نحوه افزایش چقرمگی پوشش روکش لیزری

1. دلایل کاهش چقرمگی لایه روکش

(1). فشار

با توجه به تفاوت زیاد در ضریب انبساط حرارتی بین مواد روکش و ماتریس، ایجاد تنش داخلی در هنگام روکش کاری آسان است. فرآیند روکش فلزی فرآیند ذوب سریع و انجماد سریع است. در این فرآیند، اختلاف گرادیان دما وجود خواهد داشت و تنش های مختلفی ایجاد می شود، مانند تنش کششی حرارتی ناشی از انقباض ناهموار لایه روکش به دلیل گرادیان دمایی متفاوت و ضریب انبساط حرارتی مواد و تنش های سازمانی ناشی از آن. با انتقال فاز فلز در فرآیند خنک سازی. و تنش محدودیت ناشی از اکسترود کردن قسمت بدون انقباض زمانی که لایه روکشی به دلیل اختلاف گرادیان دما منقبض می شود. تنش داخلی شامل تنش حرارتی، تنش ساختاری و تنش محدودیتی است و تنش حرارتی تنش اصلی است. در فرآیند روکش لیزری، چقرمگی شکست بسیار کمتر از نیروی کششی حرارتی ایجاد شده است که عامل اصلی تولید ترک است. ترک ها زمانی ایجاد می شوند که تنش حرارتی از حد مقاومت ماده فراتر رود.

نتایج نشان می دهد که توزیع غیر یکنواخت بوریدها و کاربیدهای کروم با حجم بالا در پوشش لیزری روکش کاربید سیلیکون مبتنی بر نیکل، که منجر به تنش حرارتی بیش از حد می شود، دلیل اصلی ترک است. در فرآیند روکش لیزری، ترکیبات شکننده به راحتی در مرز دانه تشکیل می شوند و ضریب انبساط حرارتی این ترکیبات شکننده و لایه روکش بسیار متفاوت است که منجر به تمرکز تنش در مرز دانه می شود و ترک خوردگی ایجاد می شود. به راحتی از کاهش چقرمگی به دست می آید.

(2). نقص در فرآیند روکش فلزی

عیوب کوچکی مانند منافذ و ریز ترک ها نیز در طول فرآیند روکش رخ می دهد. وجود منافذ ممکن است به دلیل تجزیه و گاز شدن یک ماده در ماده ناشی از لیزر پرانرژی باشد. احتمال دیگر این است که گاز بی اثر به عنوان یک گاز محافظ در فرآیند روکش لیزری مورد نیاز است و گاز محافظ در حوضچه مذاب درگیر خواهد شد. گاز خیلی دیر در حوضچه میعانات رها می شود تا تخلیه شود و منافذ تشکیل شود. در فرآیند تراکم سریع، وجود منافذ باعث ایجاد ترک های ریز می شود. اگر اجزایی مانند اکسیژن زدایی و سرباره سازی در پودر روکش نتوانند به موقع شناور شوند، در پوشش روکشی حفظ می شوند. این آخال ها همچنین احتمال ایجاد ترک در پوشش را افزایش داده و استحکام ساختاری و چقرمگی لایه روکش را کاهش می دهد. در عین حال وجود منافذ به شروع و انبساط ترک نیز کمک می کند. منافذ لایه روکش را شل می کند و به راحتی می توان تمرکز تنش را در اطراف منافذ ایجاد کرد که باعث افزایش حساسیت ترک ها در لایه روکش می شود.

2. عوامل موثر بر چقرمگی لایه روکش

چقرمگی شکست لایه روکش لیزری تحت تأثیر عوامل بسیاری از جمله انتخاب مواد روکش، قدرت لیزر، نرخ تغذیه پودر و دمای ماتریس روکش فلزی قرار می گیرد. علت اصلی ترک خوردگی پوشش، تنش داخلی ناشی از تفاوت خواص فیزیکی بین لایه روکش و زیرلایه است. هنگامی که مواد پودر روکش و مواد زیرلایه با خواص فیزیکی مشابه انتخاب می‌شوند، ذوب و انجماد دو ماده تقریباً هماهنگ می‌شوند که می‌تواند به طور موثر احتمال ترک خوردگی لایه روکش را کاهش دهد و چقرمگی پوشش را بهبود بخشد. پارامترهای فرآیند روکش لیزری نیز تأثیر مستقیمی بر ایجاد ترک دارند. با افزایش توان لیزر، ترک های پوشش ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد و سرعت اسکن لیزری و سرعت تغذیه پودر نیز اثرات مشابهی دارند. عملیات پیش گرمایی زیرلایه قبل از روکش کاری می تواند به طور قابل توجهی گرادیان دمایی بین حوضچه مذاب و زیرلایه را کاهش دهد و توزیع تنش لایه روکش را بهبود بخشد.

