Tấm ốp laser là công nghệ sử dụng chùm tia laser năng lượng cao làm nguồn nhiệt để làm tan chảy và hóa rắn vật liệu độn được phủ trên bề mặt chất nền, tạo thành liên kết luyện kim giữa hai vật liệu, sau đó cải thiện tính chất bề mặt của nó. So với các công nghệ tăng cường bề mặt khác, lớp phủ laser có một loạt ưu điểm như tốc độ làm lạnh nhanh, liên kết luyện kim dễ dàng giữa lớp phủ và chất nền, vùng chịu ảnh hưởng nhiệt nhỏ, tốc độ pha loãng thấp, biến dạng chất nền nhỏ, tự động hóa dễ dàng và không gây ô nhiễm. Do đó, công nghệ này có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, máy móc khai thác mỏ, hóa dầu, ô tô, tàu thủy, năng lượng điện, đường sắt và các ngành công nghiệp khác.
Tuy nhiên, lớp phủ laser là một quá trình làm nóng và làm mát nhanh. Độ dốc nhiệt độ của lớp nền và lớp phủ, sự phân bố không đồng đều của pha cứng trong lớp phủ và sự khác biệt về tính chất vật lý giữa lớp phủ và vật liệu nền sẽ có tác động nhất định đến độ ổn định kích thước và tính chất cơ học của lớp phủ. , điều này sẽ dẫn đến sự hình thành và lan truyền các vết nứt. Sự hình thành các vết nứt trên lớp ốp có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của các bộ phận, đây là vấn đề cấp bách cần giải quyết trong ứng dụng công nghiệp công nghệ ốp laze.
Tấm ốp laser là một quá trình gia nhiệt và làm mát nhanh chóng và phản ứng luyện kim phức tạp. Hiện nay, nghiên cứu về vết nứt của lớp ốp chủ yếu tập trung vào một phương pháp kiểm soát duy nhất và thiếu nghiên cứu có hệ thống. Trong nghiên cứu này, lớp phủ hợp kim Ni60 được chế tạo trên bề mặt thép 42CrMo bằng công nghệ phủ bột laser phủ sẵn. Đầu tiên, cơ chế hình thành vết nứt và độ nhạy vết nứt đã được phân tích, sau đó nghiên cứu ảnh hưởng của công suất laser khác nhau và nhiệt độ gia nhiệt trước lên vết nứt để cung cấp tài liệu tham khảo cho việc kiểm soát vết nứt của lớp phủ laser hợp kim dựa trên Ni.
Vật liệu và phương pháp thử nghiệm
1. Tài liệu thử nghiệm
Trong thử nghiệm này, thép hợp kim 42CrMo được chọn làm vật liệu ma trận trong thử nghiệm lớp phủ bằng laser và kích thước tấm tròn là Φ150 mm × 10 mm. Chà nhám bề mặt thép 42CrMo bằng giấy nhám trước khi phủ laze và làm sạch bằng cồn và axeton để đảm bảo không có tạp chất khác trên bề mặt. Bột phủ được chọn bằng hợp kim Ni60, kích thước hạt 53~150 μm. Thành phần hóa học của hợp kim Ni60 được thể hiện trong Bảng 1.
Bảng 1 Thành phần hóa học của hợp kim Ni60 %
|
m(C) |
m(Si) |
m(Cr) |
m(Ni) |
m(Mo) |
m(Fe) |
m(B) |
|
=0.70 |
=4.50 |
= 17.0 |
=60.0 |
= 3.0 |
=5.0 |
=2.70 |
2. Phương pháp thử nghiệm
Laser LWS-1000 Nd: YAG đã được chọn để phủ laze bằng quy trình phủ bột trước và nhiều vòng. Các thông số chuẩn bị mẫu như sau: công suất laser 270 ~ 300 W, tốc độ quét 300 mm/phút, nhiệt độ gia nhiệt trước 170 ~ 270 độ, tốc độ vòng chạy 50%. Sau khi thử nghiệm lớp phủ bằng laser, kính soi nổi Zeiss Stemi305 được sử dụng để quan sát hình thái bề mặt của lớp phủ. Lớp ốp đã chuẩn bị sẵn được cắt thành cỡ mẫu 5 mm×10 mm×10 mm, sau đó dùng dung dịch HCl+HNO3 với tỷ lệ thể tích 3 ∶ 1 để ăn mòn mặt cắt ngang của lớp ốp đã được đánh bóng. Kính hiển vi kim loại Jiangnan MR5000 và kính hiển vi điện tử quét Regulus8230 được sử dụng để quan sát cấu trúc vi mô của lớp phủ Ni60 và EDS được sử dụng để phân tích sự phân bố của các nguyên tố gần và không có vết nứt trong lớp phủ một cách định tính và định lượng. Máy đo độ cứng microVickers kỹ thuật số VTD401 được sử dụng để đo độ cứng vi mô của mặt cắt ngang của lớp ốp. Tải trọng là 50 g và thời gian giữ là 10 giây. Pha được phân tích bằng máy đo nhiễu xạ tia X mục tiêu quay D/MAX2500VL/PC.
Phần kết luận
1. Cấu trúc vi mô của lớp phủ chủ yếu bao gồm - (Fe, Ni), Fe0.64Ni0.36 và M23C6. Các vết nứt trong thử nghiệm này về cơ bản là các vết nứt xuyên thấu, thường bắt nguồn từ bề mặt của lớp ốp và kéo dài đến điểm giao nhau của lớp ốp và ma trận, và hầu hết các vết nứt đều mở rộng trực tiếp qua toàn bộ lớp ốp. Sự khác biệt về tính chất nhiệt giữa nền và lớp phủ, gradient nhiệt độ và sự phân tách pha cứng trong lớp phủ có một số ảnh hưởng đến độ nhạy vết nứt.
2. Với sự gia tăng công suất laser, tình trạng nứt vỡ ở lớp ốp rõ ràng được cải thiện. Khi công suất là 290 W, chỉ có một vài vết nứt trên lớp ốp và duy trì được tính chất cơ học tốt. Khi công suất tăng thêm, tốc độ pha loãng của lớp ốp quá lớn, dẫn đến hiệu suất của nó giảm.
3. Khi nhiệt độ gia nhiệt trước tăng lên, độ nứt của lớp ốp giảm dần. Khi nhiệt độ làm nóng trước là 270 độ, chỉ còn lại một số lượng nhỏ vết nứt trên lớp ốp, nhưng nhiệt độ làm nóng trước quá cao sẽ phá hủy hiệu suất của chất nền và lớp ốp, do đó không thực hiện gia nhiệt trước ở nhiệt độ cao hơn.
Công ty TNHH Công nghệ Laser Tây An Guosheng là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên về R&D, sản xuất và kinh doanh máy ốp laser tự động, máy ốp laser tốc độ cao, máy dập tắt laser, máy hàn laser và thiết bị in laser 3D. Sản phẩm của chúng tôi có hiệu quả về chi phí và được bán trong và ngoài nước. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo số bob@gshenglaser.com.