Właściwości ochronnych materiałów powłokowych bezpośrednio wpływają na ich ostateczny wygląd po użytkowaniu, dlatego badania i rozwój materiałów powłokowych o doskonałej odporności na korozję i zużycie są jednym z gorących punktów w badaniach nad technologią napawania laserowego o ultrawysokiej prędkości. Jednakże, ze względu na późne rozpoczęcie technologii szybkiego napawania laserowego, obecny proszek surowcowy stosowany do napawania laserowego zwykle wykorzystuje system proszków natryskiwania termicznego i nie utworzono żadnego specjalnego systemu proszkowego okładziny. Dotychczasowe badania nad szybkimi powłokami laserowymi w kraju i za granicą skupiają się głównie na tradycyjnych systemach materiałów samotopliwych, takich jak stopy żelaza, kobaltu i niklu, obejmujące kontrolę jakości powłok, kontrolę mikrostruktury oraz ocenę odporności na korozję i zużycie. Ponadto, w oparciu o zalety technologii ultraszybkiego napawania laserowego, niektórzy uczeni opracowali nowe systemy powłok, takie jak stopy amorficzne, stopy o wysokiej entropii i materiały kompozytowe o doskonałej odporności na korozję i zużycie.
Tradycyjne materiały okładzinowe
1. Powłoka ze stopu na bazie żelaza
Powłoka ze stopu na bazie żelaza jest tania i nadaje się do ochrony powierzchni stalowych części konstrukcyjnych stosowanych w dużych ilościach i może wykazywać dobrą odporność na korozję i zużycie, głównie w przypadku powłok ze stali nierdzewnej i stali stopowej. Obecnie prowadzi się wiele badań nad ultraszybkim napawaniem laserowym powłok stopów na bazie żelaza w kraju i za granicą, które stosuje się głównie w celu poprawy odporności na korozję i odporności na zużycie powierzchni przedmiotu obrabianego z żelaza i stali.
Duża liczba badań ultraszybkiego napawania laserowego powłok ze stali nierdzewnej wykazała, że szybkość osadzania i chłodzenia powłok odpowiednio wzrasta ze względu na znaczny wzrost szybkości napawania, co sprzyja drobnoziarnistej strukturze powłok. Jednocześnie skutecznie zmniejsza się segregacja kompozycji wewnątrz powłoki, co poprawia jej odporność na korozję. Jednakże wpływ prędkości skanowania na twardość i odporność na zużycie powłoki stali nierdzewnej jest nadal kontrowersyjny. Ze względu na złożoność ewolucji mikrostruktury i przejścia fazowego podczas napawania laserowego o ultrawysokiej prędkości potrzebne są dalsze badania. Stal stopowa zawiera wiele pierwiastków stopowych, poprzez wzmocnienie roztworem stałym lub wzmocnienie wydzieleniowe, aby uzyskać wysoką wytrzymałość, wysoką odporność na zużycie, często stosowaną do lokalnej ochrony powierzchni części zużywających się.
Zastosowanie technologii ultraszybkiego napawania laserowego do przygotowania powłoki ze stali stopowej na powierzchni walca, formy odlewniczej itp. może poprawić odporność na zużycie i działanie wysokich temperatur powiązanych części w trudnych warunkach pracy.
Obecnie w produkcji przemysłowej zastosowano powłokę ze stopu żelaza na bazie ultraszybkiego napawania laserowego, która może poprawić odporność części na zużycie i korozję, wydłużyć ich żywotność, obniżyć koszty konserwacji sprzętu i poprawić korzyści ekonomiczne.
2. Powłoka stopowa na bazie kobaltu
Stop na bazie kobaltu ma dobrą odporność na utlenianie w wysokich temperaturach i odporność na ścieranie, ale jest trudny do stosowania na dużą skalę ze względu na wysoką cenę. Przygotowując powłokę ze stopu na bazie kobaltu na powierzchni części, można znacznie poprawić odporność części na zużycie i korozję, a także skutecznie kontrolować koszty przetwarzania. Dlatego powłoki stopowe na bazie kobaltu są szeroko stosowane w ochronie powierzchni części metalowych. Jednakże badania nad przygotowaniem powłok stopów na bazie kobaltu metodą napawania laserowego o ultrawysokiej prędkości są wciąż w początkowej fazie.
