การเสริมความแข็งของการเคลือบด้วยเลเซอร์

ในด้านการผลิตระดับไฮเอนด์ คุณสมบัติพื้นผิวของชิ้นส่วนส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ และการสึกหรอของชิ้นส่วนอุปกรณ์มักทำให้เวลาเพิ่มขึ้นและสูญเสียต้นทุนทางเศรษฐกิจ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพพื้นผิวของชิ้นส่วนเครื่องจักรกล โดยปกติจะใช้การเสริมความแข็งแรงของพื้นผิวเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพพื้นผิวและอายุการใช้งานของวัสดุ นอกเหนือจากการเสริมความแข็งแรงให้กับพื้นผิวโดยตรงของวัสดุแล้ว การเคลือบมักถูกเตรียมบนพื้นผิว เช่น การพ่นด้วยความร้อนบนพื้นผิวของวัสดุในด้านโลหะวิทยา ปิโตรเคมี และสาขาอื่นๆ เพื่อปรับปรุงอายุการใช้งาน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อบกพร่องของเทคโนโลยีการพ่นด้วยความร้อน จึงไม่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของพื้นผิวของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เมื่อเตรียมการเคลือบพิเศษโดยการสปัตเตอร์แมกนีตรอน การชุบด้วยไฟฟ้า และการสะสมไอสารเคมี มักมีข้อบกพร่อง เช่น ความหนาที่จำกัดและการยึดเกาะที่ไม่ดี

เทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีการรักษาพื้นผิวโลหะแบบใหม่ ซึ่งมักใช้ในการเตรียมการเคลือบที่ทนทานต่อการสึกหรอที่มีความแข็งสูง พร้อมด้วยแรงยึดเกาะที่แข็งแกร่งและมีข้อบกพร่องเล็กน้อย เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีการขึ้นรูป 3 มิติที่ไร้ชิปและมีประสิทธิภาพ การหุ้มด้วยเลเซอร์จึงถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จกับการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและการผลิตซ้ำของชิ้นส่วนทางวิศวกรรมระดับสูงบางชิ้น

การหุ้มด้วยเลเซอร์อยู่บนพื้นผิวของพื้นผิวที่จะเคลือบด้วยวิธีการป้อนที่แตกต่างกัน ผ่านการฉายรังสีด้วยเลเซอร์เพื่อละลายชั้นบาง ๆ ของพื้นผิวในเวลาเดียวกัน และหลังจากการแข็งตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างการเจือจางที่ต่ำมากและพันธะทางโลหะวิทยากับ สารเคลือบพื้นผิว เทคโนโลยีนี้มีคุณลักษณะเฉพาะด้วยความหนาแน่นของพลังงานสูง ประสิทธิภาพการสะสมสูง การเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนต่ำ การระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว อัตราการเจือจางต่ำ และคุณสมบัติทางโลหะวิทยาสูง

ในการหุ้มด้วยเลเซอร์ ลำแสงเลเซอร์จะเน้นไปที่พื้นที่เล็กๆ บนพื้นผิวของวัสดุ ทำให้เกิดความร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว จนถึงจุดหลอมเหลวของวัสดุหรืออุณหภูมิสูงขึ้น ที่อุณหภูมิสูง สารตั้งต้นจะก่อตัวเป็นสระหลอมละลายด้วยวัสดุหุ้ม และอะตอมและโมเลกุลของวัสดุเริ่มมีพลวัตในสระหลอมเหลว และสามารถจัดเรียงใหม่เป็นโครงสร้างผลึกหรือองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันได้ เมื่อลำแสงเลเซอร์เคลื่อนไปยังบริเวณถัดไป พื้นที่ที่หลอมละลายก่อนหน้านี้จะเย็นลงอย่างรวดเร็ว เกิดเป็นโครงสร้างองค์กรใหม่ จึงเหมาะสำหรับการเพิ่มความแข็งของวัสดุ

กลไกที่เทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์สามารถปรับปรุงความแข็งของวัสดุได้มีดังต่อไปนี้

1. การปรับแต่งเกรน

เนื่องจากชั้นเคลือบด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการเคมีของแข็งแบบพิเศษและชั่วคราว จึงมีอัตราการหลอมเหลวและการแข็งตัวสูง ซึ่งยับยั้งการเจริญเติบโตของเมล็ดพืช ส่งเสริมการปรับแต่งของเมล็ดข้าว และด้วยเหตุนี้จึงปรับปรุงความแข็งของสารเคลือบ การเคลือบโลหะผสมเอนโทรปีสูง NbMoTaWTi ถูกเตรียมบนพื้นผิวของโลหะผสม TC4 โดยการหุ้มด้วยเลเซอร์ และพบว่าความแข็งระดับไมโครสูงกว่าของพื้นผิวถึง 71.4% เหตุผลก็คือการหลอมละลายและการเย็นตัวอย่างรวดเร็วในกระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์ทำให้เกรนไม่สามารถเติบโตได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นเกรนจึงได้รับการขัดเกลาและความแข็งก็ดีขึ้นอย่างมาก

