Med den raske utviklingen av utstyrsindustrien har svikt og utrangering av mange mekaniske utstyrskomponenter i tøffe og komplekse miljøer forårsaket store økonomiske tap og mange utstyrsfeil. Det haster med å utforske effektive og grønne fremvoksende produksjonsteknologier for å styrke nøkkelkomponentene i nytt utstyr. Levetid og reproduksjon av utrangert utstyr. Keramiske materialer brukes ofte som overflatebeskyttelsesforsterkende materialer for metalldeler på grunn av deres høye smeltepunkt, høye styrke, lave varmeledningsevne og lave termiske ekspansjonskoeffisient. Keramisk belegg kan i stor grad forbedre slitestyrken, korrosjonsmotstanden og høytemperaturoksidasjonsmotstanden til underlaget, og er mye brukt i romfart, petrokjemisk industri, maskinproduksjon og andre felt.
Vanlige keramiske beleggforberedelsesteknikker inkludererlaserkledning, selvforplantende syntese ved høy temperatur, dampavsetning og termisk sprøyting. Blant dem har høytemperatur selvforplantende syntese enkle prosedyrer, lavt energiforbruk og en kort produksjonssyklus, men krever ekstremt høyrent pulver som råmateriale. Det er ikke egnet for storskala produksjon, og reaksjonsprosessen er rask og upraktisk å kontrollere nøyaktig; det keramiske belegget fremstilt ved dampavsetning har høy renhet og god tetthet, men utstyret er dyrt og produksjonseffektiviteten er lav; termisk sprøyting keramisk belegg har høy effektivitet og kontrollerbar tykkelse. Prosessen er enkel og kan brukes til å sprøyte kompleksformede arbeidsstykker, men det er relativt mange defekter som beleggporer og lav bindekraft; laserkledningseffektiviteten er høy, og kledningsområdet er nøyaktig kontrollerbart. Fremstillingen av keramiske belegg har ytelse, kostnad, miljøbeskyttelse og andre fordeler, men det forberedte keramiske belegget kan også ha defekter som sprekker og porer.
Laserbekledningsteknologi kan smelte keramiske materialer for å overvinne deres vanskelige prosessegenskaper og forberede keramiske belegg av høy kvalitet. Det keramiske belegget oppnådd med denne teknologien har utmerkede mekaniske egenskaper, fysiske og kjemiske egenskaper, noe som er fordelaktig for å forlenge levetiden til deler, redusere kostnader og redusere sløsing med ressurser. Overflateforsterkning og reproduksjon er en viktig retning for grønn produksjon og en effektiv måte å oppnå energisparing og utslippsreduksjon og fremme bærekraftig økonomisk og sosial utvikling. Med den kontinuerlige utviklingen av laserkledningsteknologi og utskifting av kledningsutstyr, kan utarbeidelse av keramiske belegg med laserkledning styrke overflaten til deler i komplekse miljøer og forlenge levetiden til reproduksjon, noe som er i tråd med konseptet for bærekraftig utviklingsstrategi. av landet. Utviklingsplanen «Made in China 2025» kommer nærmere og nærmere. Keramisk belegg med laserkledning for reproduksjon tilhører kategorien avansert additiv produksjon og grønn produksjon og implementerer effektivt den "14. femårige" utviklingsplanen for fornybare ressurser.
1 Laserkledning keramisk belegg
laserkledning keramiske belegg for overflateforsterkning og reproduksjon kan deles inn i kompositt keramiske belegg, metall-keramiske komposittbelegg, laser in situ syntetiske keramiske belegg og nanokompositt keramikk i henhold til materialsammensetning og formingsmekanismebelegg.
- Kompositt keramisk belegg: Forskere har utviklet en rekke eutektiske typer laserkledning kompositt keramiske belegg sammensatt av nitrider, borider, karbider og oksider. Disse komposittmaterialene sammensatt av flerkomponentkeramikk har høy gjensidig løselighet og affinitet mellom komponenter, noe som effektivt kan redusere den keramiske fasens kornstørrelse, forbedre beleggets styrke og seighet og gjøre belegget mer stabilt enn enfasede keramiske belegg. Gode termofysiske egenskaper og utmerkede egenskaper som slitasje- og korrosjonsbestandighet.
- Metallkeramisk komposittbelegg: Metallkeramisk komposittbelegg er en kombinasjon av keramisk fase (forsterkende fase) og metall eller legering (bindingsfase), slik at det kan oppnå god fuktbarhet av metallmaterialer og bemerkelsesverdig hardhet av keramisk fase, slitestyrke, og korrosjonsbestandighet. Den raske oppvarmingen og størkningen under laserkledningsprosessen foredler kornene i det metall-keramiske komposittbelegget og fordeler jevnt den ildfaste keramiske forsterkningsfasen i belegget i bindemiddelfasen, noe som øker beleggstyrken. , for å oppnå effekten av utmerkede egenskaper til metaller og keramikk.
- In-situ-syntese av keramiske belegg: In-situ-syntese av keramiske belegg danner keramiske fasepartikler ved å tilsette forskjellige elementpulver under høye temperaturforhold, og på grunn av dannelsen av reaksjonen vil de keramiske partiklene spontant danne kjerne og vokse, slik at fordelingen er jevn, tett struktur, forbedret grensesnittbinding og betydelig redusert ytelsestap, overvinner defektene med dårlig grensesnittbinding, partikkelaggregering, sprekker og andre defekter som eksisterer i direkte tilsetning av keramiske faser.
Keramiske belegg med laserkledning viser ekstraordinære fordeler ved overflatemodifisering av nye produkter eller reproduksjon av skadede deler, men i prosessen med å forberede keramiske belegg er det også vanlige defekter som porer, elementsegregering og sprekker. Basert på prinsippene og egenskapene til belegg utarbeidet av laserkledning, vil forskere optimalisere kvaliteten på keramiske belegg fra aspektene ved laserkledningsprosessparametere, beleggstruktur, beleggmaterialsystem og ulike prosessassistert forming.
2 Påføringsretning av laserkledning keramisk belegg
De siste årene har industrier som maskinproduksjon, transport, romfart, petrokjemikalier og biomedisin stilt høyere krav til arbeidsstykkenes bæreevne og utmattelseslevetid. Med sikte på problemene som eksisterer under forskjellige arbeidsforhold, brukte forskere laserbekledningsoverflateforsterkning og reproduserende reparasjonsteknologi for å forberede en serie funksjonelle belegg for å håndtere svikt i arbeidsstykker. I henhold til de forskjellige funksjonene til keramiske materialer, kan keramiske funksjonelle belegg utarbeidet av laserkledning grovt deles inn i fire typer:
- Laserkledning korrosjonsbestandige keramiske belegg, materialer i tøffe korrosjonsmiljøer (som offshoreolje, naturgassboreplattformer, vannkraftverk, kjemiske anlegg, gruver osv.) trenger å styrke overflaten på arbeidsstykket og reprodusere skadede deler for å motstå erosjon skade, korrosjonsbestandige belegg kan øke levetiden til utstyret og redusere vedlikeholdskostnadene;
- Laserkledning slitasjebestandig keramisk belegg, slitasje er den vanligste feilmodusen for mange ingeniørmaterialer, friksjon og slitasje under tøffe arbeidsforhold (tung belastning, høy temperatur, høy hastighet, etc.) vil forkorte arbeidsstykkets levetid. Forskere forbedrer hardheten og slitestyrken til arbeidsstykker ved å forberede keramiske belegg med utmerkede anti-slitasje- og anti-friksjonsegenskaper, og dermed forlenge levetiden;
- Laserkledning termisk barriere keramisk belegg, termisk barriere belegg for å kle det høytemperaturbestandige, oksidasjonsbestandige og korrosjonsbestandige keramiske materialet på substratet, for å isolere substratet fra den eksterne varme gassen, og dermed beskytte delene mot korrosjon, oksidasjon, varmebeskyttelseslag for å forbedre ytelsen til underlaget og forlenge levetiden til delene. Dette belegget har blitt brukt i forskjellige ingeniørfelt, inkludert forbrenningsmotorer, gassturbinblader til jetmotorer, termokjemiske etterbehandlingsenheter, etc.
3 Prospekter
- Design av nye keramiske beleggmaterialer. Ettersom tjenesteforholdene for utstyr blir mer og mer tøffe, og egenskapene til keramiske materialer og metallmaterialer er ganske forskjellige, er det nødvendig å innovere designideer for beleggmateriale og introdusere materialdesign og ytelsesverifisering som første-prinsippberegninger og høy- gjennomstrømningsytelsestester. metode for å oppnå beleggmaterialer med flere utmerkede egenskaper samtidig, for eksempel kan kombinasjonen av MAX-fase keramikk og metaller oppnå slitesterke, høytemperaturbestandige, sterke og tøffe belegg; selvsmørende keramiske materialer med høy ledningsevne og hafnium/zirkonium ultrahøytemperaturkeramikk Og andre materialer har også viktig utviklings- og bruksverdi. Mangfoldet av materialsystemer kan utvide bruksområdet og gi flere valgmuligheter for bruk av ulike arbeidsforhold.
- Utvikling av ny laserkledningsprosess. Prosessen har en viktig innflytelse på den makroskopiske morfologien og mikrostrukturen til belegget. Selv om prosesskombinasjonen av laserkledning og ultralydvibrasjon, elektromagnetisk assistanse, induksjonsoppvarmingsassistanse og andre teknologier har blitt brukt, hvordan redusere overflateruheten til belegget, forbedre kledningens formingseffektivitet, forbedre utmattelsesegenskapene og forbedre overflaten kvaliteten er fortsatt uklar. Trenger å utforske i dybden.