Sa brzim razvojem industrije proizvodnje opreme, kvar i raspadanje mnogih komponenti mehaničke opreme u teškim i složenim okruženjima izazvalo je ogromne ekonomske gubitke i mnoge kvarove opreme. Hitno je istražiti efikasne i zelene proizvodne tehnologije u nastajanju kako bi se ojačale ključne komponente nove opreme. Produženje vijeka trajanja i obnova zastarjele opreme. Keramički materijali se često koriste kao materijali za ojačavanje površinske zaštite metalnih dijelova zbog njihove visoke točke topljenja, visoke čvrstoće, niske toplinske provodljivosti i niskog koeficijenta toplinskog širenja. Keramički premaz može uvelike poboljšati otpornost na habanje, otpornost na koroziju i otpornost na oksidaciju podloge pri visokim temperaturama, a naširoko se koristi u zrakoplovstvu, petrohemiji, proizvodnji strojeva i drugim poljima.
Uobičajene tehnike pripreme keramičkih premaza uključujulasersko oblaganje, visokotemperaturna samopropagirajuća sinteza, taloženje parom i termalno raspršivanje. Među njima, visokotemperaturna samopropagirajuća sinteza ima jednostavne postupke, nisku potrošnju energije i kratak proizvodni ciklus, ali kao sirovinu zahtijeva prah izuzetno visoke čistoće. Nije pogodan za proizvodnju velikih razmera, a proces reakcije je brz i nezgodan za preciznu kontrolu; keramički premaz pripremljen taloženjem pare ima visoku čistoću i dobru gustinu, ali je oprema skupa i niska efikasnost proizvodnje; Keramički premaz za termičko prskanje ima visoku efikasnost i kontrolu debljine. Proces je jednostavan i može se koristiti za prskanje predmeta složenog oblika, ali ima relativno mnogo nedostataka kao što su pore premaza i niska sila vezivanja; Efikasnost laserskog oblaganja je visoka, a površina oblaganja se precizno kontroliše. Priprema keramičkih premaza ima performanse, cijenu, zaštitu okoliša i druge prednosti, ali pripremljeni keramički premaz može imati i nedostatke kao što su pukotine i pore.
Tehnologija laserskog oblaganja može rastopiti keramičke materijale kako bi prevazišla njihove teške karakteristike obrade i pripremila visokokvalitetne keramičke premaze. Keramički premaz dobijen ovom tehnologijom ima izvrsna mehanička, fizička i hemijska svojstva, što je korisno za produženje vijeka trajanja dijelova, smanjenje troškova i smanjenje rasipanje resursa. Površinsko ojačavanje i obnova je važan pravac zelene proizvodnje i efikasan način da se postigne ušteda energije i smanjenje emisija i promoviše održivi ekonomski i društveni razvoj. Uz kontinuirano unapređenje tehnologije laserskog oblaganja i zamjenu opreme za oblaganje, priprema keramičkih premaza laserskim oblaganjem može ojačati površinu dijelova u složenim okruženjima i produžiti vijek prerade, što je u skladu sa zagovaranim konceptom strategije održivog razvoja. od strane zemlje. Razvojni plan "Made in China 2025" sve je bliži i bliži. Lasersko oblaganje keramičkim premazom za obnovu spada u kategoriju napredne aditivne proizvodnje i zelene proizvodnje i efektivno implementira "14. petogodišnji" plan razvoja obnovljivih resursa.
1 Lasersko oblaganje keramičkim premazom
Keramičke prevlake za lasersko oblaganje za površinsko ojačavanje i obnovu mogu se podijeliti na kompozitne keramičke premaze, metal-keramičke kompozitne premaze, laserske in situ sintetičke keramičke prevlake i nanokompozitne keramike prema sastavu materijala i mehanizmu formiranja premaza.
- Kompozitni keramički premaz: Istraživači su razvili različite eutektičke tipove kompozitnih keramičkih premaza za lasersko oblaganje sastavljenih od nitrida, borida, karbida i oksida. Ovi kompozitni materijali sastavljeni od višekomponentne keramike imaju visoku međusobnu topljivost i afinitet između komponenti, što može efikasno smanjiti veličinu zrna keramičke faze, poboljšati čvrstoću i žilavost premaza i učiniti premaz stabilnijim od jednofaznih keramičkih premaza. Dobra termofizička svojstva i odlična svojstva kao što su otpornost na habanje i koroziju.
- Metal-keramički kompozitni premaz: Metal-keramički kompozitni premaz je kombinacija keramičke faze (faza ojačanja) i metala ili legure (vezna faza), tako da može postići dobru kvašenje metalnih materijala i izuzetnu tvrdoću keramičke faze, otpornost na habanje, i otpornost na koroziju. Brzo zagrijavanje i očvršćavanje tokom procesa laserskog oblaganja rafinira zrna u metal-keramičkom kompozitnom premazu i ravnomjerno raspoređuje fazu ojačanja vatrostalne keramike u premazu u fazi veziva, što povećava čvrstoću premaza. , za postizanje efekta odličnih svojstava metala i keramike.