Ze względu na doskonałą odporność na ścieranie, odporność na erozję, odporność na kawitację i właściwości w wysokich temperaturach, powłoka na bazie kobaltu z ultraszybkim napawaniem laserowym wykazała szerokie perspektywy zastosowania w wielu dziedzinach przemysłu.
3. Powłoka ze stopu na bazie niklu
Stop na bazie niklu ma nie tylko dobrą odkształcalność, ale także wykazuje doskonałą odporność na korozję i właściwości wysokotemperaturowe, które można stosować do powlekania powierzchniowego części narażonych na poważną korozję i utlenianie w wysokiej temperaturze. Dlatego powłoki stopowe na bazie niklu są jednymi z najwcześniejszych materiałów powłokowych stosowanych w badaniach technologii napawania laserowego o ultrawysokiej prędkości, w tym powszechnymi stopami na bazie niklu, takimi jak Ni45, Ni60 i Inconel 625.
Ultraszybkie napawanie laserowe powłok stopowych na bazie niklu ma ogromne znaczenie inżynieryjne w środowiskach korozyjnych o wysokiej temperaturze.
Nowy materiał powłokowy na elewację
1. Powłoka amorficzna na bazie żelaza
Stopy amorficzne na bazie Fe charakteryzują się doskonałymi właściwościami mechanicznymi, odpornością na korozję i zużycie, jednak ze względu na ograniczenia procesu przygotowania wielkość stopów amorficznych na bazie Fe ogranicza się zwykle do kilkudziesięciu milimetrów. Zastosowanie technologii powlekania powierzchniowego w celu przygotowania cienkiej powłoki na powierzchni matrycy może w pełni wykorzystać zalety amorficznych stopów na bazie żelaza i obniżyć koszty materiału. Obecnie prowadzono więcej badań nad wytwarzaniem powłok amorficznych na bazie żelaza konwencjonalnymi metodami napawania laserowego, ale zawartość fazy amorficznej w powłokach jest niska, a powłoki są podatne na kruche pęknięcia ze względu na duży dopływ ciepła i duże rozcieńczenie wskaźnik. Rozwój technologii ultraszybkiego napawania laserowego w ostatnich latach umożliwił opracowanie nowego schematu wytwarzania powłok amorficznych na bazie żelaza.
Zastosowanie technologii ultraszybkiego napawania laserowego do przygotowania amorficznej powłoki na bazie żelaza może znacznie poprawić pękanie powłoki amorficznej i rozwiązać problem niskiej zawartości amorficznej powłoki, skutecznie poprawić odporność na ścieranie powłoki amorficznej na bazie żelaza i oczekuje się, że będzie sprzyjać doskonałe działanie powłoki ochronnej ze stopu amorficznego w praktyce produkcyjnej.
2. Powłoka stopowa o wysokiej entropii
Stopy o wysokiej entropii stały się w ostatnich latach jednym z najgorętszych punktów badawczych ze względu na ich doskonałe właściwości mechaniczne, właściwości w wysokich temperaturach i odporność na korozję. Dlatego oczekuje się, że powłoki stopowe o wysokiej entropii będą odgrywać ważną rolę w dziedzinie ochrony materiałów metalowych. Powłokę stopową o wysokiej entropii można przygotować konwencjonalną technologią napawania laserowego, ale stopień rozcieńczenia powłoki jest duży i łatwo ją pękać. W ostatnich latach wielu uczonych wykorzystało technologię napawania laserowego o ultrawysokiej prędkości, aby przygotować powłoki stopowe o wysokiej entropii, o niskim stopniu rozcieńczenia i bez pęknięć, co znacznie ułatwiło rozwój powłok stopowych o wysokiej entropii.
Technologia ultraszybkiego napawania laserowego może być stosowana do wytwarzania powłok stopowych o wysokiej entropii bez wad, aby skutecznie poprawić odporność na ścieranie i właściwości powierzchni części w wysokich temperaturach, a także ma duży potencjał rozwojowy w przygotowaniu ochrony powierzchni części i powłoki termoizolacyjne.
Technologia ultraszybkiego napawania laserowego ma unikalne zalety w przygotowaniu powłoki stopowej o wysokiej entropii, która może skutecznie zmniejszyć stopień rozcieńczenia powłoki i zahamować pękanie powłoki, co sprzyja pełnemu wykorzystaniu doskonałych właściwości wysokiej stopu entropijnego i promowanie jego wczesnego zastosowania.
