Lazerinis dengimas yra pažangiausia technologija, kuri pagerina komponentų paviršiaus savybes, nusodinant medžiagos sluoksnį ant pagrindo naudojant didelės energijos lazerio spindulį. Ši pažangi priedų gamybos technologija plačiai naudojama siekiant pagerinti didelės vertės komponentų atsparumą dilimui, atsparumą korozijai ir šiluminį stabilumą. Norint optimizuoti jų veikimą ir užtikrinti komponentų patikimumą, labai svarbu suprasti lazeriu dengtų sluoksnių mikrostruktūrines charakteristikas. Šiame straipsnyje gilinamasi į lazeriu dengtų sluoksnių mikrostruktūrinę analizę, daugiausia dėmesio skiriant fazių transformacijoms ir jų poveikiui mechaninėms savybėms.
Lazerinio dengimo procesas
Lazerinis dengimas apima lazerio spindulio naudojimą, kad išlydytų žaliavą, kuri vėliau nusodinama ant pagrindo paviršiaus, kad susidarytų dengtas sluoksnis. Proceso parametrai, tokie kaip lazerio galia, skenavimo greitis ir padavimo greitis, vaidina lemiamą vaidmenį nustatant dengto sluoksnio kokybę ir charakteristikas. Dėl greito šildymo ir aušinimo ciklų, būdingų lazeriniam apvalkalui, gali atsirasti sudėtingų mikrostruktūrinių transformacijų, kurios turi įtakos medžiagos mechaninėms savybėms.
Lazeriu dengtų sluoksnių mikrostruktūrinės charakteristikos
1. Fazinės transformacijos
Lazeriu dengtų sluoksnių mikrostruktūrinė analizė atskleidžia įvairias fazių transformacijas, kurios atsiranda dengimo proceso metu. Dėl greito aušinimo greičio, būdingo lazeriniam apvalkalui, gali susidaryti skirtingos fazės, palyginti su tomis, kurios yra biriose medžiagose. Pagrindinės transformacijos apima:
Martensitinė transformacija:Plieno pagrindu dengtuose sluoksniuose didelis aušinimo greitis gali sukelti martensito – kietos ir trapios fazės – susidarymą. Tai naudinga tais atvejais, kai reikalingas didelis atsparumas dilimui, tačiau gali prireikti terminio apdorojimo po apkalos, kad būtų sumažintas trapumas.
Karbido susidarymas:Lydiniuose, kuriuose yra tokių elementų kaip chromas, vanadis ar molibdenas, lazerinis apvalkalas gali sukelti kietojo karbido fazių nusodinimą. Pavyzdžiui, plienuose, kuriuose yra daug chromo, chromo karbidų susidarymas padidina atsparumą dilimui ir kietumą.
Kieto tirpalo stiprinimas:Dėl legiruojamųjų elementų tirpumo gali sustiprėti kietas tirpalas, kai elementų, tokių kaip anglis ar boras, ištirpimas matricoje pagerina kietumą ir atsparumą tempimui.
2. Mikrostruktūros morfologija
Lazeriu padengtų sluoksnių mikrostruktūros morfologiją įtakoja terminiai ciklai ir aušinimo greitis. Įprastos mikrostruktūros savybės:
Stulpeliniai grūdeliai:Dėl kryptinio šilumos srauto apkalimo metu dažnai susidaro stulpiniai grūdeliai, ypač kaupimosi kryptimi. Šie grūdeliai gali paveikti mechanines savybes, pvz., kietumo ir stiprumo anizotropiją.
Dendritinės struktūros:Kai kuriuose dengtuose sluoksniuose, ypač tuose, kuriuose yra didelis aušinimo greitis, gali susidaryti dendritinės struktūros. Jiems būdingos į medį panašios kristalų šakos, turinčios įtakos mechaninėms savybėms, tokioms kaip lankstumas ir kietumas.
Smulkiagrūdės mikrostruktūros:Greitas aušinimas taip pat gali sukelti smulkiagrūdžių mikrostruktūrų, kurios paprastai pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis, įskaitant didesnį kietumą ir didesnį atsparumą dilimui.
Mikrostruktūrinių charakteristikų įtaka mechaninėms savybėms
Lazeriu dengtų sluoksnių mikrostruktūrinės ypatybės daro didelę įtaką jų mechaninėms savybėms. Norint optimizuoti dengtų komponentų veikimą, labai svarbu suprasti šiuos ryšius.
