Jak zvýšit houževnatost laserového povlaku

1. Důvody poklesu houževnatosti obkladové vrstvy

(1). Stres

Vzhledem k velkému rozdílu v koeficientu tepelné roztažnosti mezi obkladovým materiálem a matricí je snadné vytvořit vnitřní pnutí během opláštění. Proces plátování je proces rychlého tavení a rychlého tuhnutí. V tomto procesu bude rozdíl teplotního gradientu a budou vznikat různá napětí, jako je tepelné tahové napětí způsobené nerovnoměrným smrštěním obkladové vrstvy v důsledku odlišného teplotního gradientu a koeficientu tepelné roztažnosti materiálu a organizační napětí způsobené fázovým přechodem kovu v procesu chlazení. A omezující napětí způsobené vytlačováním nestažené části, když se obkladová vrstva smršťuje v důsledku rozdílu teplotního gradientu. Vnitřní napětí zahrnuje tepelné napětí, strukturální napětí a omezující napětí a tepelné napětí je hlavním napětím. V procesu laserového plátování je lomová houževnatost mnohem menší než generovaná tepelná tahová síla, která je hlavní příčinou vzniku trhlin. Trhliny vznikají, když tepelné namáhání překročí mez pevnosti materiálu.

Výsledky ukazují, že hlavním důvodem vzniku trhliny je nerovnoměrná distribuce velkoobjemových boridů a karbidů chrómu v laserovém povlaku z niklu na bázi karbidu křemíku, což má za následek nadměrné tepelné namáhání. V procesu laserového plátování se na hranici zrn snadno tvoří křehké sloučeniny a koeficient tepelné roztažnosti těchto křehkých sloučenin a plátovací vrstvy je velmi odlišný, což vede ke koncentraci napětí na hranici zrn a k praskání. snadno dosáhnout snížením houževnatosti.

(2). Vady v procesu opláštění

Během procesu opláštění se také vyskytnou malé defekty, jako jsou póry a mikrotrhlinky. Existence pórů může být způsobena disociaci a zplyňováním látky v materiálu způsobené vysokoenergetickým laserem. Další možností je, že inertní plyn je potřebný jako ochranný plyn v procesu laserového plátování a ochranný plyn bude zapojen do roztavené lázně. Plyn je ponechán v kondenzační nádrži příliš pozdě na to, aby mohl být vypuštěn a vytvořil póry. V procesu rychlé kondenzace způsobí existence pórů mikrotrhliny. Pokud složky, jako je odkysličení a tvorba strusky v obkladovém prášku, nemohou včas vyplavat, zůstanou zachovány v povlaku obkladu. Tyto inkluze také zvýší možnost prasklin v povlaku a sníží strukturální pevnost a houževnatost obkladové vrstvy. Existence pórů je zároveň i pomocí iniciace a expanze trhlin. Póry uvolňují obkladovou vrstvu a je snadné vytvořit koncentraci napětí kolem pórů, což zvyšuje citlivost trhlin v obkladové vrstvě.

2. Faktory ovlivňující houževnatost obkladové vrstvy

Lomová houževnatost laserové plátovací vrstvy je ovlivněna mnoha faktory, včetně výběru plátovacího materiálu, výkonu laseru, rychlosti podávání prášku a teploty plátovací matrice. Hlavní příčinou praskání povlaku je vnitřní pnutí způsobené rozdílem fyzikálních vlastností mezi obkladovou vrstvou a podkladem. Když se zvolí povlakový práškový materiál a podkladový materiál s podobnými fyzikálními vlastnostmi, tavení a tuhnutí obou materiálů jsou téměř synchronizované, což může účinně snížit možnost praskání povlakové vrstvy a zlepšit houževnatost povlaku. Procesní parametry laserového plátování mají také přímý vliv na vznik trhlin. Se zvýšením výkonu laseru se trhliny v povlaku nejprve zvětšují a poté zmenšují a rychlost laserového skenování a rychlost podávání prášku mají také podobné účinky. Předehřev podkladu před opláštěním může výrazně snížit teplotní gradient mezi tavnou lázní a podkladem a zlepšit rozložení napětí v obkladové vrstvě.