2. การบิดเบือนขัดแตะ

การบิดเบี้ยวของโครงตาข่ายคริสตัลจะเพิ่มความแข็งของวัสดุ ในกระบวนการเปลี่ยนรูปพลาสติกของชั้นหุ้มด้วยเลเซอร์ จะมีการแนะนำข้อบกพร่องขัดแตะจำนวนมาก เช่น ความคลาดเคลื่อนและตำแหน่งว่าง เพื่อทำให้องค์ประกอบบางอย่างไม่อยู่ในสถานะสมดุล และทำให้เกิดการบิดเบือนของขัดแตะ หลังจากการบิดเบี้ยวของแลตทิซ มักจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานในวัสดุ ส่งผลให้เกิดความเครียดขนาดเล็กมากขึ้น ยับยั้งการเคลื่อนตัวของการเคลื่อนที่ และปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุ เนื่องจากโลหะผสมเอนโทรปีสูงประกอบด้วยองค์ประกอบหลากหลาย ขนาด โครงสร้าง และพลังงานพันธะของอะตอมของธาตุแต่ละชนิดจึงแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ โดยขนาดอะตอม ประเภทพันธะ และพลังงานศักย์ของโครงตาข่ายของธาตุต่างๆ อาจถูกกระจายแบบสุ่มบนโครงตาข่าย จุดส่งผลให้โครงสร้างผลึกบิดเบี้ยวอย่างรุนแรง ดังนั้นปรากฏการณ์นี้จึงชัดเจนยิ่งขึ้นในโลหะผสมเอนโทรปีสูง

3. การเปลี่ยนแปลงเฟส

การเปลี่ยนเฟสการเคลือบทำให้ความแข็งของการเคลือบเพิ่มขึ้น การหุ้มด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีการประมวลผลที่อุณหภูมิสูงซึ่งสามารถให้ความร้อนพื้นผิวของวัสดุถึงอุณหภูมิสูงได้ในระยะเวลาอันสั้น ละลายบางส่วนหรือทั้งหมด และสร้างโครงสร้างองค์กรที่แตกต่างกันผ่านการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว ที่อุณหภูมิสูงนี้ อะตอมและโมเลกุลของวัสดุจะมีไดนามิกและสามารถจัดเรียงใหม่ให้เป็นโครงสร้างผลึกที่มีความเสถียรมากขึ้นหรือปรับให้เหมาะสมที่สุด ทำให้เกิดการเปลี่ยนเฟสของวัสดุ CoCrNiMnTix การเคลือบหุ้มด้วยเลเซอร์อัลลอยด์เอนโทรปีสูงถูกเตรียมบนพื้นผิวเหล็ก Q235 พบว่าเมื่อปริมาณ Ti เพิ่มขึ้นในการเคลือบ เฟสการเคลือบเปลี่ยนจากเฟส FCC เป็นเฟส FCC+ Laves

ชนิดและสัดส่วนของผงเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการเคลือบ ดังนั้นในการทดลองการออกแบบสูตรผงเคลือบให้สมเหตุสมผลจึงมีความสำคัญมาก นอกจากนี้ เนื่องจากวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของการเคลือบมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับผลการเสริมความแข็งแกร่ง การออกแบบผงตามผลการเสริมประสิทธิภาพจึงเป็นสิ่งสำคัญมาก การเสริมความแข็งแกร่งของเฟสที่สอง การเสริมความแข็งแกร่งของผลึกละเอียด การเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายของแข็ง การเพิ่มประสิทธิภาพของโครงสร้างจุลภาค การเพิ่มประสิทธิภาพของโครงสร้างอสัณฐานและโครงสร้างจุลภาคเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความแข็งและความต้านทานต่อการสึกหรอของสารเคลือบ ผลกระทบขององค์ประกอบสารเติมแต่งทั่วไปต่อคุณสมบัติพื้นผิวของการเคลือบหุ้มแสดงไว้ในตารางที่ 1

เนื่องจากความแข็งของวัสดุสะท้อนถึงความสามารถของวัสดุในการต้านทานวัสดุที่ถูกกดลงสู่พื้นผิว ยิ่งมีความแข็งสูงเท่าไร ความลึกของวัสดุที่กดลงบนพื้นผิวของวัสดุก็จะตื้นขึ้นเท่านั้น ปริมาณการเสียดสีที่เกิดจากการตัดก็จะน้อยลง กล่าวคือ ยิ่งการสึกหรอน้อยลง ความต้านทานการสึกหรอก็จะยิ่งสูงขึ้น ดังนั้นจึงสามารถใช้ความแข็งเพื่อวัดความต้านทานการสึกหรอของวัสดุโลหะได้ และเมื่อความแข็งเพิ่มขึ้น ความต้านทานการสึกหรอก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน