Årsaker og virkninger av seighetsreduksjon av laserkledningsbelegg
1. Årsaker til reduksjon av seighet av kledningslag
(1). Understreke
På grunn av den store forskjellen i termisk ekspansjonskoeffisient mellom kledningsmateriale og matrise, er det lett å produsere indre spenninger under kledning. Kledningsprosessen er en prosess med rask smelting og rask størkning. I denne prosessen vil det være en temperaturgradientforskjell, og ulike spenninger vil bli generert, for eksempel termisk strekkspenning forårsaket av ujevn sammentrekning av kledningslaget på grunn av forskjellig temperaturgradient og termisk ekspansjonskoeffisient for materialet, og organisatorisk stress forårsaket ved faseovergangen til metallet i kjøleprosessen. Og tvangsspenningen forårsaket av ekstrudering av den ukontrakterte delen når kledningslaget krymper på grunn av temperaturgradientforskjellen. Den indre spenningen inkluderer termisk stress, strukturell stress og tvangsspenning, og termisk stress er hovedspenningen. I prosessen med laserkledning er bruddseigheten mye mindre enn den genererte termiske strekkkraften, som er hovedårsaken til sprekkproduksjon. Det dannes sprekker når den termiske spenningen overskrider materialets styrkegrense.
Resultatene viser at den ujevne fordelingen av høyvolums kromborider og karbider i laserbelegget nikkelbasert silisiumkarbidbelegg, som resulterer i overdreven termisk spenning, er hovedårsaken til sprekken. I prosessen med laserkledning er det lett å danne sprø forbindelser ved korngrensen, og den termiske ekspansjonskoeffisienten til disse sprø forbindelsene og kledningslaget er svært forskjellig, noe som fører til spenningskonsentrasjonen ved korngrensen, og sprekkdannelsen er lett å oppnå fra reduksjon av seighet.
(2). Defekter i kledningsprosessen
Små defekter som porer og mikrosprekker vil også oppstå under kledningsprosessen. Eksistensen av porer kan være forårsaket av dissosiasjon og gassifisering av et stoff i materialet forårsaket av høyenergilaser. En annen mulighet er at inertgass er nødvendig som beskyttelsesgass i laserbekledningsprosessen, og beskyttelsesgassen vil bli involvert i smeltebassenget. Gassen blir liggende i kondensatbassenget for sent til å slippes ut for å danne porer. I prosessen med rask kondensering vil eksistensen av porer forårsake mikrosprekker. Hvis komponentene som deoksygenering og slaggdannelse i kledningspulveret ikke kan flyte opp i tide, vil de bli bevart i kledningsbelegget. Disse inneslutningene vil også øke muligheten for sprekker i belegget og redusere den strukturelle styrken og seigheten til kledningslaget. Samtidig er eksistensen av porer også hjelp av sprekkinitiering og utvidelse. Porer gjør kledningslaget løst, og det er lett å produsere spenningskonsentrasjon rundt porene, noe som øker følsomheten til sprekker i kledningslaget.
2. Påvirkningsfaktorer for seighet av kledningslag
Bruddfastheten til laserkledningslaget påvirkes av mange faktorer, inkludert valg av kledningsmateriale, laserkraft, pulvermatingshastighet og temperaturen til kledningsmatrisen. Hovedårsaken til at belegget sprekker er den indre spenningen forårsaket av forskjellen i fysiske egenskaper mellom kledningslag og underlag. Når kledningspulvermaterialet og substratmaterialet med lignende fysiske egenskaper velges, er smeltingen og størkningen av de to materialene nesten synkronisert, noe som effektivt kan redusere muligheten for sprekkdannelse av kledningslaget og forbedre beleggets seighet. Prosessparametrene til laserkledning har også en direkte innflytelse på generering av sprekker. Med økningen av laserkraft øker først sprekkene i belegget og deretter reduseres, og laserskanningshastigheten og pulvermatingshastigheten har også lignende effekter. Forvarmebehandling av underlaget før kledning kan redusere temperaturgradienten mellom smeltebassenget og underlaget betydelig og forbedre spenningsfordelingen i kledningslaget.
