การเคลือบผิวด้วยเลเซอร์พื้นผิวเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ

เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำเนื่องจากต้นทุนการผลิตต่ำ ในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศ การบินและอวกาศ และชีวิตประจำวันมีบทบาทที่ไม่สามารถทดแทนได้ แต่มีความแข็งและความต้านทานการสึกหรอต่ำ ง่ายต่อการทำให้อุปกรณ์เครื่องจักรกลสึกหรอหรือเสียหาย ส่งผลให้เกิดการสูญเสียทางเศรษฐกิจอย่างรุนแรง การประมาณการคร่าวๆ โลกทุกปีเนื่องจากการสึกหรอที่เกิดจากการสูญเสียวัสดุประมาณ 40% เนื่องจากการสึกหรอ อุปกรณ์เครื่องจักรกล ส่วนประกอบ และชิ้นส่วนโครงสร้างทางวิศวกรรมล้มเหลวและเศษซากมากถึงประมาณ 80% วิธีลดการสึกหรอของวัสดุกลายเป็นจุดสนใจของนักวิจัย

ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีการผลิตซ้ำ "สีเขียว" ที่ให้ผลผลิตสูงและมลพิษต่ำ การหุ้มด้วยเลเซอร์สามารถผลิตการเคลือบที่มีประสิทธิภาพสูงบนพื้นผิวของวัสดุเมทริกซ์ราคาถูกและมีประสิทธิภาพต่ำ ลดการสิ้นเปลืองทรัพยากร และลดต้นทุนการผลิต เนื่องจากการหุ้มด้วยเลเซอร์มีพันธะระหว่างอะตอม จึงมีแรงยึดเกาะสูงกว่าวิธีการรักษาพื้นผิวอื่นๆ เพื่อให้พื้นผิวของเมทริกซ์มีความต้านทานต่อการเสียดสีและการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการกัดกร่อนของคาวิเทชัน ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง และอื่นๆ ดังนั้นเทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์จึงมีการวิจัยและการใช้งานที่กว้างขวางมากขึ้นเรื่อยๆ ในการเตรียมการเคลือบที่มีประสิทธิภาพสูง การผลิตชิ้นส่วนที่ไม่มีประสิทธิภาพและด้านอื่น ๆ และโอกาสทางการตลาดค่อนข้างมาก

การหุ้มด้วยเลเซอร์เกี่ยวข้องกับหลายสาขาวิชา เช่น วัสดุ ฟิสิกส์ เคมี และโลหะวิทยา และกระบวนการนี้ค่อนข้างซับซ้อน นอกเหนือจากคุณสมบัติของระบบเลเซอร์ วัสดุเมทริกซ์ และวัสดุหุ้มที่ได้ถูกกำหนดแล้ว พารามิเตอร์ทางเทคนิคของกระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์ โหมดการป้อนวัสดุหุ้ม และโหมดการสแกนของลำแสงเลเซอร์ จะมีอิทธิพลสำคัญต่อคุณภาพระดับมหภาค โครงสร้างจุลภาคและความสามารถในการซ่อมบำรุงของชั้นหุ้มด้วยเลเซอร์ การเลือกพารามิเตอร์กระบวนการมีผลกระทบสำคัญต่อคุณภาพระดับมหภาค โครงสร้างจุลภาค และคุณสมบัติของชั้นหุ้ม พารามิเตอร์กระบวนการของการหุ้มด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยกำลังเลเซอร์ ขนาดจุด ความเร็วในการสแกน อัตราการติด และความเร็วในการป้อนผง หรือความหนาของผงเคลือบสำเร็จรูป ในระหว่างกระบวนการหุ้ม พารามิเตอร์กระบวนการสามารถปรับได้ตามองค์ประกอบของผงโลหะผสมหุ้มและประสิทธิภาพที่ต้องการ ตามเงื่อนไขการหุ้มที่เฉพาะเจาะจง การปรับพารามิเตอร์ทางเทคนิคให้เหมาะสมถือเป็นการรับประกันที่สำคัญสำหรับการเตรียมชั้นหุ้มคุณภาพสูง

