Η επένδυση λέιζερ είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί δέσμη λέιζερ υψηλής ενέργειας ως πηγή θερμότητας για να λιώσει και να στερεοποιήσει το υλικό πλήρωσης που επικαλύπτεται στην επιφάνεια του υποστρώματος, σχηματίζοντας έναν μεταλλουργικό δεσμό μεταξύ των δύο και στη συνέχεια βελτιώνοντας τις επιφανειακές του ιδιότητες. Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες ενίσχυσης επιφανειών, η επένδυση λέιζερ έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα, όπως γρήγορο ρυθμό ψύξης, εύκολη μεταλλουργική συγκόλληση μεταξύ επικάλυψης και υποστρώματος, μικρή ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα, χαμηλό ρυθμό αραίωσης, μικρή παραμόρφωση του υποστρώματος, εύκολο αυτοματισμό και καθόλου ρύπανση. Ως εκ τούτου, η τεχνολογία έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στην αεροδιαστημική, τα μηχανήματα εξόρυξης, τα πετροχημικά, τα αυτοκίνητα, τα πλοία, την ηλεκτρική ενέργεια, τους σιδηροδρόμους και άλλες βιομηχανίες.
Ωστόσο, η επένδυση με λέιζερ είναι μια γρήγορη διαδικασία θέρμανσης και ψύξης. Η διαβάθμιση θερμοκρασίας του υποστρώματος και του στρώματος επένδυσης, η ανομοιόμορφη κατανομή της σκληρής φάσης στο στρώμα επένδυσης και η διαφορά στις φυσικές ιδιότητες μεταξύ του στρώματος επένδυσης και του υλικού της μήτρας θα έχουν κάποιο αντίκτυπο στη σταθερότητα διαστάσεων και στις μηχανικές ιδιότητες του στρώματος επένδυσης , που θα οδηγήσει στην έναρξη και τη διάδοση ρωγμών. Ο σχηματισμός ρωγμών στο στρώμα επένδυσης έχει μεγάλη επίδραση στη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων, το οποίο είναι ένα επείγον πρόβλημα που πρέπει να επιλυθεί στη βιομηχανική εφαρμογή της τεχνολογίας επένδυσης λέιζερ.
Η επένδυση με λέιζερ είναι μια διαδικασία ταχείας θέρμανσης και ψύξης και πολύπλοκης μεταλλουργικής αντίδρασης. Προς το παρόν, η έρευνα για τη ρωγμή του στρώματος επένδυσης επικεντρώνεται κυρίως σε μια ενιαία μέθοδο ελέγχου και υπάρχει έλλειψη συστηματικής έρευνας. Σε αυτή τη μελέτη, το στρώμα επένδυσης από κράμα Ni60 παρασκευάστηκε σε επιφάνεια χάλυβα 42CrMo με τεχνολογία επένδυσης με λέιζερ σκόνης. Αρχικά, αναλύθηκε ο μηχανισμός σχηματισμού ρωγμών και η ευαισθησία των ρωγμών και στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση της διαφορετικής ισχύος λέιζερ και θερμοκρασίας προθέρμανσης στη ρωγμή, προκειμένου να παρασχεθεί αναφορά για τον έλεγχο ρωγμών του κράματος με βάση το Ni με επένδυση λέιζερ.
Υλικά και μέθοδοι δοκιμής
1. Υλικό δοκιμής
Σε αυτή τη δοκιμή, επιλέγεται κράμα χάλυβα 42CrMo ως υλικό μήτρας στη δοκιμή επένδυσης λέιζερ και το μέγεθος στρογγυλής πλάκας είναι Φ150 mm×10 mm. Τρίψτε την επιφάνεια του χάλυβα 42CrMo με γυαλόχαρτο πριν την επένδυση με λέιζερ και καθαρίστε την με οινόπνευμα και ασετόν για να βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχουν άλλες ακαθαρσίες στο υπόστρωμα. Η σκόνη επένδυσης επιλέχθηκε με κράμα Ni60 και το μέγεθος των σωματιδίων ήταν 53~ 150 μm. Η χημική σύνθεση του κράματος Ni60 φαίνεται στον Πίνακα 1.
