Hårdhedsforstærkning af laserbeklædning

Inden for avanceret fremstilling påvirker overfladeegenskaberne af dele direkte produktets ydeevne og levetid, og slid på udstyrsdele forårsager ofte ekstra tid og økonomisk omkostningstab. For at forbedre overfladeydelsen af ​​mekaniske dele, anvendes overfladeforstærkningsbehandling normalt for at forbedre overfladeydelsen og materialets levetid. Ud over direkte overfladeforstærkning af materialet forberedes belægningen normalt på overfladen, såsom termisk sprøjtning på overfladen af ​​materialet inden for metallurgi, petrokemiske og andre områder for at forbedre levetiden. Men på grund af manglerne ved termisk sprøjteteknologi kan den ikke effektivt forbedre materialernes overflademekaniske egenskaber. Når specielle belægninger fremstilles ved magnetronsputtering, galvanisering og kemisk dampaflejring, er der desuden ofte mangler som begrænset tykkelse og dårlig vedhæftning.

Laserbeklædningsteknologi er en ny metaloverfladebehandlingsteknologi, som ofte bruges til at fremstille slidbestandige belægninger med høj hårdhed med stærk bindekraft og få defekter. Som en spånfri og effektiv 3D-formningsteknologi er laserbeklædning med succes blevet anvendt til grøn fremstilling og genfremstilling af nogle avancerede tekniske dele.

Laserbeklædning er på overfladen af ​​substratet, der skal coates, med forskellige fodringsmetoder, gennem laserbestråling for at smelte et tyndt lag af substratoverfladen på samme tid, og efter hurtig størkning for at danne en meget lav fortynding og metallurgisk binding med overfladebelægning af underlag. Teknologien er kendetegnet ved høj effekttæthed, høj afsætningseffektivitet, lav termisk deformation, hurtig afkøling, lav fortyndingshastighed og høje metallurgiske egenskaber

Ved laserbeklædning fokuseres laserstrålen på et lille område på materialets overflade, hvilket får den til at varme op hurtigt, når materialets smeltepunkt eller en højere temperatur. Ved høje temperaturer danner substratet en smeltepool med beklædningsmaterialet, og materialets atomer og molekyler begynder at blive dynamiske i smeltebassinet og kan omarrangeres til forskellige krystalstrukturer eller kemiske sammensætninger. Når laserstrålen bevæger sig til det næste område, afkøles det tidligere smeltede område hurtigt og danner en ny organisationsstruktur, så det er velegnet til at øge materialets hårdhed.

Mekanismen, som laserbeklædningsteknologi kan forbedre materialernes hårdhed, omfatter følgende aspekter.

1. Kornforfining

Fordi laserbeklædningslaget er en speciel og forbigående fast kemisk proces, har det en høj smelte- og størkningshastighed, som hæmmer væksten af ​​korn, fremmer forfining af korn og dermed forbedrer belægningens hårdhed. NbMoTaWTi højentropi-legeringsbelægning blev fremstillet på overfladen af ​​TC4-legering ved laserbeklædning, og mikrohårdheden viste sig at være 71,4% højere end substratets. Årsagen er, at den hurtige smeltning og afkøling i laserbeklædningsprocessen fører til, at kornet ikke kan vokse hurtigt, hvorved kornet raffineres, og hårdheden forbedres væsentligt.

2. Gitterforvrængning

Forvrængning af krystalgitteret øger materialets hårdhed. I processen med plastisk deformation af laserbeklædningslag vil et stort antal gitterdefekter, såsom dislokation og ledighed, blive introduceret for at gøre nogle elementer ud af ligevægtstilstanden og forårsage gitterforvrængning. Efter gitterforvrængning fører det ofte til en stigning i energien i materialet, hvilket resulterer i større mikrostress, hæmmer dislokationsglidning og forbedrer materialets styrke og hårdhed. Fordi legeringen med høj entropi er sammensat af en række elementer, er størrelsen, strukturen og bindingsenergien for hvert grundstofatom væsentligt forskellige, hvor atomstørrelsen, bindingstypen og gitterpotentialenergien for forskellige elementer kan være tilfældigt fordelt på gitteret punkter, hvilket resulterer i alvorlig gitterforvrængning af krystalstrukturen, så dette fænomen er mere tydeligt i legeringen med høj entropi.

3. Fasetransformation

Ændringen af ​​belægningsfasen gør, at belægningens hårdhed øges. Laserbeklædning er en højtemperaturbearbejdningsteknologi, der kan opvarme materialets overflade til høje temperaturer på meget kort tid, smelte det helt eller delvist og danne forskellige organisatoriske strukturer gennem hurtig afkøling. Ved denne høje temperatur bliver materialets atomer og molekyler dynamiske og kan omarrangeres til en mere stabil eller optimeret krystalstruktur, hvilket forårsager en faseovergang af materialet. CoCrNiMnTix laserbeklædning med høj entropilegering blev fremstillet på Q235 ståloverflade. Det blev fundet, at med stigningen af ​​Ti-indhold i belægningen, ændrede belægningsfasen sig fra FCC-fase til FCC+ Laves-fase.

Typen og andelen af ​​pulvere er de vigtigste faktorer, der påvirker ydeevnen af ​​belægninger. Derfor er det i forsøget meget vigtigt at designe formlen for beklædningspulver rimeligt. Fordi belægningens forstærkningsmetode er tæt forbundet med dens styrkende effekt, er det desuden meget vigtigt at designe pulveret i overensstemmelse med forstærkningseffekten. Blandt dem er anden faseforstærkning, finkrystalforstærkning, fast opløsningsforstærkning, mikrostrukturoptimering, amorf og mikrostrukturoptimering effektive måder til at forbedre belægningens hårdhed og slidstyrke. Virkningerne af almindelige additive elementer på overfladeegenskaberne af beklædningsbelægninger er vist i tabel 1.

Fordi materialets hårdhed afspejler materialets evne til at modstå materialet, der presser ind i overfladen, jo højere hårdhed, jo mindre dybde af materialet, der presser ind i materialets overflade, jo mindre slidvolumen genereres ved skæring, det vil sige, jo mindre slid, jo højere slidstyrke. Derfor kan hårdhed bruges til at måle slidstyrken af ​​metalmaterialer, og når hårdheden øges, vil dens slidstyrke også stige.