L'acier à faible teneur en carbone en raison de ses faibles coûts de production, dans l'industrie de la défense, l'aérospatiale et la vie quotidienne, joue un rôle irremplaçable, mais sa faible dureté et sa faible résistance à l'usure facilitent l'usure ou l'endommagement des équipements mécaniques, entraînant de graves pertes économiques, des estimations approximatives, le monde chaque année en raison de l'usure causée par environ 40 % de la perte de matériaux. En raison de l'usure, les équipements mécaniques, les composants et les pièces structurelles d'ingénierie tombent en panne et se mettent au rebut jusqu'à environ 80 %. Comment réduire l’usure des matériaux est devenu la préoccupation des chercheurs.
En tant que technologie de refabrication « verte » avec une productivité élevée et une faible pollution, le revêtement laser peut produire un revêtement à hautes performances sur la surface d'un matériau matriciel bon marché et peu performant, réduire le gaspillage de ressources et réduire les coûts de production. Étant donné que le revêtement laser a une liaison interatomique, il a une force de liaison plus élevée que les autres méthodes de traitement de surface, de sorte que la surface de la matrice a une meilleure résistance au frottement et à l'usure, à la corrosion, à la corrosion par cavitation, à l'oxydation à haute température, etc. Par conséquent, la technologie de revêtement laser fait l'objet de recherches et d'applications de plus en plus approfondies dans la préparation de revêtements hautes performances, la remise à neuf de pièces inefficaces et d'autres aspects, et les perspectives de marché sont assez considérables.
Paramètres du processus de revêtement laser
Le revêtement laser implique de nombreuses disciplines telles que les matériaux, la physique, la chimie et la métallurgie, et le processus est assez complexe. En plus des propriétés du système laser, des matériaux de matrice et des matériaux de revêtement qui ont été déterminés, les paramètres techniques du processus de revêtement laser, le mode d'alimentation du matériau de revêtement et le mode de balayage du faisceau laser auront une influence importante sur la qualité macroscopique. , la microstructure et la facilité d'entretien de la couche de revêtement laser. La sélection des paramètres du procédé a un effet important sur la qualité macroscopique, la microstructure et les propriétés de la couche de revêtement. Les paramètres de processus de revêtement laser comprennent principalement la puissance du laser, la taille du spot, la vitesse de balayage, le taux de liaison et la vitesse d'alimentation en poudre ou l'épaisseur de la poudre pré-revêtue. Pendant le processus de revêtement, les paramètres du processus peuvent être ajustés en fonction de la composition de la poudre d'alliage de revêtement et des performances requises. Selon les conditions spécifiques du bardage, l'optimisation des paramètres techniques constitue une garantie importante pour la préparation de couches de bardage de haute qualité.
Les meilleurs paramètres du processus de revêtement laser ont été obtenus en utilisant la largeur, la hauteur et la profondeur de la couche de revêtement. Il est également souligné que la vitesse de balayage est le facteur le plus important, suivie par la puissance du laser, et que la défocalisation est le facteur le moins important. Pour différents matériaux et substrats de revêtement, il existe une valeur énergétique spécifique critique pour obtenir un bon formage du revêtement laser. Lorsque l'énergie spécifique utilisée dans le processus de revêtement est supérieure à l'énergie spécifique critique, la couche de revêtement présentant une bonne liaison métallurgique peut être préparée. Pour le même matériau de revêtement et la même matrice, lorsque l'énergie spécifique est similaire, une faible puissance et une faible vitesse de balayage sont généralement utilisées. La vitesse de chauffage de ce processus est lente, le temps de chauffage est plus long, la différence de température entre la couche de revêtement et le métal de la matrice est faible, la contrainte thermique est faible et la tendance à la fissuration est faible.
Matériau de revêtement
Le revêtement laser améliore principalement les performances en améliorant les propriétés physiques et chimiques de la surface du matériau du substrat. La composition détermine les performances et la composition de la couche de revêtement est principalement déterminée par le type de matériau de revêtement utilisé. Le matériau de revêtement est un facteur clé affectant les performances de la couche de revêtement. À l'heure actuelle, les principales poudres de revêtement utilisées sont la poudre d'alliage autofusible, la poudre de céramique et les matériaux composites à base d'or.