1. Optimalizace složení obkladového prášku

Laserové plátování spočívá v roztavení prášku a matrice za účelem vytvoření metalurgického povlaku, velmi důležitý je výkon povlaku a výběr a úprava prášku. Houževnatost povlaku z amorfní slitiny na bázi Fe je relativně nízká a je velmi snadné vytvořit trhliny v procesu přípravy nebo při skutečném použití kvůli napětí nastavenému ve vnitřní smykové zóně. Okraje se dále roztahují, dokud nedojde ke křehkému lomu, ale díky speciální neuspořádané struktuře atomového uspořádání a žádné krystalické hranici mají amorfní krystaly na bázi železa vynikající odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi. Vnitřní smyková zóna amorfní slitiny snadno způsobí koncentraci napětí, kde se snadno tvoří mikrotrhliny a expanze mikrotrhlin může způsobit lomové trhliny. Povlak s vysokou tvrdostí a houževnatostí byl získán laserovým plátovacím testem na povrchu ocelového plechu po smíchání uhlíkových nanotrubic potažených niklem s amorfním práškem na bázi železa kulovým mletím. Bylo zjištěno, že amorfní nanokrystalická kompozitní struktura s dobrou houževnatostí vznikla v povlaku po přidání uhlíkových nanotrubic potažených niklem. Mezitím může niklování a kulové frézování účinně zabránit tvorbě křehkých karbidů v procesu laserového plátování, aby bylo zajištěno, že povlak má dobrou lomovou houževnatost.

Přidání vhodného množství prvků vzácných zemin může zlepšit rychlost absorpce prášku do vysokoenergetického laserového paprsku, způsobit rovnoměrné a úplné roztavení povlakového prášku, lepší vytvoření metalurgické vazby s matricí, snížení pravděpodobnosti pórovitosti, a může být použit pro homogenizaci pevného roztoku silného a silného zpevnění povlaku ze slinutého karbidu.

2. Dodatečná přechodová vrstva

Použití prášku s dobrou houževnatostí a dobrou shodou s fyzikálními vlastnostmi matrice jako spodní vrstvy, to znamená, že nastavení takové přechodové vrstvy nebo gradientní vrstvy uprostřed matrice a krycí vrstvy může snížit vnitřní pnutí mezi krycí vrstvou s vysokou tvrdostí a matricí a snižují trhliny způsobené nadměrným namáháním. Mezilehlá přechodová zóna může zmírnit zbytkové napětí způsobené rozdílným koeficientem tepelné roztažnosti mezi substrátem a krycí vrstvou, čímž se zvýší houževnatost povlaku a zabrání se popraskání povlaku. Vrstva povlaku Ni20Cr je nanesena na povrch lisovací oceli jako základní vrstva a poté jsou na povlak Ni20Cr průběžně nanášeny dvě vrstvy povlaku Ni60A. Výsledky ukazují, že použití povlaku Ni20Cr jako základní vrstvy může účinně zlepšit metalurgickou vazbu mezi povlakem a substrátem. Výrazně redukuje praskliny, póry a další defekty v nátěru.

3. Optimalizace parametrů procesu

V procesu laserového plátování má výkon laserového paprsku P, rychlost skenování V, průměr bodu D atd. důležitý vliv na kvalitu plátovací vrstvy. Rychlost uvolňování ve zředěném stavu je provedením potahové hmoty a rychlost uvolňování ve zředěném stavu je ovlivněna specifickou energií E.