- In-situ sinteza keramičkih premaza: In-situ sinteza keramičkih prevlaka formira čestice keramičke faze dodavanjem različitih prahova elemenata u uslovima visoke temperature, a usled formiranja reakcije, keramičke čestice će spontano nukleisati i rasti, tako da distribucija je ujednačena, gusta struktura, poboljšano vezivanje interfejsa, i značajno smanjen gubitak performansi, prevazilazi nedostatke lošeg povezivanja interfejsa, agregacije čestica, pukotina i drugih nedostataka koji postoje u direktnom dodavanju keramičkih faza.
Keramički premazi za lasersko oblaganje pokazuju izuzetne prednosti u površinskoj modifikaciji novih proizvoda ili preradi oštećenih delova, ali u procesu pripreme keramičkih premaza javljaju se i uobičajeni nedostaci kao što su pore, segregacija elemenata i pukotine. Na osnovu principa i karakteristika premaza pripremljenih laserskim oblaganjem, istraživači će optimizirati kvalitet keramičkih premaza sa aspekta parametara procesa laserskog oblaganja, strukture premaza, sistema materijala za premazivanje i različitih procesa potpomognutog oblikovanja.
2 Smjer primjene keramičkog premaza za lasersko oblaganje
Poslednjih godina, industrije kao što su proizvodnja mašina, transport, vazduhoplovstvo, petrohemija i biomedicina postavile su veće zahteve za kapacitetom nosivosti i vekom zamora radnih komada. U cilju rješavanja problema koji postoje u različitim radnim uvjetima, istraživači su koristili tehnologiju za ojačavanje površine laserske obloge i reproizvodnu popravku kako bi pripremili niz funkcionalnih premaza za rješavanje kvara radnih komada. Prema različitim funkcijama keramičkih materijala, keramički funkcionalni premazi pripremljeni laserskim oblaganjem mogu se grubo podijeliti u četiri tipa:
- Keramički premazi otporni na koroziju, materijali u teškim okruženjima korozije (kao što su nafta na moru, platforme za bušenje prirodnog plina, hidroelektrane, hemijska postrojenja, rudnici, itd.) trebaju ojačati površinu obratka i obnoviti oštećene dijelove kako bi se oduprli eroziji oštećenja, premazi otporni na koroziju mogu povećati vijek trajanja opreme i smanjiti troškove održavanja;
- Lasersko oblaganje keramičkim premazom otpornim na habanje, habanje je najčešći način kvara mnogih inženjerskih materijala, trenje i habanje pod teškim radnim uvjetima (veliko opterećenje, visoka temperatura, velika brzina, itd.) će skratiti vijek trajanja obratka. Istraživači poboljšavaju tvrdoću i otpornost na habanje radnih komada pripremajući keramičke premaze s odličnim svojstvima protiv habanja i trenja, čime se produžava vijek trajanja;
- Keramički premaz za termo barijeru za lasersko oblaganje, premaz za termičku barijeru za oblaganje keramičkog materijala otpornog na visoke temperature, otpornog na oksidaciju i koroziju na podlozi, kako bi se podloga izolirala od vanjskog vrućeg plina, čime se dijelovi štite od korozije, oksidacije, sloj za zaštitu od toplote za poboljšanje performansi podloge i produženje radnog veka delova. Ovaj premaz je korišćen u različitim oblastima inženjerstva, uključujući motore sa unutrašnjim sagorevanjem, lopatice gasnih turbina mlaznih motora, termohemijske uređaje za naknadnu obradu itd.
3 Prospekti
- Dizajn novih keramičkih premaznih materijala. Kako uvjeti rada opreme postaju sve oštriji, a karakteristike keramičkih materijala i metalnih materijala su prilično različite, potrebno je inovirati ideje dizajna premaznih materijala i uvesti dizajn materijala i provjeru performansi kao što su proračuni prvog principa i visoko- testovi performansi propusnosti. metoda za postizanje materijala za premazivanje s više odličnih svojstava u isto vrijeme, na primjer, kombinacija keramike MAX faze i metala može dobiti premaze otporne na habanje, visoke temperature, jake i žilave; samopodmazujući keramički materijali visoke provodljivosti i ultra-visokotemperaturna keramika od hafnija/cirkonijuma i drugi materijali takođe imaju važnu razvojnu i primenu vrednost. Raznolikost sistema materijala može proširiti opseg njegove primjene i pružiti više izbora za korištenje različitih radnih uvjeta.
- Razvoj novog procesa laserskog oblaganja. Proces ima važan utjecaj na makroskopsku morfologiju i mikrostrukturu premaza. Iako je primijenjena procesna kombinacija laserske obloge i ultrazvučne vibracije, elektromagnetne pomoći, asistencije indukcijskog grijanja i drugih tehnologija, kako smanjiti hrapavost površine premaza, poboljšati efikasnost oblikovanja obloge, poboljšati karakteristike zamora i poboljšati površinu kvaliteta još uvijek nije jasna. Potrebno je detaljno istražiti.