1. Kietumas
Lazeriu padengtų sluoksnių kietumas yra stipriai susijęs su fazių transformacijomis ir mikrostruktūros morfologija. Pavyzdžiui, martensitas arba kietieji karbidai paprastai lemia didesnes kietumo vertes. Remiantis Zhang ir kt. (2020), lazeriu padengto didelio chromo plieno kietumas gali siekti iki 65 HRC, o pagrindinės medžiagos – 45 HRC. Šis kietumo padidėjimas padidina atsparumą dilimui, bet taip pat gali sumažinti kietumą.
2. Atsparumas dilimui
Lazeriu dengtų sluoksnių atsparumas dilimui pagerinamas susidarius kietoms fazėms ir smulkioms mikrostruktūroms. Pavyzdžiui, lazeriu padengtų Co-Cr lydinių tyrime nustatyta, kad nusidėvėjimo greitis yra žymiai mažesnis nei neapdorotų lydinių, dėl didelio kietumo ir kietojo karbido fazių buvimo (Li ir kt., 2021). .
3. Tempimo stipris ir plastiškumas
Nors pageidautina padidinti kietumą ir atsparumą dilimui, kartais jie gali būti atsparūs tempimui ir lankstumui. Martensito susidarymas ir kietų fazių buvimas gali padaryti plakiruotus sluoksnius trapesnius. Pavyzdžiui, lazeriu padengto plieno atsparumas tempimui gali būti žymiai didesnis nei pagrindinės medžiagos, tačiau kartu su tuo gali sumažėti plastiškumas (Wang ir kt., 2019). Šioms savybėms subalansuoti ir kietumui pagerinti dažnai naudojamas terminis apdorojimas po apkalos, pavyzdžiui, grūdinimas.
Mikrostruktūrinės analizės metodai
Norint visiškai suprasti mikrostruktūrines charakteristikas ir jų įtaką mechaninėms savybėms, naudojami keli analizės metodai:
1. Skenuojanti elektronų mikroskopija (SEM)
SEM pateikia didelės skiriamosios gebos mikrostruktūros vaizdus, leidžiančius stebėti fazių transformacijas, grūdelių struktūras ir dendritinius modelius. Tai vertinga priemonė paviršiaus morfologijai tirti ir dengtame sluoksnyje esančioms fazėms nustatyti.
2. Rentgeno spindulių difrakcija (XRD)
XRD naudojamas dengto sluoksnio fazinei sudėčiai nustatyti. Analizuojant difrakcijos modelius, galima nustatyti esamas kristalines fazes ir jų santykines proporcijas. Ši informacija yra labai svarbi norint suprasti fazių transformacijas, atsirandančias dengimo proceso metu.
3. Mikrokietumo bandymas
Mikrokietumo bandymas suteikia įžvalgų apie kietumo pasiskirstymą dengtame sluoksnyje. Matuojant kietumą įvairiuose taškuose, galima įvertinti dangos vienodumą ir nustatyti fazinių transformacijų ar mikrostruktūrinių ypatybių nulemtus pokyčius.
Išvada
Lazeriu dengtų sluoksnių mikrostruktūrinė analizė suteikia vertingų įžvalgų apie dengtų medžiagų fazių transformacijas ir mechanines savybes. Norint optimizuoti didelės vertės komponentų, veikiančių sudėtingomis sąlygomis, našumą, būtina suprasti šiuos ryšius. Analitinių metodų pažanga ir nuolatiniai tyrimai dar labiau padidins mūsų galimybes pritaikyti lazeriu padengtus sluoksnius konkrečioms reikmėms, užtikrinant ilgaamžiškumą ir patikimumą.
Apibendrinant galima pasakyti, kad lazeriu dengtų sluoksnių mikrostruktūrinės charakteristikos, įskaitant fazių transformacijas ir morfologiją, vaidina lemiamą vaidmenį nustatant jų mechanines savybes. Naudojant pažangias analizės technologijas ir suprantant pagrindinius mechanizmus, galima pasiekti aukštos kokybės dengtus sluoksnius, atitinkančius griežtus šiuolaikinės pramonės reikalavimus.
„Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd.“ yra aukštųjų technologijų įmonė, kurios specializacija yra MTTP, automatinių lazerinių dengimo mašinų, greitaeigių lazerinių dengimo mašinų, lazerinio gesinimo aparatų, lazerinio suvirinimo aparatų ir lazerinio 3D spausdinimo įrangos MTTP gamyba ir pardavimas. Mūsų produktai yra ekonomiški ir parduodami šalyje ir užsienyje. Jei jus domina mūsų produktai, susisiekite su mumis adresu bob@gshenglaser.com.