Le dispositif de travail de l'équipement de revêtement laser comprend principalement un laser, un dispositif d'alimentation, une buse de revêtement, une plate-forme de traitement et un système de contrôle. Pour l'ensemble de l'équipement de revêtement laser, le dispositif de buse de revêtement est la partie la plus importante de l'ensemble de l'équipement, son rôle principal est la transmission, la focalisation, la transformation du faisceau laser et la transmission synchrone de la poudre de revêtement. Les technologies clés de la buse de gainage sont la mise en forme et la focalisation par transformation laser, la convergence de transmission et d'injection des matériaux de gainage et le couplage des matériaux optiques. Le deuxième est le laser, et désormais les principaux lasers utilisés sont les lasers au dioxyde de carbone, les lasers YAG et les lasers à semi-conducteurs. Le laser au dioxyde de carbone est désormais le laser le plus utilisé en Chine, et il est plus facile d'atteindre une puissance élevée, mais il présente les inconvénients d'un volume trop important et d'une consommation d'énergie unitaire élevée. En raison du développement de la technologie, le taux d'utilisation des lasers YAG augmente constamment, ce qui permet d'obtenir une transmission par fibre et d'améliorer la flexibilité des pièces. Les avantages des lasers à semi-conducteurs sont un taux de conversion électro-optique élevé, un faible prix de l'équipement, une petite taille, un coût de maintenance inférieur, une utilisation plus adaptée et une série d'avantages.
Avantages et inconvénients du revêtement laser
1. Avantages du revêtement laser
Le revêtement laser présente généralement une dureté, une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion, une résistance à l'oxydation et d'autres caractéristiques élevées, en particulier une résistance à la corrosion, ce qui est d'une grande aide pour prolonger la durée de vie des matériaux, économiser des métaux coûteux, économiser des ressources et éviter les problèmes de pollution de l'environnement. Par rapport à d'autres méthodes traditionnelles de modification de la surface du substrat, le taux de dilution de la couche de revêtement composée de revêtement laser est inférieur (généralement 5 % à 8 %) et il est facile de former une couche de revêtement plus fine. L’utilisation de cette méthode réduit non seulement les coûts, mais améliore également l’efficacité du revêtement. Le revêtement laser présente les caractéristiques d'une petite zone affectée thermiquement et d'une faible déformation, et sa vitesse de refroidissement est très rapide (102 ~ 106 K/s), ce qui tend à former des structures denses. À l'heure actuelle, le processus de revêtement laser est contrôlé par ordinateur, à l'aide d'un contrôle numérique et entièrement automatisé, et les paramètres du processus sont plus stables dans le processus de fonctionnement, la couche de revêtement préparée est plus uniforme et le taux d'erreur est inférieur. Le revêtement laser est largement utilisé dans les domaines de l'aérospatiale, de l'énergie électrique, de l'automobile, des navires, du pétrole et autres. La technologie de revêtement laser peut concerner presque n’importe quel matériau métallique ou céramique sur un métal ou un alliage.
2. Lacunes du revêtement laser
(1) Pores faciles à produire. Lors du processus de revêtement, le gaz présent dans le bain de fusion se décharge trop tard, ce qui entraînera la formation de pores dans la couche de revêtement. Pour le substrat auto-fondant, parce qu'il contient une grande quantité de désoxydant silicium-bore, la réaction de désoxydation se produira en premier dans le processus de revêtement, produisant les composés borosilicates correspondants, qui peuvent isoler l'air. Lorsque le temps de chauffage du revêtement est suffisamment long, la réaction de désoxydation peut être entièrement réalisée et aucun trou de gaz ne se formera. Cependant, le temps de chauffage du revêtement laser est court et la vitesse de refroidissement est rapide, et la réaction de désoxygénation n'est pas suffisante, de sorte que ces désoxydants ne peuvent pas produire d'effets et il est facile de former des pores. D'une manière générale, les stomates sont presque difficiles à éviter et ne peuvent être contrôlés qu'avec certaines mesures. Les méthodes courantes consistent à empêcher la poudre d'alliage de s'oxyder avant utilisation, à sécher le matériau de revêtement avant utilisation, etc.
(2) Facile à craquer. Au cours du processus de revêtement, la fusion, la solidification et le refroidissement se produisent tous en peu de temps, et diverses contraintes, telles que les contraintes thermiques et les contraintes structurelles, subsisteront. De plus, si les paramètres du processus sont mal définis, des fissures se produiront également. Selon les résultats des recherches existantes, il existe plusieurs méthodes pour éliminer les fissures lors du processus de revêtement : Composition raisonnable des matériaux de revêtement. Sélection correcte des paramètres de processus et de la technologie de revêtement. Ajoutez un revêtement sur la surface du substrat pour améliorer la mouillabilité de la couche de revêtement. Le processus de revêtement est optimisé en fonction des caractéristiques d'action de contrainte de la couche de revêtement.
(3) Absence de normes uniformes. Les matériaux de revêtement laser n'ont pas formé de système de matériaux spécial et il n'existe pas de norme uniforme dans l'utilisation des matériaux de revêtement, ce qui entraîne une augmentation des coûts et une réduction des avantages économiques. De plus, l’absence d’une norme unifiée pour les paramètres de processus rend difficile la communication entre les laboratoires et les entreprises.
Améliorer la sélection des matériaux de revêtement laser résistants à la corrosion de surface
Le matériau de revêtement est l’un des principaux facteurs affectant la couche de revêtement. Les performances de la couche de revêtement sont principalement déterminées par le matériau de revêtement. Depuis l’apparition de la technologie de revêtement laser, le choix du matériau de revêtement a fait l’objet d’une grande attention de la part des chercheurs.