1. بهینه سازی ترکیب پودر روکش فلزی

روکش لیزری ذوب پودر و ماتریس برای تشکیل یک پوشش متالورژیکی است، عملکرد پوشش و انتخاب و درمان پودر بسیار مهم است. چقرمگی پوشش آلیاژ آمورف مبتنی بر آهن نسبتا ضعیف است و به دلیل تنش ایجاد شده در ناحیه برشی داخلی، ایجاد ترک در فرآیند آماده سازی یا استفاده واقعی بسیار آسان است. رینگ ها تا زمانی که شکستگی شکننده رخ دهد به انبساط ادامه می دهند، اما ساختار آرایش اتمی خاص و بدون مرز کریستالی باعث می شود کریستال های آمورف مبتنی بر آهن دارای مقاومت سایشی و مقاومت در برابر خوردگی عالی باشند. ناحیه برشی داخلی آلیاژ آمورف به راحتی باعث تمرکز تنش می شود، جایی که ریز ترک ها به راحتی تشکیل می شوند و گسترش ریز ترک ها می تواند ترک های شکستگی ایجاد کند. پوشش با سختی و چقرمگی بالا با آزمایش روکش لیزری بر روی سطح ورق فولادی پس از اختلاط نانولوله‌های کربنی پوشش‌داده‌شده با نیکل با پودر آمورف پایه آهن توسط آسیاب گلوله‌ای به دست آمد. مشخص شد که ساختار کامپوزیت نانوکریستالی آمورف با چقرمگی خوب پس از افزودن نانولوله‌های کربنی با پوشش نیکل در پوشش تشکیل شد. در همین حال، آبکاری نیکل و آسیاب توپ می تواند به طور موثر از تشکیل کاربیدهای شکننده در فرآیند روکش لیزری جلوگیری کند تا اطمینان حاصل شود که پوشش دارای چقرمگی شکست خوب است.

افزودن مقدار مناسبی از عناصر خاکی کمیاب می تواند نرخ جذب پودر را به پرتو لیزر پرانرژی بهبود بخشد، پودر روکش را به طور یکنواخت و کامل ذوب کند، پیوند متالورژیکی بهتری با ماتریس ایجاد کند، احتمال تخلخل را کاهش دهد. و می تواند برای همگن کردن، محلول جامد قوی و محکم پوشش کاربید سیمانی استفاده شود.

2. لایه انتقال اضافی

استفاده از پودر با چقرمگی خوب و تطابق خوب با خواص فیزیکی ماتریس به عنوان لایه زیرین، یعنی قرار دادن چنین لایه انتقالی یا لایه گرادیان در وسط ماتریس و لایه روکش می تواند تنش داخلی بین لایه روکش را کاهش دهد. با سختی و ماتریس بالا و کاهش ترک های ناشی از تنش زیاد. منطقه انتقال میانی می تواند تنش باقیمانده ناشی از ضریب انبساط حرارتی متفاوت بین بستر و لایه روکش را کاهش دهد، در نتیجه چقرمگی پوشش را افزایش داده و از ترک خوردگی پوشش جلوگیری می کند. لایه ای از پوشش Ni20Cr به عنوان لایه پایه بر روی سطح فولاد قالب قرار می گیرد و سپس دو لایه پوشش Ni60A به طور مداوم بر روی پوشش Ni20Cr قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که استفاده از پوشش Ni20Cr به عنوان لایه پایه می تواند به طور موثر پیوند متالورژیکی بین پوشش و بستر را بهبود بخشد. ترک ها، منافذ و سایر عیوب در پوشش را تا حد زیادی کاهش می دهد.

3. بهینه سازی پارامترهای فرآیند

در فرآیند روکش لیزری، توان پرتو لیزر P، سرعت اسکن V، قطر نقطه D و ... تاثیرات مهمی بر کیفیت لایه روکش دارند. سرعت رهاسازی رقیق تجسم جرم پوشش است و سرعت رهاسازی رقیق تحت تأثیر انرژی ویژه E است.

نتایج نشان می‌دهد که انرژی ویژه خیلی بزرگ یا خیلی کوچک E برای به دست آوردن پوشش با عملکرد عالی مناسب نیست. اگر E خیلی کم باشد، نرخ رقت پوشش به همان نسبت کم خواهد بود، ماتریس و لایه روکش نمی توانند پیوند متالورژیکی خوبی به دست آورند و سطح لایه روکش نیز مستعد ترک های تخلخل و سایر عیوب است. اگر انرژی ویژه E بیش از حد بالا باشد، نرخ رقت بر این اساس افزایش می‌یابد و فلزات در حوضچه مذاب کاملاً مخلوط می‌شوند و نمی‌توان خواص عالی پودر روکش را اعمال کرد. مشخص شده است که سرعت اسکن لیزری بسیار سریع است، و در نتیجه تشکیل ناهموار لایه روکش، سرعت اسکن بسیار آهسته است، ساختار کریستالی بزرگتری را تشکیل می دهد، سرعت اسکن مناسب می تواند یک لایه روکش دار نسبتا متراکم و چقرمگی بهتر را به دست آورد.

