Orsaker och effekter av minskning av segheten i laserbeläggningen
1. Orsaker till att beklädnadslagrets seghet minskar
(1). Påfrestning
På grund av den stora skillnaden i termisk expansionskoefficient mellan beklädnadsmaterial och matris är det lätt att producera inre spänningar under beklädnad. Beklädnadsprocessen är en process av snabb smältning och snabb stelning. I denna process kommer det att finnas en temperaturgradientskillnad, och olika spänningar kommer att genereras, såsom termisk dragspänning orsakad av ojämn sammandragning av beklädnadsskiktet på grund av materialets olika temperaturgradient och termiska expansionskoefficient, och organisatorisk spänning som orsakas genom fasövergången av metallen i kylningsprocessen. Och begränsningsspänningen som orsakas av extrudering av den icke kontrakterade delen när beklädnadslagret krymper på grund av temperaturgradientskillnaden. Den inre spänningen inkluderar termisk spänning, strukturell spänning och tvångsspänning, och termisk spänning är huvudspänningen. I processen med laserbeklädnad är brottsegheten mycket mindre än den genererade termiska dragkraften, vilket är den främsta orsaken till sprickbildning. Sprickor bildas när den termiska spänningen överstiger materialets hållfasthetsgräns.
Resultaten visar att den ojämna fördelningen av kromborider och karbider med hög volym i laserbeklädnadens nickelbaserade kiselkarbidbeläggning, vilket resulterar i överdriven termisk spänning, är huvudorsaken till sprickan. Vid laserbeklädnad är det lätt att bilda spröda föreningar vid korngränsen, och den termiska expansionskoefficienten för dessa spröda föreningar och beklädnadsskiktet är mycket olika, vilket leder till spänningskoncentrationen vid korngränsen, och sprickbildningen är lätt att uppnå genom minskningen av segheten.
(2). Defekter i beklädnadsprocessen
Små defekter som porer och mikrosprickor kommer också att uppstå under beklädnadsprocessen. Förekomsten av porer kan orsakas av dissociering och förgasning av ett ämne i materialet orsakat av högenergilaser. En annan möjlighet är att inert gas behövs som skyddsgas i laserbeklädnadsprocessen, och skyddsgasen kommer att vara inblandad i den smälta poolen. Gasen lämnas i kondensatpoolen för sent för att släppas ut för att bilda porer. I processen med snabb kondensering kommer förekomsten av porer att orsaka mikrosprickor. Om komponenterna som syreborttagning och slaggbildning i beklädnadspulvret inte kan flyta upp i tid kommer de att bevaras i beklädnadsbeläggningen. Dessa inneslutningar ökar också risken för sprickor i beläggningen och minskar beklädnadsskiktets strukturella styrka och seghet. Samtidigt är förekomsten av porer också hjälpen av sprickinitiering och expansion. Porer gör beklädnadslagret löst, och det är lätt att skapa spänningskoncentration runt porerna, vilket ökar känsligheten för sprickor i beklädnadslagret.
2. Påverkande faktorer för seghet hos beklädnadslagret
Brottsegheten hos laserbeklädnadslagret påverkas av många faktorer, inklusive valet av beklädnadsmaterial, lasereffekt, pulvermatningshastighet och beklädnadsmatrisens temperatur. Den främsta orsaken till sprickbildning i beläggningen är den inre spänningen som orsakas av skillnaden i fysikaliska egenskaper mellan beklädnadsskiktet och substratet. När beklädnadspulvermaterialet och substratmaterialet med liknande fysikaliska egenskaper väljs, är smältningen och stelningen av de två materialen nästan synkroniserade, vilket effektivt kan minska risken för sprickbildning av beläggningsskiktet och förbättra beläggningens seghet. Processparametrarna för laserbeklädnad har också en direkt inverkan på uppkomsten av sprickor. Med ökningen av lasereffekten ökar först sprickorna i beläggningen och minskar sedan, och laserskanningshastigheten och pulvermatningshastigheten har också liknande effekter. Förvärmningsbehandling av substratet före beklädnad kan avsevärt minska temperaturgradienten mellan den smälta poolen och substratet och förbättra spänningsfördelningen av beklädnadslagret.