พารามิเตอร์ที่ดีที่สุดของกระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์ได้มาจากการใช้ความกว้าง ความสูง และความลึกของชั้นหุ้ม นอกจากนี้ยังชี้ให้เห็นว่าความเร็วในการสแกนเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด รองลงมาคือกำลังเลเซอร์ และการพร่ามัวเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดน้อยที่สุด สำหรับวัสดุหุ้มและซับสเตรตที่แตกต่างกัน มีค่าพลังงานจำเพาะที่สำคัญเพื่อให้เกิดการขึ้นรูปที่ดีของการหุ้มด้วยเลเซอร์ เมื่อพลังงานจำเพาะที่ใช้ในกระบวนการหุ้มมีมากกว่าพลังงานจำเพาะวิกฤต ก็สามารถเตรียมชั้นหุ้มที่มีการยึดเกาะทางโลหะวิทยาที่ดีได้ สำหรับวัสดุหุ้มและเมทริกซ์เดียวกัน เมื่อพลังงานจำเพาะใกล้เคียงกัน โดยทั่วไปจะใช้พลังงานต่ำและความเร็วในการสแกนเล็กน้อย ความเร็วความร้อนของกระบวนการนี้ช้า เวลาทำความร้อนนานขึ้น ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างชั้นหุ้มและโลหะเมทริกซ์มีน้อย ความเครียดจากความร้อนมีน้อย และแนวโน้มการแตกร้าวมีน้อย

การหุ้มด้วยเลเซอร์ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพเป็นหลักโดยการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของพื้นผิววัสดุซับสเตรต องค์ประกอบจะกำหนดประสิทธิภาพและองค์ประกอบของชั้นหุ้มส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยประเภทของวัสดุหุ้มที่ใช้ วัสดุหุ้มเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของชั้นหุ้ม ปัจจุบันผงเคลือบหลักที่ใช้ ได้แก่ ผงโลหะผสมที่หลอมละลายได้เอง ผงเซรามิก และวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากทองคำ

1. ผงโลหะผสมที่ไหลได้เอง

ผงโลหะผสมที่ไหลได้เองหมายถึงผงของการเติมธาตุ B และ Si ในโลหะผสมที่มีเหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล B และ Si ทำหน้าที่กำจัดออกซิเดชั่นในตัวเองและการเกิดตะกรันในกระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์ ตะกรันที่มีความถ่วงจำเพาะเล็กน้อยจะปกคลุมพื้นผิวของชั้นหุ้มเพื่อป้องกันสระหลอมเหลวและป้องกันการเกิดออกซิเดชันมากเกินไปของสระหลอมเหลว วัสดุประเภทนี้มีความสามารถในการปรับตัวได้ดีกับเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา พื้นผิวเคลือบที่เตรียมไว้จะเรียบ มีข้อบกพร่องน้อยลง และสามารถสร้างส่วนผสมที่ดีเยี่ยมกับเมทริกซ์ได้ ในปัจจุบัน ผงโลหะผสมที่หลอมละลายได้เองที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่ประกอบด้วยผงสามชนิด: โลหะผสมที่หลอมละลายได้เองแบบ Ni-based, โลหะผสมที่หลอมละลายได้ในตัวแบบ Co-based และโลหะผสมที่หลอมละลายได้ในตัวแบบ Fe ผงโลหะผสมฟลักซ์ในตัวชนิด Ni ที่ใช้ Co และวัสดุเมทริกซ์มีความสามารถในการเปียกน้ำได้ดี ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี มีผลในการหล่อลื่นในตัวเองภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง เนื่องจากต้นทุนค่อนข้างสูง โดยทั่วไปใช้ในการบินและอวกาศ ปิโตรเลียม และสาขาอุตสาหกรรมอื่น ๆ ต้องทนต่อความล้า ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่อการสึกหรอ และทนต่ออุณหภูมิสูงของชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำ ผงโลหะผสมที่ละลายได้เองที่ใช้ Fe มีความต้านทานการสึกหรอและราคาต่ำ แต่การเคลือบโลหะผสมมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่องในการแตกร้าว ออกซิเดชั่น และความพรุนในกระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นงานที่มีข้อกำหนดด้านความต้านทานการสึกหรอ และ วัสดุเมทริกซ์ส่วนใหญ่เป็นเหล็กหล่อและเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ

