Egenskaberne af beskyttende belægningsmaterialer påvirker direkte deres endelige serviceudseende, så forskning og udvikling af belægningsmaterialer med fremragende korrosions- og slidstyrke er et af de varme punkter i forskningen i ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi. Men på grund af den sene start af højhastigheds laserbeklædningsteknologi bruger det nuværende råmaterialepulver, der anvendes til laserbeklædning, normalt termisk sprøjtepulversystem, og der er ikke dannet noget særligt beklædningspulvermaterialesystem. Indtil videre fokuserer forskningen i højhastigheds laserbeklædningsbelægning i ind- og udland hovedsageligt på traditionelle selvfluxbare materialesystemer såsom jern-, kobolt- og nikkelbaserede legeringer, herunder belægningskvalitetskontrol, mikrostrukturkontrol og korrosions- og slidstyrkeevaluering. Derudover har nogle forskere, baseret på fordelene ved ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi, udviklet nye belægningssystemer såsom amorfe legeringer, højentropi legeringer og kompositmaterialer med fremragende korrosions- og slidbestandighed.
Traditionelle beklædningsmaterialer
1. Jernbaseret legeringsbelægning
Jernbaselegeringsbelægningen er billig og velegnet til overfladebeskyttelse af stålkonstruktionsdele, der anvendes i stort antal, og kan vise god korrosions- og slidbestandighed, hovedsageligt inklusive rustfrit stål og legeret stålbelægning. På nuværende tidspunkt er der mange undersøgelser af ultra-højhastigheds laserbeklædning af jernbaseret legeringsbelægning i ind- og udland, som hovedsageligt bruges til at forbedre korrosionsbestandigheden og slidstyrken af jern- og stålemnets overflade.
En lang række undersøgelser af ultrahøjhastigheds laserbeklædning i rustfrit stål har vist, at belægningernes afsætning og afkølingshastighed stiger tilsvarende på grund af den betydelige stigning i beklædningshastigheden, hvilket er befordrende for belægningernes finkornede struktur. Samtidig reduceres sammensætningsadskillelsen inde i belægningen effektivt for at forbedre dens korrosionsbestandighed. Effekten af scanningshastighed på hårdheden og slidstyrken af rustfri stålbelægning er dog stadig kontroversiel. På grund af kompleksiteten af mikrostrukturudvikling og faseovergang under ultra-højhastigheds laserbeklædning, er der behov for yderligere forskning. Legeret stål indeholder mange legeringselementer, gennem fast opløsningsforstærkning eller nedbørsforstærkning for at opnå høj styrke, høj slidstyrke, ofte brugt til lokale sliddeles overfladebeskyttelse.
Brugen af ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi til at forberede legeret stålbelægning på overfladen af rulle, støbeform osv., kan forbedre slidstyrken og højtemperaturydelsen af relaterede dele under barske arbejdsforhold.
På nuværende tidspunkt er ultrahøjhastigheds laserbeklædning jernbaseret legeringsbelægning blevet anvendt i industriel produktion, hvilket kan forbedre slidstyrken og korrosionsbestandigheden af dele, forlænge deres levetid, reducere udstyrsvedligeholdelsesomkostninger og forbedre økonomiske fordele.
2. Cobalt-baseret legering belægning
Cobalt-baseret legering har god høj temperatur oxidationsbestandighed og slidstyrke, men det er vanskeligt at påføres i stor skala på grund af dens høje pris. Ved at forberede kobolt-baseret legeringsbelægning på overfladen af delene kan slidstyrken og korrosionsbestandigheden af delene forbedres betydeligt, og forarbejdningsomkostningerne kan kontrolleres effektivt. Derfor er kobolt-baseret legeringsbelægning i vid udstrækning brugt til overfladebeskyttelse af metaldele. Forskningen i fremstillingen af kobolt-baserede legeringsbelægninger ved hjælp af ultra-højhastigheds laserbeklædning er dog stadig i den indledende fase.
På grund af dens fremragende slidstyrke, erosionsbestandighed, kavitationsmodstand og høje temperaturegenskaber har ultra-højhastigheds laserbeklædning kobolt-baseret belægning vist brede anvendelsesmuligheder i mange industrielle områder.
3. Nikkel-baseret legering belægning
Nikkelbaseret legering har ikke kun god formbarhed, men viser også fremragende korrosionsbestandighed og højtemperaturegenskaber, som kan bruges til overfladebeskyttelsesbelægning af dele med alvorlig korrosion og højtemperaturoxidation. Derfor er nikkelbaseret legeringsbelægning et af de tidligste belægningsmaterialer, der anvendes i forskningen i ultrahøjhastigheds laserbeklædningsteknologi, herunder almindelige nikkelbaserede legeringer som Ni45, Ni60 og Inconel 625.
Ultra-højhastigheds laserbeklædning af nikkel-baseret legeringsbelægning har stor teknisk anvendelsesværdi i korrosionsmiljøer med høj temperatur.