Πίνακας 1 Χημική σύνθεση κράματος Ni60 %
|
m(C) |
m(Σι) |
m(Κρ) |
m(Νι) |
m(ΜΟ) |
m(Φε) |
m(B) |
|
=0.70 |
=4.50 |
= 17.0 |
=60.0 |
= 3.0 |
=5.0 |
=2.70 |
2. Μέθοδοι δοκιμής
Το λέιζερ LWS-1000 Nd: YAG επιλέχθηκε για επένδυση με λέιζερ με προεπίθεση σκόνης και διαδικασία πολλαπλών γύρους. Οι παράμετροι προετοιμασίας του δείγματος είναι οι εξής: ισχύς λέιζερ 270 ~ 300 W, ταχύτητα σάρωσης 300 mm/min, θερμοκρασία προθέρμανσης 170 ~ 270 μοίρες, ρυθμός γύρου 50%. Μετά τη δοκιμή επένδυσης με λέιζερ, χρησιμοποιήθηκε στερεοσκόπιο Zeiss Stemi305 για την παρατήρηση της επιφανειακής μορφολογίας του στρώματος επένδυσης. Το προετοιμασμένο στρώμα επένδυσης κόβεται σε μέγεθος δείγματος 5 mm×10 mm×10 mm και στη συνέχεια χρησιμοποιείται διάλυμα HCl+HNO3 με αναλογία όγκου 3 ∶ 1 για να διαβρώσει τη διατομή της στιλβωμένης στρώσης επένδυσης. Το μεταλλογραφικό μικροσκόπιο Jiangnan MR5000 και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης Regulus8230 χρησιμοποιήθηκαν για την παρατήρηση της μικροδομής του στρώματος επένδυσης Ni60 και το EDS χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση της κατανομής στοιχείων κοντά και χωρίς ρωγμές στο στρώμα επένδυσης ποιοτικά και ποσοτικά. Ο ψηφιακός ελεγκτής σκληρότητας microVickers VTD401 χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της μικροσκληρότητας της διατομής του στρώματος επένδυσης. Το φορτίο φόρτωσης ήταν 50 g και ο χρόνος διατήρησης ήταν 10 δευτερόλεπτα. Η φάση αναλύθηκε με περιθλασίμετρο ακτίνων Χ περιστρεφόμενου στόχου D/MAX2500VL/PC.
συμπέρασμα
1. Η μικροδομή του στρώματος επένδυσης αποτελείται κυρίως από - (Fe, Ni), Fe0.64Ni0.36 και M23C6. Οι ρωγμές σε αυτή τη δοκιμή είναι βασικά ρωγμές διαμέσου διείσδυσης, οι οποίες γενικά προέρχονται από την επιφάνεια του στρώματος επένδυσης και εκτείνονται μέχρι τη σύνδεση του στρώματος επένδυσης και της μήτρας, και οι περισσότερες από τις ρωγμές εκτείνονται απευθείας σε ολόκληρο το στρώμα επένδυσης. Η διαφορά των θερμικών ιδιοτήτων μεταξύ της μήτρας και του στρώματος επένδυσης, η κλίση θερμοκρασίας και ο διαχωρισμός της σκληρής φάσης στο στρώμα επένδυσης έχουν κάποιες επιπτώσεις στην ευαισθησία των ρωγμών.
2. Με την αύξηση της ισχύος λέιζερ, η αστοχία ρωγμής στο στρώμα επένδυσης βελτιώνεται προφανώς. Όταν η ισχύς είναι 290 W, υπάρχουν μόνο μερικές ρωγμές στο στρώμα επένδυσης και διατηρούνται καλές μηχανικές ιδιότητες. Όταν η ισχύς αυξάνεται περαιτέρω, ο ρυθμός αραίωσης του στρώματος επένδυσης είναι πολύ μεγάλος, με αποτέλεσμα τη μείωση της απόδοσής του.
3. Με την αύξηση της θερμοκρασίας προθέρμανσης, η αστοχία ρωγμών στο στρώμα επένδυσης μειώνεται σταδιακά. Όταν η θερμοκρασία προθέρμανσης είναι 270 μοίρες, μόνο ένας μικρός αριθμός ρωγμών παραμένει στο στρώμα επένδυσης, αλλά η πολύ υψηλή θερμοκρασία προθέρμανσης θα καταστρέψει την απόδοση του υποστρώματος και του στρώματος επένδυσης, επομένως δεν πραγματοποιείται προθέρμανση υψηλότερης θερμοκρασίας.
Η Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. είναι μια επιχείρηση υψηλής τεχνολογίας που ειδικεύεται στην Ε&Α, την κατασκευή και τις πωλήσεις αυτόματης μηχανής επένδυσης λέιζερ, μηχανής επένδυσης λέιζερ υψηλής ταχύτητας, μηχανής απόσβεσης λέιζερ, μηχανής συγκόλλησης λέιζερ και εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης. Τα προϊόντα μας είναι οικονομικά και πωλούνται στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Εάν ενδιαφέρεστε για τα προϊόντα μας, επικοινωνήστε μαζί μας στο bob@gshenglaser.com.