Výsledky ukazují, že příliš velká nebo příliš malá měrná energie E nevede k získání povlaku s vynikajícím výkonem. Pokud je E příliš nízké, rychlost ředění povlaku bude odpovídajícím způsobem nízká, matrice a plátovací vrstva nemohou získat dobré metalurgické spojení a povrch plátovací vrstvy je také náchylný k porézním trhlinám a jiným defektům. Pokud je měrná energie E příliš vysoká, rychlost ředění se odpovídajícím způsobem zvýší a kovy v roztavené lázni se plně promísí a nelze uplatnit vynikající vlastnosti povlakového prášku. Bylo zjištěno, že rychlost laserového skenování je příliš vysoká, což má za následek nerovnoměrnou tvorbu plátovací vrstvy, rychlost skenování je příliš pomalá, vytvoří větší krystalovou strukturu, vhodnou rychlostí skenování lze získat relativně hustou plátovací vrstvu a lepší houževnatost.

3. Tepelné zpracování

(1) Předehřátí a následné tepelné zpracování

Tepelné zpracování povlaku laserového povlaku spočívá v podstatě v uspořádání fáze a homogenizaci prvků v povlaku. Správným předehřátím substrátu lze účinně snížit teplotní gradient v povlaku, snížit tepelné namáhání a zlepšit houževnatost povlaku. Výsledky ukazují, že správné předehřátí matrice může výrazně snížit rychlost ochlazování obkladové vrstvy, snížit zbytkové napětí a zabránit vzniku trhlin. Jak je znázorněno na obrázku níže, trhliny lze pozorovat, když matrice není předehřátá (šipka ukazuje), ale žádné zjevné trhliny nejsou vidět, když je matrice předehřátá na 200 stupňů.

Aby se zlepšila houževnatost povlakové vrstvy a snížila se tendence povlaku k praskání, je metoda předehřáté matrice relativně jednoduchá a někdy nemůže dosáhnout očekávaného účinku. Bylo zjištěno, že předehřívání a tepelná ochrana může významně snížit rychlost ochlazování roztavené lázně, čímž se zlepší rozložení teploty roztavené lázně, sníží se interkrystalická eutektická tvrdá fáze, zvýší se tažná fáze v procesu tavení, což zvyšuje houževnatost vrstva obkladu se zvětšila a zbytkové tepelné napětí se snížilo a trhliny se snížily nebo dokonce zmizely. Tepelné zpracování prášku může zlepšit vazebnou schopnost prášku a vyztužené fáze a také zlepšit tvrdost a houževnatost povlaku. Tepelné zpracování získaného povlaku může povlak homogenizovat, výrazně snížit hustotu defektů povlaku, uvolnit zbytkové napětí povlaku a zlepšit pevnost a houževnatost povlaku. Následné tepelné zpracování může zlepšit pevnost v tahu a odolnost proti praskání povlaku a poměr prodloužení, mez kluzu a konečnou pevnost v tahu obkladové vrstvy.

Předehřev a následné tepelné zpracování může významně snížit teplotní gradient roztavené lázně, zvýšit houževnatost a zabránit tvorbě trhlin, ale proces předehřívání a následné tepelné zpracování bude produkovat příliš vysokou teplotu, která snadno ovlivňuje rozložení vnitřního napětí z tenkostěnných dílů a může vést k deformaci obrobku. Proto je předehřívání a následné tepelné zpracování omezeno při zpevňování nebo opravách přesných tenkostěnných dílů.

(2) Laserové přetavení

Jedno nebo více laserových přetavení bezprostředně po laserovém plátování může eliminovat povrchové vady povlaku a zlepšit houževnatost povlaku. Kompozitní povlak Ni60/50%WC bez trhlin byl získán laserovým plátováním + přetavením na povrchu oceli 45. Bylo zjištěno, že laserové přetavování má funkce sekundárního odsávání strusky, hojení trhlin, zlepšení drsnosti povrchu a zlepšení nestejnoměrnosti a kompaktnosti struktury povlaku. Amorfní povlak na bázi Fe se připravuje třemi metodami laserového skenování, to znamená, že první laserové skenování zahřeje matrici, druhé laserové pokrytí vytvoří amorfní povlak a poté třetí laserové přetavení amorfního povlaku získá povlak bez trhlin. . Laserové přetavení v podstatě eliminuje vady povlaku a výrazně zlepšuje modul pružnosti a houževnatost povlaku.

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.