2.ผงเซรามิก

วัสดุผงเซรามิกถือเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดในการเตรียมการเคลือบประสิทธิภาพพิเศษ เนื่องจากมีความแข็งและความแข็งแรงสูง ทนต่อการสึกหรอดีเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อน และมีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม วัสดุเซรามิกมีความเหนียวต่ำมาก มีความเปราะมากกว่า และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนมากกว่า และการเคลือบแตกง่าย เพื่อที่จะแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยบางคนลดแนวโน้มการแตกร้าวของสารเคลือบโดยการเพิ่มชั้นทรานซิชันระดับกลาง หรือแม้แต่การเติม TiO2 และ CaO ออกไซด์ที่มีเลขลำดับการขยายตัวสูงให้กับวัสดุเซรามิก แต่ผลการวิจัยยังคงไม่เป็นที่น่าพอใจและจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม .

3. ผงคอมโพสิต

ผงคอมโพสิตได้รับการพัฒนาเพื่อเอาชนะการแตกร้าวร้ายแรงที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการเคลือบเซรามิกและพื้นผิวเนื่องจากคุณสมบัติที่แตกต่างกัน หมายถึงระบบวัสดุหุ้มแบบใหม่ที่เกิดจากการเติมวัสดุแข็งหลากหลายชนิดที่มีความแข็งสูงเข้ากับผงโลหะหรือโลหะผสมแล้วผสมให้เข้ากัน วัสดุแข็งถูกใช้เป็นขั้นตอนการเสริมความแข็งแรงในชั้นหุ้มด้วยเลเซอร์ และผงโลหะหรือโลหะผสมส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นเฟสพันธะและชั้นการเปลี่ยนแปลง ซึ่งสามารถส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงที่ดีระหว่างวัสดุแข็งและเมทริกซ์โลหะ เพื่อให้ ชั้นกาบขึ้นรูปอย่างดีและมีความแข็งสูง วัสดุแข็งส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุเซรามิกที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีความแข็งสูง ผงโลหะผสมส่วนใหญ่เป็นฐาน Fe, ฐาน Ni และฐาน Co สามชนิดของผงโลหะผสมฟลักซ์ด้วยตนเอง วิธีการเพิ่มวัสดุแข็ง: ขั้นแรกให้เติมผงวัสดุแข็งลงในผงโลหะผสมโดยตรงและผสมให้เข้ากัน อีกแบบเป็นผงโลหะผสมเคลือบด้วยวัสดุแข็ง ตามเงื่อนไขการใช้งานจริง ผงโลหะผสมฐานโลหะที่จับคู่กับการเสริมแรงแข็งที่สอดคล้องกันสามารถผสมอย่างสม่ำเสมอเพื่อสร้างผงคอมโพสิตที่ต้องการ การเคลือบคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะเสริมด้วยเซรามิกถูกเตรียมบนวัสดุเมทริกซ์ที่เลือกโดยเทคโนโลยีการหุ้มด้วยเลเซอร์ ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้ชั้นหุ้มมีความแข็งแรงและความเหนียวสูง แต่ยังใช้ขั้นตอนการชุบแข็งอย่างเต็มรูปแบบเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของโลหะเมทริกซ์ ซึ่งกลายเป็นหัวข้อวิจัยที่กำลังมาแรง

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