3. Powłoka kompozytowa
Powłoka z materiału kompozytowego odnosi się głównie do powłoki z materiału kompozytowego wzmocnionego cząstkami ceramicznymi z osnową metalową, która łączy w sobie wysoką wytrzymałość plastyczną metalu oraz wysoką twardość i wysoką odporność ceramiki na zużycie, co może skutecznie poprawić odporność na zużycie materiałów matrycy i wydłużyć usługę żywotność części w trudnych warunkach zużycia. Jako część łącząca ceramikę z osnową, metal ma działanie buforowe i przejściowe, co może skutecznie zmniejszyć naprężenia szczątkowe i skłonność powłoki do pękania i jest jedną z najbardziej potencjalnych powłok.
Powłokę kompozytową przygotowano na zwykłym podłożu ze stali niskowęglowej przy różnych prędkościach skanowania i stwierdzono, że chropowatość powierzchni powłoki napawania laserowego o ultraszybkiej prędkości była mniejsza, mikrostruktura była drobniejsza i bardziej jednolita, a odporność na działanie elektrochemiczne korozja i korozja termiczna w wysokiej temperaturze były lepsze. W porównaniu z tradycyjną powłoką kompozytową z osnową metalową wzmocnioną cząstkami ceramicznymi, napawaną laserowo, ultraszybka powłoka napawająca laserem ma niższy stopień rozcieńczenia i zwiększone fazowe uszkodzenia termiczne, wykazując w ten sposób lepszą odporność na zużycie i korozję.
W ostatnich latach nanorurki węglowe (CNT) stały się jednym z najgorętszych punktów badawczych ze względu na ich wysoką wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość właściwą, moduł Younga, odkształcenie sprężyste, dobre nadprzewodnictwo, właściwości optyczne i przewodność cieplną. Powlekane niklem nanorurki węglowe/amorficzne powłoki kompozytowe na bazie żelaza przygotowano przy użyciu technologii napawania laserowego o ultraszybkiej prędkości, wykorzystującej nanorurki węglowe jako fazę wzmacniającą materiałów kompozytowych. Badania wykazały, że nanorurki węglowe mogą poprawiać wytrzymałość powłok i hamować powstawanie pęknięć. Ponadto nanorurki węglowe mogą być stosowane do stałego smarowania i skutecznie zmniejszać współczynnik tarcia powłok ze względu na ich właściwości samosmarujące. Wraz ze wzrostem liczby nanorurek węglowych poprawia się odporność na zużycie i odporność na korozję.
Podsumowując, do przygotowania powłok z materiałów kompozytowych można zastosować technologię ultraszybkiego napawania laserowego, a morfologia powłoki i wydajność usług są lepsze niż tradycyjna powłoka napawania laserowego, co sprzyja promowaniu stosowania i promocji powłok kompozytowych z napawaniem laserowym w produkcja przemysłowa.
4. Powłoka ceramiczna
W rzeczywistej produkcji wiele części ulega zużyciu w wysokiej temperaturze, np. łożyska wysokotemperaturowe, wały wirników turbin dużych silników itp. Zwykła powłoka ze złota lub powłoka kompozytowa z osnową metalową jest trudna do zapewnienia odpowiedniej ochrony części w tak ekstremalnych warunkach ze względu na ze względu na słabą wydajność w wysokich temperaturach, a materiały ceramiczne mają wyjątkowo wysoką temperaturę topnienia i twardość. Oczekuje się, że odegra ona ważną rolę w tej dziedzinie. Jednak obecnie niewiele jest badań nad powłokami ceramicznymi napawanymi laserowo, głównie dlatego, że problem pękania powłok spowodowanych dużym dopływem ciepła do napawania laserowego jest trudny do rozwiązania.
Powłokę ceramiczną o wysokiej twardości można przygotować przy użyciu technologii napawania laserowego o ultrawysokiej prędkości. Jednakże obecnie brakuje badań nad powłoką ceramiczną napawaną laserem o ultraszybkiej prędkości i istnieje niewiele systemów materiałów ceramicznych mających zastosowanie, dlatego konieczne jest zbadanie możliwości zastosowania tej technologii w różnych systemach materiałów powłok ceramicznych.