1. Poudre d'alliage auto-fondant à base de Ni
La poudre autofusible à base de nickel a une bonne résistance à la corrosion et son prix est plus modéré, elle est donc également la plus utilisée dans la recherche. Il convient aux substrats qui doivent améliorer la résistance à la chaleur et à la corrosion et peut être divisé en séries d'alliages Ni-B-Si et Ni-Cr-B à ce stade. La teneur en nickel est d'environ 75 %, la teneur en chrome est d'environ 15 % et la teneur en silicium et en bore est d'environ 6 %. La poudre d'alliage synthétisée présente non seulement une résistance à la corrosion nettement supérieure, mais présente également un rapport coût-performance relativement élevé.
2. Poudre d'alliage auto-fondant à base de cobalt
Le cobalt lui-même a une bonne résistance à la corrosion et la poudre d'alliage formée de cobalt et de chrome contient des carbures tels que Cr7C3 et des borures tels que Cr2B. Le cobalt a une bonne résistance à la corrosion, le chrome a également une bonne résistance à l'oxydation, donc du point de vue de ses caractéristiques matérielles, il convient à la résistance à la corrosion avec un matériau de revêtement laser, et il contient également du nickel, du chrome, du carbone et du fer, mais a également l'avantage de réduire la génération de fissures. Chabrol et coll. découvert grâce à des expériences que les matériaux à base de cobalt présentent les avantages d’améliorer l’état de contrainte de l’interface et d’augmenter la force de liaison. Cependant, son coût est relativement élevé par rapport aux autres matériaux.
3. Poudre d'alliage auto-fondant à base de fer
La poudre d'alliage auto-fluxable à base de fer est principalement utilisée dans la fonte et l'acier à faible teneur en carbone, et son plus grand avantage est son prix bas et son anti-usure. Mais il est très facile à oxyder, même si l'ajout de bore, de nickel, de chrome et d'autres éléments ne peut pas compenser ses caractéristiques d'oxydation facile. Par conséquent, sa polyvalence en tant que matériau de revêtement résistant à la corrosion est médiocre.
En résumé, les trois types de poudre d'alliage ci-dessus ont leurs propres avantages et inconvénients et doivent être sélectionnés en fonction de la situation réelle. Dans le domaine de la résistance à la corrosion, compte tenu du rapport coût-performance du boîtier, la poudre d'alliage auto-fluxable à base de nickel est un choix plus approprié.
4. Autre poudre métallique
En plus des trois types de poudre métallique ci-dessus, il existe plusieurs autres matériaux, tels que la base en titane, la base en cuivre, la base en aluminium, la base en magnésium et la base en chrome, ainsi que les matériaux de revêtement à composés intermétalliques. Ces matériaux utilisent leurs propriétés particulières pour remplir diverses fonctions, telles que la résistance à la corrosion, la résistance à l'oxydation, la résistance à l'usure, etc. Par exemple, les chercheurs ont envoyé de la poudre d'aluminium à travers le laser jusqu'à la surface du substrat et ont également obtenu un revêtement. avec de bonnes performances. Il existe également de la poudre à base de magnésium, qui est davantage utilisée pour le revêtement laser d'un alliage de magnésium comme substrat, de sorte que la résistance à la corrosion de la surface du substrat de magnésium a été considérablement améliorée, en particulier dans l'expérience, le chercheur a utilisé une solution de chlorure de sodium pour effectuer des tests de corrosion et constater que sa résistance à la corrosion a été grandement améliorée.
5. Poudre de céramique
La poudre de céramique comprend principalement la poudre de céramique d'oxyde et la poudre de céramique de siliciure, parmi lesquelles la poudre de céramique d'oxyde est souvent utilisée dans le revêtement laser. Parce qu'il peut améliorer efficacement la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion et la résistance à l'oxydation de la matrice, il est souvent utilisé comme couche de revêtement résistante à la corrosion. Cependant, en raison de la grande différence entre les propriétés physiques et chimiques de la poudre céramique et du métal à la surface du substrat, la couche de revêtement est facile à fissurer et à tomber. Bien que les chercheurs aient ajouté du CaO, du SiO2 et d’autres substances à la couche de transit et à la couche de revêtement, ce qui a atténué cette situation, cela n’a pas complètement résolu le problème des fissures et des chutes de la couche de revêtement en céramique.
6. Poudre composite
La poudre composite est principalement composée de deux ou plusieurs types de matériaux avec des compositions différentes et des propriétés différentes de la poudre, se réfère principalement au carbure, au borure, au nitrure, à l'oxyde et à d'autres matériaux céramiques durs à point de fusion élevé et à la préparation mixte de matériaux en or de la poudre. Sous l'action de la poudre composite laser, elle peut mieux combiner la bonne ténacité du métal et les excellentes caractéristiques de résistance à la corrosion, de résistance à l'usure et de résistance à haute température de la céramique, et les phénomènes de perte par combustion et de volatilisation des matériaux peuvent être efficacement contrôlés, ce qui est une direction de recherche en vogue dans le domaine du revêtement laser. Parmi eux, la poudre d’alliage de carbure et la poudre d’alliage d’oxyde sont les plus étudiées et appliquées. Les particules de carbure dans la poudre composite peuvent être ajoutées directement au bain de fusion laser ou mélangées à la poudre métallique dans le bain de fusion laser, mais le moyen le plus efficace consiste à les ajouter sous forme de poudre de composé revêtu de métal (telle que du carbure recouvert de nickel). , carbure revêtu de cobalt).
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