ผลของปริมาณ Si ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติแรงเสียดทานที่อุณหภูมิสูงของการเคลือบ FeCrNiCSix โดยการแลดดิ้งด้วยเลเซอร์

อุปกรณ์โลหะวิทยามีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมโลหะวิทยา สภาพการทำงานมีความซับซ้อน มักอยู่ในอุณหภูมิสูง (500 องศา) ภาระหนักและบริการด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ การสึกหรอที่อุณหภูมิสูง การเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงทำให้เกิดความเสียหายต่อพื้นผิวอุปกรณ์ได้ง่าย และส่งผลต่อความปลอดภัยในการให้บริการและอายุการใช้งาน เทคโนโลยีการเคลือบพื้นผิวเป็นวิธีการสำคัญในการปกป้องชิ้นส่วนโลหะ ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการปกป้องพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะ ได้แก่ เทคโนโลยีการพ่น เทคโนโลยีการหลอมอาร์ก การเชื่อมพื้นผิว เทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์ และอื่นๆ เทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงเพื่อละลายผงและสร้างบ่อหลอมเหลวบนพื้นผิวของเมทริกซ์ในเวลาเดียวกัน หลังจากการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว การเคลือบจะเกิดขึ้นด้วยพันธะทางโลหะวิทยากับเมทริกซ์ การเคลือบที่เตรียมโดยเทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์มีข้อดีของการยึดเกาะทางโลหะ อัตราการปลดปล่อยเจือจางต่ำ โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาดเล็ก และโครงสร้างที่หนาแน่น ดังนั้นการเคลือบป้องกันที่เตรียมโดยเทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์จึงกลายเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการป้องกันชิ้นส่วนโลหะ

วัสดุเคลือบเป็นกุญแจสำคัญในการป้องกันผลของการเคลือบด้วยเลเซอร์บนพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะ ในหมู่พวกเขา การเคลือบโลหะผสม Fe-Cr-Si สามารถปกป้องพื้นผิวจากก๊าซอุณหภูมิสูง ออกไซด์ และสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี และมีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย ในอุณหภูมิสูง การกัดกร่อนสูง สภาพแวดล้อมการสึกหรอสูงของการปกป้องพื้นผิวชิ้นส่วนบริการ ผลกระทบของปริมาณ Si (0.6%-2.5%) ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของเหล็กต้านทานการสึกหรอโลหะผสม Fe-Cr พบว่าการเติม Si ช่วยปรับปรุงการกระจายตัว ของคาร์ไบด์ระยะที่ 2 ด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณ Si ความแข็งของโลหะผสมจะเพิ่มขึ้น และความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อนก็ดีขึ้น เมื่อปริมาณ Si ถึง 2.3% ความเหนียวของมันจะลดลง

โดยสรุป องค์ประกอบ Si สามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน และความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของสารเคลือบได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันงานวิจัยหลักมุ่งเน้นไปที่การเคลือบโลหะผสมที่มีปริมาณ Si ต่ำ (< 5 wt.%), and there are few studies on the alloy coating with high Si content (>5 น้ำหนัก%) ดังนั้นในบทความนี้ การเคลือบ FeCrNiCSix จึงถูกเตรียมโดยเทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์ และผลของการเปลี่ยนแปลงของปริมาณ Si ต่อโครงสร้างจุลภาคของการเคลือบ FeCrNiCSix ภายใต้ปริมาณ Si สูง (5 wt.%, 10 wt.%, 15 wt.%) ได้รับการศึกษา อิทธิพลของความแข็งและความต้านทานการสึกหรอที่อุณหภูมิสูงเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการศึกษาการเคลือบโลหะผสม Si สูงและให้การสนับสนุนทางเทคนิคบางประการสำหรับการปกป้องพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะวิทยา

ผงเคลือบทำจากผงโครเมียม ผงซิลิกอน ผงนิกเกิล ผงคาร์บอน และผงเหล็กที่มีความบริสุทธิ์มากกว่าหรือเท่ากับ 99% และขนาดอนุภาคของผงคือ 53~ 150μm หลังจากการคัดกรอง ผงผสมที่มีองค์ประกอบ Si 5 wt.%, 10 wt.% และ 15 wt.% ถูกเตรียมโดยใช้เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ความแม่นยำสูง NX-100 องค์ประกอบของผงผสมแสดงไว้ในตารางที่ 1 หลังจากกำหนดค่าแล้ว ให้ใช้เครื่องบดลูกดาวเคราะห์เพื่อผสม ความเร็วในการหมุนคือ 200 รอบ/นาที เวลาคือ 4 ชั่วโมง และหลังจากผสมผงแล้ว ใช้เตาอบแห้งสุญญากาศอบแห้งที่ 100 องศา เป็นเวลา 2 ชั่วโมง สารเคลือบที่เตรียมด้วยผงที่มีปริมาณ Si ต่างกันมีชื่อว่าสารเคลือบ 5Si, 10Si และ 15Si (แสดงในตารางที่ 2) เมทริกซ์ทำจากแผ่นเหล็กทนความร้อน 1Cr11Ni2W2MoV (1Cr11Ni)

ตารางที่ 1 องค์ประกอบของพื้นผิวเหล็กทนความร้อนe(น้ำหนัก%)

แท็บ.2 องค์ประกอบ ของ FeCrNiCSix ผง(น้ำหนัก.%)