Wnioski i perspektywy
Rozwój i promocja technologii ultraszybkiego napawania laserowego to ogromny postęp w inżynierii powierzchni materiałów, który łączy w sobie zalety technologii powlekania powierzchni, takie jak galwanizacja, natryskiwanie cieplne i naparowywanie, i skutecznie rozwiązuje wąskie gardło wydajnościowe ograniczające duże zastosowanie na skalę tradycyjną technologii napawania laserowego. Powłokę o doskonałych parametrach i pozbawioną pęknięć porowatości można przygotować w ekologicznych warunkach niewielkim kosztem. Ma szerokie perspektywy rozwoju. Chociaż w kraju i za granicą prowadzono wiele badań nad ultraszybkim powlekaniem laserowym, w porównaniu z innymi technologiami inżynierii powierzchni, jest to wciąż we wstępnej fazie badań. W ramach rozwoju technologii ultraszybkiego napawania laserowego i odpornych na ścieranie materiałów powłokowych należy pilnie rozwiązać następujące dwa problemy:
1. Opracowano system, bazę danych procesów, ocenę i zastosowanie materiału do napawania laserowego o ultrawysokiej prędkości. Obecnie brakuje systematycznego rozwoju materiałów do napawania laserowego o ultrawysokiej prędkości, a większość badaczy wykorzystuje proszek do natryskiwania termicznego lub inny dostępny na rynku proszek stopowy, co ogranicza rozwój i stosowanie powłok napawania laserowego o ultrawysokiej prędkości. Rozwój materiałów powłokowych do napawania laserowego o ultraszybkiej prędkości należy połączyć z rzeczywistymi warunkami ich stosowania, biorąc pod uwagę zależność kompatybilności pomiędzy powłoką a podłożem (taką jak współczynnik rozszerzalności cieplnej, dopasowanie temperatury topnienia i zwilżalność powłoki do podłoża itp.). na tej podstawie, za pomocą obliczeń termodynamicznych, opracowywany jest odpowiedni system materiałów powłokowych. Jednocześnie dla konkretnych proszków i podłoży konieczne jest zbadanie wpływu kluczowych parametrów technicznych na mikrostrukturę i właściwości powłoki oraz stworzenie systematycznej bazy danych powiązań pomiędzy materiałem powłokowym napawającym ultraszybkim laserem – parametrami procesu - nieruchomości. Ponadto w przypadku materiałów powłokowych do napawania laserowego o ultraszybkiej prędkości należy zwrócić uwagę na standardy oceny i kluczowe wskaźniki jakości powłoki i wydajności usług, aby zapewnić referencje dotyczące przemysłowego zastosowania ultraszybkiego lasera technologia okładzin.
2. Opracowano technologię wspólnego przygotowania ultraszybkiego napawania laserowego i inne technologie modyfikacji materiałów w celu uzyskania powłok o wyższej jakości. W celu dalszej eliminacji wewnętrznych defektów powłoki napawania laserowego o ultraszybkiej prędkości i poprawy mikrostruktury powłoki, należy aktywnie zbadać wpływ i mechanizm zewnętrznych technologii pomocniczych, takich jak pole ultradźwiękowe, wibracje mechaniczne, pole elektromagnetyczne i nagrzewanie indukcyjne , a jakość powłoki i mikrostruktura powinny zostać znacznie zoptymalizowane. Ponadto badane są technologie obróbki końcowej, takie jak przetapianie powierzchni powłoki, mocne przędzenie (PST), ultradźwiękowa obróbka mechaniczna powierzchniowego walcowania (SMRT), aby jeszcze bardziej poprawić topografię powierzchni powłoki, uzyskać formowanie prawie netto, zmniejszyć koszty późniejszej obróbki powierzchni oraz optymalizują pole naprężeń wewnątrz powłoki. Poprawia się wewnętrzna mikrostruktura i właściwości użytkowe powłoki.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo specjalizujące się w badaniach i rozwoju, produkcji i sprzedaży automatycznej maszyny do napawania laserowego, szybkiej maszyny do napawania laserowego, maszyny do hartowania laserowego, spawarki laserowej i laserowego sprzętu do drukowania 3D. Nasze produkty są tanie i sprzedawane w kraju i za granicą. Jeśli interesują Cię nasze produkty, skontaktuj się z nami pod adresem bob@gshenglaser.com.