Metoder för att förbättra segheten hos beläggningar
1. Optimering av beklädnadspulversammansättning
Laserbeklädnad är att smälta pulvret och matrisen för att bilda en metallurgisk beläggning, beläggningens prestanda och pulverval och behandling är mycket viktigt. Segheten hos den Fe-baserade amorfa legeringsbeläggningen är relativt dålig, och det är mycket lätt att producera sprickor i beredningsprocessen eller i den faktiska användningen på grund av spänningen i den inre skjuvzonen. Kanterna fortsätter att expandera tills spröda brott uppstår, men den speciella oordnade atomarrangemangets struktur och ingen kristallgräns gör att de järnbaserade amorfa kristallerna har utmärkt slitstyrka och korrosionsbeständighet. Den inre skjuvzonen av amorf legering är lätt att orsaka spänningskoncentration, där mikrosprickor lätt bildas och mikrosprickornas expansion kan ge brottsprickor. Beläggningen med hög hårdhet och seghet erhölls genom laserbeklädnadstest på ytan av stålplåt efter blandning av nickelbelagda kolnanorör med järnbaserat amorft pulver genom kulmalning. Det visade sig att den amorfa nanokristallina kompositstrukturen med god seghet bildades i beläggningen efter att nickelbelagda kolnanorör tillsattes. Under tiden kan nickelplätering och kulfräsning effektivt undvika bildning av spröda karbider i laserbeklädnadsprocessen, för att säkerställa att beläggningen har god brottseghet.
Tillsatsen av en lämplig mängd sällsynta jordartsmetaller kan förbättra absorptionshastigheten för pulvret till högenergilaserstrålen, få beklädnadspulvret att smälta jämnt och fullständigt, bättre bilda en metallurgisk bindning med matrisen, minska sannolikheten för porositet, och kan användas för homogenisering, fast lösning stark och stark härdning av hårdmetallbeläggningen.
2. Ytterligare övergångsskikt
Att använda pulver med god seghet och bra matchning med matrisens fysikaliska egenskaper som bottenskikt, det vill säga att sätta ett sådant övergångsskikt eller gradientskikt i mitten av matrisen och beklädnadsskiktet kan minska den inre spänningen mellan beklädnadsskiktet med hög hårdhet och matrisen, och minska sprickorna orsakade av överdriven spänning. Den mellanliggande övergångszonen kan lindra den kvarvarande spänningen som orsakas av den olika värmeutvidgningskoefficienten mellan substratet och beläggningsskiktet, och därigenom förbättra beläggningens seghet och förhindra sprickbildning i beläggningen. Ett skikt av Ni20Cr-beläggning avsätts på ytan av formstål som basskikt, och sedan avsätts två skikt av Ni60A-beläggning kontinuerligt på Ni20Cr-beläggningen. Resultaten visar att användning av Ni20Cr-beläggning som basskikt effektivt kan förbättra den metallurgiska bindningen mellan beläggningen och substratet. Reducera kraftigt sprickor, porer och andra defekter i beläggningen.
3. Optimering av processparametrar
I processen med laserbeklädnad har laserstråleeffekten P, avsökningshastighet V, punktdiameter D, etc. viktiga effekter på beklädnadslagrets kvalitet. Den utspädda frisättningshastigheten är utföringsformen av beläggningsmassan, och den utspädda frisättningshastigheten påverkas av den specifika energin E.
Resultaten visar att för stor eller för liten specifik energi E inte bidrar till att erhålla beläggningen med utmärkt prestanda. Om E är för lågt blir beläggningens utspädningshastighet motsvarande låg, matrisen och beklädnadsskiktet kan inte uppnå bra metallurgisk bindning, och ytan på beläggningsskiktet är också utsatt för porositetssprickor och andra defekter. Om den specifika energin E är för hög, kommer utspädningshastigheten att öka i enlighet med detta, och metallerna i den smälta poolen kommer att blandas helt, och de utmärkta egenskaperna hos beklädnadspulvret kan inte utövas. Det har visat sig att laserskanningshastigheten är för hög, vilket resulterar i ojämn bildning av beklädnadsskiktet, scanningshastigheten är för låg, kommer att bilda en större kristallstruktur, lämplig scanningshastighet kan erhålla ett relativt tätt beklädnadsskikt och bättre seghet.
