proti opotřebení, vysoké teplotě, pevné a houževnaté; samomazné vysoce vodivé keramické materiály a hafnium/zirkoniová ultravysokoteplotní keramika A další materiály mají také důležitou vývojovou a aplikační hodnotu. Rozmanitost materiálových systémů může rozšířit rozsah jeho použití a poskytnout více možností pro použití v různých pracovních podmínkách.
- Vývoj nového procesu laserového plátování. Proces má významný vliv na makroskopickou morfologii a mikrostrukturu povlaku. Přestože byla použita procesní kombinace laserového plátování a ultrazvukových vibrací, elektromagnetické asistence, indukčního ohřevu a dalších technologií, jak snížit drsnost povrchu povlaku, zlepšit účinnost vytváření povlaku, zlepšit únavové vlastnosti a zlepšit povrch kvalita je stále nejasná. Je třeba prozkoumat do hloubky.