Pengukuhan Kekerasan Salutan Pelapisan Laser

Dalam bidang pembuatan mewah, sifat permukaan bahagian secara langsung mempengaruhi prestasi dan hayat perkhidmatan produk, dan haus bahagian peralatan sering menyebabkan masa tambahan dan kerugian kos ekonomi. Untuk meningkatkan prestasi permukaan bahagian mekanikal, rawatan pengukuhan permukaan biasanya digunakan untuk meningkatkan prestasi permukaan dan hayat perkhidmatan bahan. Sebagai tambahan kepada pengukuhan permukaan langsung bahan, salutan biasanya disediakan di permukaan, seperti penyemburan haba pada permukaan bahan dalam bidang metalurgi, petrokimia dan lain-lain untuk meningkatkan hayat perkhidmatan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kekurangan teknologi penyemburan haba, ia tidak dapat meningkatkan sifat mekanikal permukaan bahan secara berkesan. Di samping itu, apabila salutan khas disediakan oleh magnetron sputtering, penyaduran elektrik dan pemendapan wap kimia, selalunya terdapat kekurangan seperti ketebalan terhad dan lekatan yang lemah.

Teknologi pelapisan laser ialah teknologi rawatan permukaan logam baharu, yang sering digunakan untuk menyediakan salutan tahan haus kekerasan tinggi dengan daya ikatan yang kuat dan sedikit kecacatan. Sebagai teknologi pembentukan 3D yang bebas cip dan cekap, pelapisan laser telah berjaya digunakan untuk pembuatan hijau dan pembuatan semula beberapa bahagian kejuruteraan mewah.

Pelapisan laser berada di permukaan substrat yang akan disalut, dengan kaedah pemakanan yang berbeza, melalui penyinaran laser untuk mencairkan lapisan nipis permukaan substrat pada masa yang sama, dan selepas pemejalan cepat untuk membentuk pencairan yang sangat rendah dan ikatan metalurgi dengan salutan permukaan substrat. Teknologi ini dicirikan oleh ketumpatan kuasa tinggi, kecekapan pemendapan tinggi, ubah bentuk haba yang rendah, penyejukan pantas, kadar pencairan rendah dan sifat metalurgi yang tinggi

Dalam pelapisan laser, pancaran laser difokuskan pada kawasan kecil pada permukaan bahan, menyebabkan ia menjadi panas dengan cepat, mencapai takat lebur bahan atau suhu yang lebih tinggi. Pada suhu tinggi, substrat membentuk kolam cair dengan bahan pelapisan, dan atom dan molekul bahan mula menjadi dinamik dalam kolam cair dan boleh disusun semula menjadi struktur kristal atau komposisi kimia yang berbeza. Apabila pancaran laser bergerak ke kawasan seterusnya, kawasan cair sebelum ini menyejuk dengan cepat, membentuk struktur organisasi baharu, jadi ia sesuai untuk meningkatkan kekerasan bahan.

Mekanisme bahawa teknologi pelapisan laser boleh meningkatkan kekerasan bahan termasuk aspek berikut.

1. Penghalusan bijirin

Oleh kerana lapisan pelapisan laser adalah proses kimia pepejal yang istimewa dan sementara, ia mempunyai kadar lebur dan pemejalan yang tinggi, yang menghalang pertumbuhan bijirin, menggalakkan penghalusan bijirin, dan dengan itu meningkatkan kekerasan salutan. Salutan aloi entropi tinggi NbMoTaWTi telah disediakan pada permukaan aloi TC4 dengan pelapisan laser, dan kekerasan mikro didapati 71.4% lebih tinggi daripada substrat. Sebabnya ialah pencairan dan penyejukan yang cepat dalam proses pelapisan laser menyebabkan bijirin tidak dapat tumbuh dengan cepat, dengan itu bijirin ditapis, dan kekerasannya bertambah baik.

2. Herotan kekisi

Herotan kekisi kristal meningkatkan kekerasan bahan. Dalam proses ubah bentuk plastik lapisan pelapisan laser, sejumlah besar kecacatan kekisi, seperti kehelan dan kekosongan, akan diperkenalkan untuk membuat beberapa elemen keluar dari keadaan keseimbangan dan menyebabkan herotan kekisi. Selepas herotan kekisi, ia selalunya membawa kepada peningkatan tenaga dalam bahan, mengakibatkan tekanan mikro yang lebih besar, menghalang gelinciran kehelan, dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan bahan. Oleh kerana aloi entropi tinggi terdiri daripada pelbagai unsur, saiz, struktur dan tenaga ikatan setiap atom unsur adalah berbeza dengan ketara, di mana saiz atom, jenis ikatan dan tenaga keupayaan kekisi unsur berbeza boleh diagihkan secara rawak pada kekisi. mata, mengakibatkan herotan kekisi serius struktur kristal, jadi fenomena ini lebih jelas dalam aloi entropi tinggi.

3. Transformasi fasa

Perubahan fasa salutan menjadikan kekerasan salutan meningkat. Pelapisan laser ialah teknologi pemprosesan suhu tinggi yang boleh memanaskan permukaan bahan kepada suhu tinggi dalam masa yang sangat singkat, mencairkannya sebahagian atau sepenuhnya, dan membentuk struktur organisasi yang berbeza melalui penyejukan pantas. Pada suhu tinggi ini, atom dan molekul bahan menjadi dinamik dan boleh disusun semula menjadi struktur kristal yang lebih stabil atau dioptimumkan, menyebabkan peralihan fasa bahan. Salutan pelapisan laser aloi entropi tinggi CoCrNiMnTix telah disediakan pada permukaan keluli Q235. Didapati bahawa dengan peningkatan kandungan Ti dalam salutan, fasa salutan berubah daripada fasa FCC kepada fasa FCC+ Laves.

Jenis dan bahagian serbuk adalah faktor utama yang mempengaruhi prestasi salutan. Oleh itu, dalam eksperimen, adalah sangat penting untuk mereka bentuk formula serbuk pelapis dengan munasabah. Di samping itu, kerana kaedah peningkatan salutan berkait rapat dengan kesan pengukuhannya, adalah sangat penting untuk mereka bentuk serbuk mengikut kesan peningkatan. Antaranya, pengukuhan fasa kedua, pengukuhan kristal halus, pengukuhan larutan pepejal, pengoptimuman mikrostruktur, pengoptimuman amorfus dan mikrostruktur adalah cara yang berkesan untuk meningkatkan kekerasan dan rintangan haus salutan. Kesan unsur tambahan biasa pada sifat permukaan salutan pelapisan ditunjukkan dalam Jadual 1.

Kerana kekerasan bahan mencerminkan keupayaan bahan untuk menahan bahan yang menekan ke permukaan, semakin tinggi kekerasan, semakin cetek kedalaman bahan yang menekan ke permukaan bahan, semakin kecil jumlah lelasan yang dihasilkan oleh pemotongan, iaitu, lebih kecil haus, lebih tinggi rintangan haus. Oleh itu, kekerasan boleh digunakan untuk mengukur rintangan haus bahan logam, dan apabila kekerasan meningkat, rintangan hausnya juga akan meningkat.