1. Poudre alliée auto-fondante
La poudre d'alliage auto-fondante fait référence à la poudre d'ajout d'éléments B et Si dans les alliages à base de fer, de cobalt et de nickel. B et Si jouent les fonctions d'auto-désoxydation et de scorification dans le processus de revêtement laser. Les scories de faible densité recouvrent la surface de la couche de revêtement pour protéger le bain de fusion et empêcher une oxydation excessive du bain de fusion. Ce type de matériau a une bonne adaptabilité à l'acier au carbone ordinaire, la surface du revêtement préparé est lisse, présente moins de défauts et peut former une excellente combinaison avec la matrice. À l'heure actuelle, les poudres d'alliages autofusibles couramment utilisées comprennent principalement trois types de poudres : l'alliage autofusible à base de Ni, l'alliage autofusible à base de Co et l'alliage autofusible à base de Fe. Les matériaux en poudre et en matrice d'alliage auto-fondants à base de Co et de Ni ont une bonne mouillabilité, une forte résistance à la corrosion, ont un certain effet autolubrifiant dans des conditions de température élevée, car le coût est relativement élevé, généralement utilisé dans l'aérospatiale, le pétrole et d'autres domaines industriels. nécessitent une résistance à la fatigue, une résistance à la corrosion, une résistance à l'usure et une résistance aux températures élevées des pièces de précision ; La poudre d'alliage auto-fluxable à base de Fe a une certaine résistance à l'usure et un prix bas, mais le revêtement d'alliage est sujet à des défauts de fissuration, d'oxydation et de porosité dans le processus de revêtement laser, qui est largement utilisé dans la pièce avec certaines exigences de résistance à l'usure, et le le matériau de la matrice est principalement de la fonte et de l'acier à faible teneur en carbone.
2. Poudre de céramique
Les matériaux en poudre céramique sont considérés comme le meilleur choix pour préparer des revêtements spéciaux en raison de leur dureté et de leur résistance élevées, de leur excellente résistance à l'usure, de leur résistance à la corrosion et de leur stabilité à haute température. Cependant, les matériaux céramiques ont une très faible ténacité, une plus grande fragilité et un plus grand coefficient de dilatation thermique, et le revêtement est facile à craquer. Afin de résoudre ce problème, certains chercheurs réduisent la tendance à la fissuration du revêtement en ajoutant une couche de transition intermédiaire ou même en ajoutant des oxydes de TiO2 et de CaO avec un numéro de série d'expansion élevé au matériau céramique, mais les résultats de la recherche sont encore insatisfaisants et nécessitent des recherches plus approfondies. .
3. Poudre composite
La poudre composite est développée pour surmonter les graves fissures qui peuvent se produire entre le revêtement céramique et le substrat en raison de leurs propres différences de propriétés. Il fait référence à un nouveau système de matériaux de revêtement formé en ajoutant une variété de matériaux durs de haute dureté à la poudre de métal ou d'alliage et en les mélangeant uniformément. Le matériau dur est utilisé comme phase de renforcement dans la couche de revêtement laser, et la poudre de métal ou d'alliage agit principalement comme phase de liaison et couche de transition, ce qui peut favoriser une bonne transition entre le matériau dur et la matrice métallique, de sorte que le La couche de revêtement est bien formée et présente une dureté élevée. Les matériaux durs sont principalement composés de matériaux céramiques à point de fusion élevé et à dureté élevée. La poudre d'alliage métallique est principalement constituée de trois types de poudre d'alliage auto-fondant à base de Fe, à base de Ni et à base de Co. La méthode d'ajout de matériaux durs : premièrement, la poudre de matériau dur est directement ajoutée à la poudre d'alliage métallique et mélangée uniformément ; L’autre se présente sous forme de poudre d’alliage recouverte de matériaux durs. Selon les conditions d'application réelles, la poudre d'alliage à base métallique associée au renfort dur correspondant peut être uniformément mélangée pour former la poudre composite requise. Le revêtement composite à matrice métallique renforcée en céramique est préparé sur le matériau de matrice sélectionné par la technologie de revêtement laser, ce qui confère non seulement à la couche de revêtement une résistance et une ténacité élevées, mais utilise également pleinement la phase de durcissement dur pour améliorer les performances du métal de la matrice. matériau, qui est devenu un sujet de recherche brûlant.
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