Nyt beklædningsmateriale
1. Jernbaseret amorf belægning
Fe-baserede amorfe legeringer har fremragende mekaniske egenskaber, korrosionsbestandighed og slidstyrke, men på grund af begrænsningen af fremstillingsprocessen er størrelsen af Fe-baserede amorfe legeringer normalt begrænset til titusinder af millimeter. Brug af overfladebelægningsteknologi til at forberede en tynd belægning på overfladen af matrixen kan give fuld udfoldelse til fordelene ved jernbaserede amorfe legeringer og reducere materialeomkostningerne. På nuværende tidspunkt har der været flere undersøgelser af fremstilling af jernbaserede amorfe belægninger ved hjælp af konventionelle laserbeklædningsmetoder, men indholdet af amorfe fase i belægningerne er lavt, og belægningerne er tilbøjelige til at få sprøde revner på grund af høj varmetilførsel og høj fortynding sats. I de senere år har udviklingen af ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi givet en ny ordning til fremstilling af jernbaserede amorfe belægninger.
Brugen af ultrahøjhastigheds laserbeklædningsteknologi til fremstilling af jernbaseret amorf belægning kan i høj grad forbedre revnedannelsen af amorf belægning og problemet med lavt amorft indhold, effektivt forbedre slidstyrken af jernbaseret amorf belægning og forventes at fremme den fremragende ydeevne af amorf legering beskyttende belægning til produktion praksis.
2. Højentropi legering belægning
Legeringer med høj entropi er blevet et af forskningshotspots i de senere år på grund af deres fremragende mekaniske egenskaber, høje temperaturegenskaber og korrosionsbestandighed. Derfor forventes højentropilegeringsbelægning at spille en vigtig rolle inden for beskyttelse af metalmaterialer. Legeringsbelægningen med høj entropi kan fremstilles med konventionel laserbeklædningsteknologi, men belægningens fortyndingshastighed er stor, og den er let at knække. I de seneste år har mange forskere brugt ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi til at fremstille højentropi-legeringsbelægninger med lav fortyndingshastighed og ingen revner, hvilket i høj grad har fremmet udviklingen af højentropi-legeringsbelægninger.
Ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi kan bruges til at fremstille højentropi-legeringsbelægninger uden defekter, for effektivt at forbedre slidstyrken og højtemperaturegenskaberne af overfladen af dele, og har et stort udviklingspotentiale i forberedelsen af deles overfladebeskyttelse og termiske barrierebelægninger.
Ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi har unikke fordele ved fremstillingen af højentropi-legeringsbelægning, som effektivt kan reducere belægningens fortyndingshastighed og hæmme revnedannelsen af belægningen, hvilket er befordrende for at give fuldt spil til de fremragende egenskaber af høj entropilegering og fremme dens tidlige anvendelse.
3. Kompositbelægning
Kompositmaterialebelægningen refererer hovedsageligt til den keramiske partikelforstærkede metalmatrix-kompositmaterialebelægning, som kombinerer den høje plastiske sejhed af metal og den høje hårdhed og høje slidstyrke af keramik, hvilket effektivt kan forbedre slidstyrken af matrixmaterialer og udvide servicen deles levetid under hårde slidforhold. Som bindedelen mellem keramikken og matrixen har metallet en buffer- og overgangseffekt, som effektivt kan reducere belægningens restspænding og revne-tendens, og er en af de mest potentielle belægninger.
Kompositbelægningen blev fremstillet på almindeligt kulstoffattigt stålsubstrat ved forskellige scanningshastigheder, og det viste sig, at overfladeruheden af ultra-højhastigheds laserbeklædningsbelægningen var mindre, mikrostrukturen var finere og mere ensartet, og modstanden mod elektrokemisk korrosion og højtemperatur termisk korrosion var bedre. Sammenlignet med traditionel laserbeklædning, keramisk partikelforstærket metalmatrix-kompositbelægning, har ultrahøjhastigheds-laserbeklædningsbelægning en lavere fortyndingshastighed og forbedret fasetermisk skade, hvilket viser bedre slidstyrke og korrosionsbestandighed.
I de senere år er kulstofnanorør (CNT'er) blevet et af forsknings-hotspots på grund af deres høje trækstyrke, specifikke styrke, Youngs modul, elastiske belastning, gode superledningsevne, optiske egenskaber og termiske ledningsevne. Nikkelovertrukne carbonnanorør/jernbaserede amorfe kompositbelægninger blev fremstillet ved hjælp af ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi under anvendelse af carbonnanorør som forstærkende fase af kompositmaterialer. Undersøgelser har vist, at kulstof nanorør kan forbedre belægningernes sejhed og hæmme dannelsen af revner. Derudover kan kulstof nanorør bruges til fast smøring og effektivt reducere friktionskoefficienten af belægninger på grund af deres selvsmørende egenskaber. Med stigningen i antallet af kulstofnanorør forbedres slidstyrken og korrosionsbestandigheden.
Sammenfattende kan ultrahøjhastigheds laserbeklædningsteknologi bruges til at fremstille belægning af kompositmaterialer, og belægningsmorfologien og serviceydelsen er bedre end den traditionelle laserbeklædningsbelægning, hvilket er befordrende for at fremme anvendelsen og fremme af laserbeklædningskompositbelægningen i industriel produktion.