Metoder for å forbedre seigheten til belegg
1. Optimalisering av kledningspulversammensetning
Laserkledning er å smelte pulveret og matrisen for å danne et metallurgisk belegg, beleggsytelsen og pulvervalg og behandling er veldig viktig. Seigheten til det Fe-baserte amorfe legeringsbelegget er relativt dårlig, og det er veldig lett å produsere sprekker i forberedelsesprosessen eller i den faktiske bruken på grunn av spenningen satt i den indre skjærsonen. Felgene fortsetter å ekspandere til sprø brudd oppstår, men den spesielle uordnede atomarrangementsstrukturen og ingen krystallgrense gjør at de jernbaserte amorfe krystallene har utmerket slitestyrke og korrosjonsbestandighet. Den indre skjærsonen av amorf legering er lett å forårsake spenningskonsentrasjon, hvor mikrosprekker lett dannes, og utvidelsen av mikrosprekker kan gi bruddsprekker. Belegget med høy hardhet og seighet ble oppnådd ved laserkledningstest på overflaten av stålplate etter blanding av nikkelbelagte karbon-nanorør med jernbasert amorft pulver ved kulefresing. Det ble funnet at den amorfe nanokrystallinske komposittstrukturen med god seighet ble dannet i belegget etter at nikkelbelagte karbonnanorør ble tilsatt. I mellomtiden kan nikkelbelegg og kulefresing effektivt unngå dannelse av sprø karbider i laserkledningsprosessen, for å sikre at belegget har god bruddseighet.
Tilsetning av en passende mengde sjeldne jordartselementer kan forbedre absorpsjonshastigheten til pulveret til høyenergilaserstrålen, få kledningspulveret til å smelte jevnt og fullstendig, bedre danne en metallurgisk binding med matrisen, redusere sannsynligheten for porøsitet, og kan brukes til homogenisering, solid løsning sterk og sterk herding av sementert karbidbelegg.
2. Ekstra overgangslag
Å bruke pulver med god seighet og god overensstemmelse med matrisens fysiske egenskaper som bunnsjikt, det vil si å sette et slikt overgangslag eller gradientlag i midten av matrisen og kledningslaget kan redusere den indre spenningen mellom kledningslaget med høy hardhet og matrisen, og redusere sprekkene forårsaket av overdreven stress. Den mellomliggende overgangssonen kan lindre restspenningen forårsaket av den forskjellige termiske ekspansjonskoeffisienten mellom substratet og kledningssjiktet, og derved øke seigheten til belegget og forhindre sprekkdannelse i belegget. Et lag med Ni20Cr-belegg avsettes på overflaten av formstål som basislag, og deretter avsettes to lag med Ni60A-belegg kontinuerlig på Ni20Cr-belegget. Resultatene viser at bruk av Ni20Cr-belegg som basislag effektivt kan forbedre den metallurgiske bindingen mellom belegget og substratet. Reduser sprekker, porer og andre defekter i belegget sterkt.
3. Optimalisering av prosessparametere
I prosessen med laserkledning har laserstråleeffekten P, skannehastighet V, punktdiameter D osv. viktige effekter på kledningssjiktets kvalitet. Den fortynnede frigjøringshastigheten er utførelsen av beleggmassen, og den fortynnede frigjøringshastigheten påvirkes av den spesifikke energien E.
Resultatene viser at for stor eller for liten spesifikk energi E ikke bidrar til å oppnå belegget med utmerket ytelse. Hvis E er for lav, vil fortynningshastigheten til belegget være tilsvarende lav, matrisen og kledningslaget kan ikke oppnå god metallurgisk binding, og overflaten av kledningslaget er også utsatt for porøsitetssprekker og andre defekter. Hvis den spesifikke energien E er for høy, vil fortynningshastigheten øke tilsvarende, og metallene i det smeltede bassenget vil bli fullstendig blandet, og de utmerkede egenskapene til kledningspulveret kan ikke utøves. Det er funnet at laserskanningshastigheten er for høy, noe som resulterer i ujevn dannelse av kledningslaget, skannehastigheten er for lav, vil danne en større krystallstruktur, passende skannehastighet kan oppnå et relativt tett kledningslag og bedre seighet.