3. Värmebehandling
(1) Förvärm och eftervärmebehandling
Värmebehandlingen av laserbeklädnadsbeläggning är i grunden att beställa fasen och homogenisera elementen i beläggningen. Korrekt förvärmning av substratet kan effektivt minska temperaturgradienten i beläggningen, minska den termiska spänningen och förbättra beläggningens seghet. Resultaten visar att korrekt förvärmning av matrisen avsevärt kan minska kapslingsskiktets kylningshastighet, minska restspänningen och hämma sprickbildningen. Som visas i figuren nedan kan sprickor observeras när matrisen inte är förvärmd (pil indikerar), men inga tydliga sprickor kan ses när matrisen förvärms till 200 grader.
För att förbättra segheten hos beklädnadslagret och minska sprickbildningstendensen hos beläggningen är den förvärmda matrismetoden relativt enkel och kan ibland inte uppnå den förväntade effekten. Det har visat sig att förvärmning och värmekonservering avsevärt kan minska kylningshastigheten för den smälta poolen, och därigenom förbättra temperaturfördelningen av den smälta poolen, minska den interkristallina eutektiska hårda fasen, öka den formbara fasen i smältningsprocessen, vilket gör att segheten av beklädnadsskiktet ökade och den kvarvarande termiska spänningen minskade, och sprickorna minskade eller till och med försvann. Värmebehandling av pulver kan förbättra bindningsförmågan hos pulver och förstärkt fas, och även förbättra hårdheten och segheten hos beläggningsbeläggningen. Värmebehandling av den erhållna beläggningen kan homogenisera beläggningen, avsevärt minska beläggningens defektdensitet, släppa beläggningens kvarvarande spänning och förbättra beläggningens hållfasthet och seghet. Eftervärmebehandlingen kan förbättra beläggningens draghållfasthet och sprickhållfasthet och töjningsförhållandet, sträckgränsen och den slutliga draghållfastheten för beklädnadslagret.
Förvärmning och eftervärmebehandling kan avsevärt minska temperaturgradienten hos den smälta poolen, öka segheten och hämma uppkomsten av sprickor, men förvärmning och eftervärmebehandling kommer att producera för hög temperatur, vilket är lätt att påverka den interna spänningsfördelningen av tunnväggiga delar och kan leda till deformation av arbetsstycket. Därför är förvärmning och eftervärmebehandling begränsade när det gäller att förstärka eller reparera precisions tunnväggiga delar.
(2) Laseromsmältning
En eller flera laseromsmältningar omedelbart efter laserbeklädnad kan eliminera ytdefekter på beläggningen och förbättra beläggningens seghet. Ni60/50%WC kompositbeläggning utan sprickor erhölls genom laserbeklädnad + omsmältningsbehandling på 45 stålyta. Det har visat sig att laseromsmältning har funktionerna av sekundärt slaggande avgaser, läkning av sprickor, förbättring av ytjämnheten och förbättring av ojämnheten och kompaktheten hos beläggningsstrukturen. Den Fe-baserade amorfa beläggningen framställs med tre laserskanningsmetoder, det vill säga den första laserskanningen värmer matrisen, den andra laserbeläggningen bildar den amorfa beläggningen, och sedan får den tredje laseromsmältningen av den amorfa beläggningen den sprickfria beläggningen . Laseromsmältning eliminerar i princip beläggningsdefekterna och förbättrar beläggningens elasticitetsmodul och seghet avsevärt.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. är ett högteknologiskt företag som specialiserat sig på FoU, tillverkning och försäljning av automatisk laserbeklädnadsmaskin, höghastighetslaserbeklädnadsmaskin, lasersläckningsmaskin, lasersvetsmaskin och laser 3D-utskriftsutrustning. Våra produkter är kostnadseffektiva och säljs inrikes och utomlands. Om du är intresserad av våra produkter, vänligen kontakta oss på bob@gshenglaser.com.