4. Keramisk belægning
I den faktiske produktion er mange dele under slidforhold med høje temperaturer, såsom højtemperaturlejer, store motorturbine-rotoraksler osv. Almindelig guldbelægning eller metalmatrix-kompositbelægning er vanskelig at give tilstrækkelig beskyttelse til dele under sådanne ekstreme forhold pga. på grund af dens dårlige ydeevne ved høje temperaturer, og keramiske materialer har ekstremt højt smeltepunkt og hårdhed. Det forventes at spille en vigtig rolle på dette område. Der er dog få undersøgelser af laserbeklædning keramisk belægning på nuværende tidspunkt, hovedsagelig fordi problemet med belægningsrevner forårsaget af laserbeklædning høj varmetilførsel er vanskeligt at løse.
Den keramiske belægning med høj hårdhed kan fremstilles ved at bruge ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi. Men på nuværende tidspunkt er der mangel på forskning i ultra-højhastigheds laserbeklædning keramisk belægning, og der er få anvendelige keramiske materialesystemer, så det er nødvendigt at undersøge anvendeligheden af denne teknologi i forskellige keramiske belægningsmaterialesystemer.
Konklusion og udsigt
Udviklingen og promoveringen af ultrahøjhastigheds laserbeklædningsteknologi er et stort fremskridt inden for materialeoverfladeteknik, som kombinerer fordelene ved overfladebelægningsteknologi, såsom galvanisering, termisk sprøjtning og dampaflejring, og med succes løser effektivitetsflaskehalsen, der begrænser de store skalaanvendelse af traditionel laserbeklædningsteknologi. Belægningen med fremragende ydeevne og ingen porøsitetsrevner kan fremstilles under grønne forhold til lave omkostninger. Det har et bredt udviklingsperspektiv. Selvom der har været meget forskning i ultra-højhastigheds laserbeklædningsbelægning i ind- og udland sammenlignet med andre overfladetekniske teknologier, er det stadig i den foreløbige forskningsfase. I udviklingen af ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi og dens slidbestandige belægningsmaterialer er det presserende at løse følgende to problemer:
1. Systemet, procesdatabasen, evalueringen og anvendelsesstandarden for ultrahøjhastigheds laserbeklædningsmateriale blev etableret. På nuværende tidspunkt mangler der systematisk udvikling af ultrahøjhastigheds laserbeklædningsmaterialer, og de fleste forskere anvender termisk spraypulver eller andet kommercielt legeringspulver, hvilket begrænser udviklingen og anvendelsen af ultrahøjhastigheds laserbeklædningsbelægninger. Udviklingen af ultra-højhastigheds laserbeklædningsbelægningsmaterialer bør kombineres med dets faktiske påføringsbetingelser under hensyntagen til kompatibilitetsforholdet mellem belægningen og substratet (såsom termisk udvidelseskoefficient, smeltepunktstilpasning og belægningens befugtningsevne til substratet osv.) , på dette grundlag udvikles det tilsvarende belægningsmaterialesystem ved termodynamisk beregning. Samtidig er det for specifikke pulvere og substrater nødvendigt at udforske indflydelsen af nøgletekniske parametre på belægningens mikrostruktur og egenskaber og etablere en systematisk associationsdatabase mellem ultrahøjhastigheds laserbeklædningsbelægningsmateriale - procesparametre - ejendomme. Derudover er det for ultra-højhastigheds laserbeklædningsbelægningsmaterialer nødvendigt at være opmærksom på evalueringsstandarderne og nøgleindikatorerne for belægningskvalitet og serviceydelse for at give referencer til industriel anvendelse af ultra-højhastighedslaser beklædningsteknologi.
2. Den fælles forberedelsesteknologi af ultra-højhastigheds laserbeklædningsteknologi og anden materialemodifikationsteknologi er udviklet for at opnå belægninger af højere kvalitet. For yderligere at eliminere de interne defekter af ultrahøjhastigheds laserbeklædningsbelægningen og forbedre belægningens mikrostruktur, bør indflydelsen og mekanismen af eksterne hjælpeteknologier såsom ultralydsfelt, mekanisk vibration, elektromagnetisk felt og induktiv opvarmning aktivt undersøges. , og belægningskvaliteten og mikrostrukturen bør være meget optimeret. Derudover udforskes efterbehandlingsteknologier såsom omsmeltningsbehandling af belægningsoverfladen, stærk spindebehandling (PST), ultralyds overflademekanisk rullebehandling (SMRT) for yderligere at forbedre overfladetopografien af belægningen, opnå næsten-net-støbning, reducere omkostningerne ved efterfølgende overfladebehandling, og optimere spændingsfeltet inde i belægningen. Belægningens interne mikrostruktur og serviceydelse er forbedret.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. er en højteknologisk virksomhed med speciale i F&U, fremstilling og salg af automatisk laserbeklædningsmaskine, højhastigheds laserbeklædningsmaskine, laserslukningsmaskine, lasersvejsemaskine og laser 3D-printudstyr. Vores produkter er omkostningseffektive og sælges i ind- og udland. Hvis du er interesseret i vores produkter, bedes du kontakte os på bob@gshenglaser.com.