3. Varmebehandling
(1) Forvarm og ettervarmebehandling
Varmebehandlingen av laserkledningsbelegg er i utgangspunktet å bestille fasen og homogenisere elementene i belegget. Riktig forvarming av underlaget kan effektivt redusere temperaturgradienten i belegget, redusere den termiske spenningen og forbedre beleggets seighet. Resultatene viser at riktig forvarming av matrisen kan redusere kjølehastigheten til kledningslaget betydelig, redusere restspenningen og hemme sprekkdannelsen. Som vist i figuren under kan det observeres sprekker når matrisen ikke er forvarmet (pil indikerer), men ingen tydelige sprekker kan sees når matrisen er forvarmet til 200 grader.
For å forbedre seigheten til kledningslaget og redusere sprekketendensen til belegget, er den forvarmede matrisemetoden relativt enkel, og noen ganger kan den ikke oppnå den forventede effekten. Det er funnet at forvarming og varmekonservering kan redusere kjølehastigheten til det smeltede bassenget betydelig, og dermed forbedre temperaturfordelingen til det smeltede bassenget, redusere den interkrystallinske eutektiske harde fasen, øke den duktile fasen i smelteprosessen, noe som gjør seigheten til kledningssjiktet økte og den gjenværende termiske spenningen avtok, og sprekkene avtok eller til og med forsvant. Varmebehandling av pulver kan forbedre bindeevnen til pulver og forsterket fase, og også forbedre hardheten og seigheten til kledningsbelegget. Varmebehandling av det oppnådde belegget kan homogenisere belegget, redusere beleggets defekttetthet betydelig, frigjøre restspenningen til belegget og forbedre beleggets styrke og seighet. Ettervarmebehandlingen kan forbedre beleggets strekkfasthet og sprekkfasthet og forlengelsesforholdet, flytegrensen og den endelige strekkstyrken til kledningslaget.
Forvarming og ettervarmebehandling kan redusere temperaturgradienten til det smeltede bassenget betydelig, øke seigheten og hemme dannelsen av sprekker, men forvarmings- og ettervarmebehandlingsprosessen vil gi for høy temperatur, noe som er lett å påvirke den interne spenningsfordelingen av tynnveggede deler, og kan føre til deformasjon av arbeidsstykket. Derfor er forvarming og ettervarmebehandling begrenset når det gjelder å styrke eller reparere presisjons tynnveggede deler.
(2) Laseromsmelting
En eller flere laseromsmelting umiddelbart etter laserkledning kan eliminere overflatedefekter på belegget og forbedre beleggets seighet. Ni60/50%WC komposittbelegg uten sprekk ble oppnådd ved laserkledning + omsmeltingsbehandling på 45 ståloverflate. Det er funnet at laseromsmelting har funksjonene som sekundær slaggeksos, helbredelse av sprekker, forbedring av overflateruhet og forbedring av ujevnheten og kompaktheten til beleggstrukturen. Det Fe-baserte amorfe belegget er fremstilt ved tre laserskanningsmetoder, det vil si at den første laserskanningen varmer opp matrisen, den andre laserkledningen danner det amorfe belegget, og deretter får den tredje laseromsmeltingen av det amorfe belegget det ikke-sprekkende belegget . Laseromsmelting eliminerer i utgangspunktet beleggsfeilene, og forbedrer beleggets elastisitetsmodul og seighet betydelig.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. er et høyteknologisk foretak som spesialiserer seg på FoU, produksjon og salg av automatisk laserkledningsmaskin, høyhastighets laserkledningsmaskin, laserslukningsmaskin, lasersveisemaskin og laser 3D-utskriftsutstyr. Våre produkter er kostnadseffektive og selges innenlands og utenlands. Hvis du er interessert i produktene våre, kan du kontakte oss på bob@gshenglaser.com.