Учвршћивање тврдоће премаза за ласерску облогу

У области врхунске производње, својства површине делова директно утичу на перформансе и век трајања производа, а хабање делова опреме често узрокује додатни губитак времена и економских трошкова. Да би се побољшале перформансе површине механичких делова, третман површинског ојачања се обично користи за побољшање перформанси површине и животног века материјала. Поред директног површинског ојачања материјала, премаз се обично припрема на површини, као што је термичко прскање по површини материјала у металургији, петрохемији и другим областима ради побољшања радног века. Међутим, због недостатака технологије термичког прскања, не може ефикасно побољшати површинска механичка својства материјала. Поред тога, када се специјални премази припремају магнетронским распршивањем, галванизацијом и хемијским таложењем паре, често постоје недостаци као што су ограничена дебљина и лоша адхезија.

Технологија ласерског облагања је нова технологија површинске обраде метала, која се често користи за припрему премаза високе тврдоће отпорних на хабање са јаком силом везивања и мало дефеката. Као ефикасна технологија 3Д обликовања без чипова, ласерска облога је успешно примењена на зелену производњу и поновну производњу неких врхунских инжењерских делова.

Ласерска облога је на површини подлоге коју треба премазати, различитим методама довода, кроз ласерско зрачење како би се топио танак слој површине подлоге у исто време, а након брзог очвршћавања да би се формирало веома мало разблаживања и металуршко везивање са површински премаз подлоге. Технологију карактерише велика густина снаге, висока ефикасност таложења, ниска термичка деформација, брзо хлађење, ниска стопа разблаживања и висока металуршка својства

Код ласерске облоге, ласерски сноп је фокусиран на малу површину на површини материјала, што доводи до његовог брзог загревања, достижући тачку топљења материјала или вишу температуру. На високим температурама, супстрат формира топљени базен са материјалом за облагање, а атоми и молекули материјала почињу да постају динамични у базену растопа и могу се преуредити у различите кристалне структуре или хемијске саставе. Када се ласерски зрак помери у следећу област, претходно отопљено подручје се брзо хлади, формирајући нову организациону структуру, па је погодно за повећање тврдоће материјала.

Механизам којим технологија ласерског облагања може побољшати тврдоћу материјала укључује следеће аспекте.

1. Рафинирање зрна

Пошто је слој ласерске облоге посебан и пролазан чврст хемијски процес, он има високу стопу топљења и очвршћавања, што инхибира раст зрна, промовише префињеност зрна и на тај начин побољшава тврдоћу премаза. Превлака легуре високе ентропије НбМоТаВТи припремљена је на површини легуре ТЦ4 ласерским облагањем, а утврђено је да је микротврдоћа 71,4% већа од оне подлоге. Разлог је тај што брзо топљење и хлађење у процесу ласерског облагања доводе до тога да зрно не може брзо да расте, па се зрно рафинише, а тврдоћа се знатно побољшава.

2. Изобличење решетке

Изобличење кристалне решетке повећава тврдоћу материјала. У процесу пластичне деформације слоја ласерске облоге, велики број дефекта решетке, као што су дислокација и празнина, биће уведен како би неки елементи изашли из равнотежног стања и изазвали дисторзију решетке. Након изобличења решетке, то често доводи до повећања енергије у материјалу, што резултира већим микронапрезањем, спречавањем клизања дислокације и побољшањем чврстоће и тврдоће материјала. Пошто је легура високе ентропије састављена од различитих елемената, величина, структура и енергија везивања сваког атома елемента су значајно различите, при чему величина атома, тип везе и потенцијална енергија решетке различитих елемената могу бити насумично распоређени на решетки. тачке, што доводи до озбиљног изобличења кристалне структуре, тако да је овај феномен очигледнији у легури високе ентропије.

3. Фазна трансформација

Промена фазе премаза повећава тврдоћу премаза. Ласерско облагање је високотемпературна технологија обраде која може за врло кратко време загрејати површину материјала на високе температуре, делимично или потпуно је истопити и брзим хлађењем формирати различите организационе структуре. На овој високој температури, атоми и молекули материјала постају динамични и могу се преуредити у стабилнију или оптимизовану кристалну структуру, изазивајући фазни прелаз материјала. ЦоЦрНиМнТик ласерска облога од легуре високе ентропије је припремљена на површини челика К235. Утврђено је да са повећањем садржаја Ти у превлаци, фаза превлаке прелази из ФЦЦ фазе у ФЦЦ+ Лавес фазу.

Врста и удео праха су кључни фактори који утичу на перформансе премаза. Због тога је у експерименту веома важно разумно дизајнирати формулу праха за облагање. Поред тога, пошто је метода побољшања премаза уско повезана са његовим ефектом јачања, веома је важно дизајнирати прах према ефекту побољшања. Међу њима, ојачавање друге фазе, фино кристално ојачавање, ојачавање чврстим раствором, оптимизација микроструктуре, оптимизација аморфне и микроструктуре су ефикасни начини за побољшање тврдоће и отпорности премаза на хабање. Ефекти уобичајених адитива на површинска својства облога приказани су у табели 1.

Будући да тврдоћа материјала одражава способност материјала да се одупре притиску материјала на површину, што је већа тврдоћа, што је мања дубина материјала који се утискује у површину материјала, то је мања запремина абразије настала резањем, односно што је мање хабање то је већа отпорност на хабање. Због тога се тврдоћа може користити за мерење отпорности на хабање металних материјала, а када се тврдоћа повећа, повећаће се и његова отпорност на хабање.