3. عملیات حرارتی

(1) پیش گرم کردن و پس از عملیات حرارتی

عملیات حرارتی پوشش روکش لیزری اساساً برای مرتب کردن فاز و همگن کردن عناصر در پوشش است. پیش گرم کردن مناسب زیرلایه می تواند به طور موثر گرادیان دما را در پوشش کاهش دهد، تنش حرارتی را کاهش دهد و چقرمگی پوشش را بهبود بخشد. نتایج نشان می دهد که پیش گرم کردن مناسب ماتریس می تواند به طور قابل توجهی سرعت خنک سازی لایه روکش را کاهش دهد، تنش پسماند را کاهش دهد و از ایجاد ترک جلوگیری کند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، هنگامی که ماتریس از قبل گرم نشده باشد، ترک ها را می توان مشاهده کرد (فلش نشان می دهد)، اما هنگامی که ماتریس از قبل در دمای 200 درجه گرم شود، هیچ ترک آشکاری مشاهده نمی شود.

به منظور بهبود چقرمگی لایه روکش و کاهش تمایل به ترک خوردگی پوشش، روش ماتریس پیش گرم نسبتا ساده است و گاهی اوقات نمی تواند به اثر مورد انتظار دست یابد. مشخص شده است که پیش گرم کردن و حفظ حرارت می تواند به طور قابل توجهی سرعت خنک شدن حوضچه مذاب را کاهش دهد، در نتیجه توزیع دمای حوضچه مذاب را بهبود می بخشد، فاز سخت یوتکتیک بین بلوری را کاهش می دهد، فاز انعطاف پذیر در فرآیند ذوب را افزایش می دهد، که باعث چقرمگی می شود. لایه روکش افزایش یافته و تنش حرارتی پسماند کاهش یافته و ترک ها کاهش یافته یا حتی ناپدید می شوند. عملیات حرارتی پودر می تواند توانایی اتصال پودر و فاز تقویت شده را بهبود بخشد و همچنین سختی و چقرمگی پوشش روکش را بهبود بخشد. عملیات حرارتی پوشش به‌دست‌آمده می‌تواند پوشش را همگن کند، تراکم نقص پوشش را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، تنش باقیمانده پوشش را آزاد کند و استحکام و چقرمگی پوشش را بهبود بخشد. عملیات پس از حرارت می تواند استحکام کششی و مقاومت در برابر ترک خوردگی پوشش و نسبت کشیدگی، استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی لایه روکش را بهبود بخشد.

پیش گرم کردن و عملیات پس از حرارت می تواند به طور قابل توجهی گرادیان دمای حوضچه مذاب را کاهش دهد، چقرمگی را افزایش دهد و از ایجاد ترک جلوگیری کند، اما فرآیند پیش گرمایش و عملیات پس از حرارت، دمای بسیار بالایی تولید می کند که به راحتی بر توزیع تنش داخلی تأثیر می گذارد. از قطعات جدار نازک، و ممکن است منجر به تغییر شکل قطعه کار شود. بنابراین، عملیات پیش گرمایی و عملیات پس از حرارت در تقویت یا تعمیر قطعات جدار نازک دقیق محدود است.

(2) ذوب مجدد لیزر

ذوب مجدد یک یا چند لیزر بلافاصله پس از روکش لیزری می تواند عیوب سطحی پوشش را از بین ببرد و چقرمگی پوشش را بهبود بخشد. پوشش کامپوزیت Ni60/50% WC بدون ترک با روکش لیزری + عملیات ذوب مجدد بر روی سطح فولادی 45 بدست آمد. مشخص شده است که ذوب مجدد لیزر عملکرد اگزوز سرباره ثانویه، ترمیم ترک ها، بهبود زبری سطح، و بهبود غیریکنواختی و فشردگی ساختار پوشش را دارد. پوشش آمورف مبتنی بر آهن با سه روش اسکن لیزری تهیه می شود، یعنی اولین اسکن لیزری ماتریس را گرم می کند، روکش لیزری دوم پوشش آمورف را تشکیل می دهد و سپس با ذوب مجدد لیزر سوم پوشش آمورف، پوشش بدون ترک را دریافت می کند. . ذوب مجدد لیزر اساساً عیوب پوشش را از بین می برد و مدول الاستیک و چقرمگی پوشش را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

شرکت فناوری لیزر Xi'an Guosheng یک شرکت با فناوری پیشرفته متخصص در تحقیق و توسعه، ساخت و فروش دستگاه روکش لیزری اتوماتیک، دستگاه روکش لیزری پرسرعت، دستگاه خاموش کننده لیزر، دستگاه جوش لیزری و تجهیزات چاپ سه بعدی لیزری است. محصولات ما مقرون به صرفه هستند و در داخل و خارج از کشور به فروش می رسند. اگر به محصولات ما علاقه مند هستید، لطفاً با ما در bob@gshenglaser.com تماس بگیرید.