อุปกรณ์หุ้มด้วยเลเซอร์ใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ TruDisk6{{10}06 พารามิเตอร์กระบวนการคือกำลังเลเซอร์ 1600W อัตราการติด 50% เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง 5 มม. ความเร็วในการสแกน 600 มม./นาที และการป้อนผง ความเร็ว 5 รอบ/นาที หลังจากการหุ้มเคลือบเสร็จสิ้น ตัวอย่างจะถูกตัดเป็นทรงลูกบาศก์โดยมีความยาวด้านข้าง 10 มม. ด้วยอุปกรณ์ตัดลวด DK7750 เคลือบแล้วขัดเงาด้วยกระดาษทราย การกัดกร่อนประมาณ 10 วินาทีในสารละลายการกัดกร่อนที่ประกอบด้วย 0.7 wt.% HF, 43 wt.% HNO3, 50 wt.% H2O โครงสร้างจุลภาคของสารเคลือบถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์โลหะวิทยา LeicaDM6000M และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราดแบบ FEI-Sirion 200 และวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของแต่ละเฟสด้วยเครื่องสเปกโตรมิเตอร์การกระจายพลังงาน (EDS) ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด การวิเคราะห์เฟส XRD ดำเนินการด้วย X-ray diffractometer Miniflex600 เครื่องทดสอบความแข็งระดับจุลภาค MC010-HVS-1000 Vickers วัดความแข็งของหน้าตัดของสารเคลือบ โดยวัดได้ 10 จุด แต่ละจุดห่างกัน 1.5 มม. โดยใช้ค่าเฉลี่ย อุปกรณ์ทดลองสำหรับประสิทธิภาพการสึกหรอที่อุณหภูมิสูงคือเครื่องทดสอบการสึกหรอ MRH{28}} แผนภาพการทำงานของแรงเสียดทานและการสึกหรอแสดงในรูปที่ 1 การสูญเสียคุณภาพการสึกหรอวัดโดยเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ความแม่นยำสูง DJ1002A รูปแบบการทดสอบการสึกหรอถูกตัดเป็นบล็อกทรงลูกบาศก์โดยมีความยาว ความกว้าง และความสูง 20 มม. 10 มม. และ 10 มม. ตามลำดับ และขัดและขัดด้วยกระดาษทราย (600-2000 mesh) หลังจากการตรวจจับด้วยโปรไฟล์ภูมิประเทศแบบ 3 มิติ ความหยาบพื้นผิวโดยเฉลี่ยของตัวอย่างทดสอบการสึกหรอของการเคลือบทั้งสามที่มีปริมาณ Si ต่างกันคือ 0.91 μm และพารามิเตอร์การทดสอบการสึกหรอที่อุณหภูมิสูงเฉพาะจะแสดงอยู่ในตารางที่ 3

Tab.3 พารามิเตอร์ของ การสึกหรอที่อุณหภูมิสูงเซนต์

(1) ในการเคลือบ 5Si, 10Si และ 15Si ที่เตรียมโดยการหุ้มด้วยเลเซอร์ โครงสร้างจุลภาคของการเคลือบ 5Si ส่วนใหญ่เป็นโครงสร้าง dendritic และ equiaaxial และองค์ประกอบเฟสส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารละลายของแข็ง -Fe และ Fe-Cr โครงสร้างจุลภาคของการเคลือบ 10Si และ 15Si ส่วนใหญ่จะเท่ากัน และองค์ประกอบเฟสส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารละลายของแข็ง Fe3Si และ Fe-Cr

(2) เมื่อเนื้อหาองค์ประกอบ Si เพิ่มขึ้น ความแข็งและอัตราการสึกหรอของการเคลือบจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ ซึ่งเป็นเพราะเฟส Fe3Si มีความเปราะบางในขณะที่มีความแข็งสูง และการหลุดร่อนอย่างรุนแรงเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการสึกหรอ และ อัตราการสึกหรอของการเคลือบจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

(3) การเคลือบ 5Si มีลักษณะเด่นคือการสึกหรอแบบยึดติดและการสึกหรอแบบออกซิเดชั่นเป็นหลัก และความต้านทานการสึกหรอที่อุณหภูมิสูงนั้นดีที่สุด แต่ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันไม่ดีและมีความแข็งต่ำ การเคลือบ 10Si และ 15Si ส่วนใหญ่จะสึกหรอจากการเสียดสี และอัตราการสึกหรอจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อเปรียบเทียบกับทั้งสามแบบ การเคลือบ 10Si ได้รับการตัดสินว่าเป็นการเคลือบที่มีเนื้อหา Si ที่ดีที่สุด

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. เป็นองค์กรเทคโนโลยีขั้นสูงที่เชี่ยวชาญด้านการวิจัยและพัฒนา การผลิตและการขายเครื่องหุ้มด้วยเลเซอร์อัตโนมัติ เครื่องหุ้มด้วยเลเซอร์ความเร็วสูง เครื่องดับด้วยเลเซอร์ เครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์ และอุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติด้วยเลเซอร์ ผลิตภัณฑ์ของเรามีความคุ้มค่าและจำหน่ายในประเทศและต่างประเทศ หากคุณสนใจในผลิตภัณฑ์ของเรา โปรดติดต่อเราที่ bob@gshenglaser.com