Jačanje tvrdoće premaza za lasersku oblogu

U području vrhunske proizvodnje, svojstva površine dijelova direktno utiču na performanse i vijek trajanja proizvoda, a trošenje dijelova opreme često uzrokuje dodatni gubitak vremena i ekonomskih troškova. Kako bi se poboljšale performanse površine mehaničkih dijelova, obično se koristi tretman površinskog ojačanja kako bi se poboljšale performanse površine i vijek trajanja materijala. Pored direktnog površinskog ojačanja materijala, premaz se obično priprema na površini, kao što je termičko prskanje po površini materijala u metalurgiji, petrohemiji i drugim oblastima radi produženja vijeka trajanja. Međutim, zbog nedostataka tehnologije termičkog prskanja, ne može efikasno poboljšati površinska mehanička svojstva materijala. Osim toga, kada se specijalni premazi pripremaju magnetronskim raspršivanjem, galvanizacijom i hemijskim taloženjem iz pare, često postoje nedostaci kao što su ograničena debljina i slabo prianjanje.

Tehnologija laserskog oblaganja je nova tehnologija površinske obrade metala, koja se često koristi za pripremu premaza visoke tvrdoće otpornih na habanje sa jakom silom vezivanja i malo nedostataka. Kao efikasna tehnologija 3D oblikovanja bez strugotina, lasersko oblaganje uspješno je primijenjeno na zelenu proizvodnju i ponovnu proizvodnju nekih vrhunskih inženjerskih dijelova.

Lasersko oblaganje se vrši na površini podloge koju treba premazati, različitim metodama dovoda, laserskim zračenjem kako bi se istovremeno otopio tanak sloj površine podloge, a nakon brzog stvrdnjavanja da bi se formiralo vrlo malo razrjeđivanje i metalurško vezanje sa površinski premaz podloge. Tehnologiju karakteriše velika gustina snage, visoka efikasnost taloženja, niska termička deformacija, brzo hlađenje, niska stopa razblaživanja i visoka metalurška svojstva

Kod laserskog oblaganja, laserski snop je fokusiran na malu površinu na površini materijala, uzrokujući njegovo brzo zagrijavanje, dostižući tačku topljenja materijala ili višu temperaturu. Na visokim temperaturama, supstrat formira bazen taline sa materijalom za oblaganje, a atomi i molekuli materijala počinju da postaju dinamički u bazenu taline i mogu se preurediti u različite kristalne strukture ili hemijske sastave. Kada laserski snop pređe na sljedeću oblast, prethodno otopljeno područje se brzo hladi, formirajući novu organizacionu strukturu, pa je pogodno za povećanje tvrdoće materijala.

Mehanizam kojim tehnologija laserskog oblaganja može poboljšati tvrdoću materijala uključuje sljedeće aspekte.

1. Rafiniranje zrna

Budući da je sloj laserske obloge poseban i prolazan čvrsti hemijski proces, ima visoku stopu topljenja i očvršćavanja, što inhibira rast zrna, pospješuje rafiniranje zrna, a time i poboljšava tvrdoću premaza. Prevlaka od legure visoke entropije NbMoTaWTi pripremljena je na površini legure TC4 laserskim oblaganjem, a utvrđeno je da je mikrotvrdoća 71,4% veća od mikrotvrdoće supstrata. Razlog je taj što brzo topljenje i hlađenje u procesu laserskog oblaganja dovodi do toga da zrno ne može brzo rasti, pa se zrno rafinira, a tvrdoća se uvelike poboljšava.

2. Rešetkasta distorzija

Izobličenje kristalne rešetke povećava tvrdoću materijala. U procesu plastične deformacije sloja laserske obloge, unosi se veliki broj defekta rešetke, kao što su dislokacija i praznina, kako bi neki elementi izašli iz ravnotežnog stanja i izazvali distorziju rešetke. Nakon izobličenja rešetke, to često dovodi do povećanja energije u materijalu, što rezultira većim mikronaprezanjem, sprečavanjem klizanja dislokacije i poboljšanjem čvrstoće i tvrdoće materijala. Budući da se legura visoke entropije sastoji od raznih elemenata, veličina, struktura i energija veze svakog atoma elementa su značajno različite, pri čemu se veličina atoma, tip veze i potencijalna energija rešetke različitih elemenata mogu nasumično rasporediti na rešetki. tačke, što dovodi do ozbiljnog izobličenja kristalne strukture, pa je ovaj fenomen očigledniji u leguri visoke entropije.

3. Fazna transformacija

Promjena faze premaza povećava tvrdoću premaza. Lasersko oblaganje je visokotemperaturna tehnologija obrade koja može zagrijati površinu materijala na visoke temperature u vrlo kratkom vremenu, otopiti je djelomično ili u potpunosti, te brzom hlađenjem formirati različite organizacijske strukture. Na ovoj visokoj temperaturi, atomi i molekuli materijala postaju dinamični i mogu se preurediti u stabilniju ili optimiziranu kristalnu strukturu, uzrokujući fazni prijelaz materijala. CoCrNiMnTix visokoentropijski premaz za lasersku oblogu izrađen je na površini čelika Q235. Utvrđeno je da se povećanjem sadržaja Ti u prevlaci faza prevlake mijenja iz FCC faze u FCC+ Lavesovu fazu.

Vrsta i udio prahova su ključni faktori koji utiču na performanse premaza. Stoga je u eksperimentu vrlo važno razumno osmisliti formulu praha za oblaganje. Osim toga, budući da je način poboljšanja premaza usko povezan s njegovim učinkom jačanja, vrlo je važno dizajnirati puder prema efektu poboljšanja. Među njima, ojačanje druge faze, fino kristalno ojačanje, ojačanje čvrstim rastvorom, optimizacija mikrostrukture, optimizacija amorfne i mikrostrukture su efikasni načini za poboljšanje tvrdoće i otpornosti premaza na habanje. Učinci uobičajenih aditiva na površinska svojstva premaza za oblaganje prikazani su u tabeli 1.

Budući da tvrdoća materijala odražava sposobnost materijala da se odupre pritisku materijala u površinu, što je veća tvrdoća, što je manja dubina materijala koji se utiskuje u površinu materijala, manji je volumen abrazije nastao rezanjem, to jest, što je manje habanje, to je veća otpornost na habanje. Stoga se tvrdoća može koristiti za mjerenje otpornosti metalnih materijala na habanje, a kada se tvrdoća poveća, povećat će se i njegova otpornost na habanje.