الكسوة بالليزر هي تقنية تستخدم شعاع الليزر عالي الطاقة كمصدر للحرارة لإذابة وتصلب مادة الحشو المطلية على سطح الركيزة، وتشكيل رابطة معدنية بين الاثنين، ومن ثم تحسين خصائص سطحها. بالمقارنة مع تقنيات تقوية الأسطح الأخرى، تتمتع الكسوة بالليزر بسلسلة من المزايا مثل معدل التبريد السريع، والترابط المعدني السهل بين الطلاء والركيزة، والمنطقة الصغيرة المتأثرة بالحرارة، ومعدل التخفيف المنخفض، والتشوه الصغير للركيزة، والأتمتة السهلة، وعدم التلوث. ولذلك، فإن التكنولوجيا لديها آفاق تطبيق واسعة في مجال الطيران وآلات التعدين والبتروكيماويات والسيارات والسفن والطاقة الكهربائية والسكك الحديدية وغيرها من الصناعات.
ومع ذلك، فإن الكسوة بالليزر هي عملية تسخين وتبريد سريعة. إن التدرج الحراري لطبقة الركيزة والكسوة، والتوزيع غير المتساوي للطور الصلب في طبقة الكسوة والاختلاف في الخواص الفيزيائية بين طبقة الكسوة ومادة الأساس سيكون له تأثير معين على ثبات الأبعاد والخواص الميكانيكية لطبقة الكسوة مما سيؤدي إلى بدء وانتشار الشقوق. إن تشكل الشقوق في طبقة الكسوة له تأثير كبير على عمر خدمة الأجزاء، وهي مشكلة ملحة يجب حلها في التطبيق الصناعي لتقنية الكسوة بالليزر.
الكسوة بالليزر هي عملية تسخين وتبريد سريعة وتفاعلات معدنية معقدة. في الوقت الحاضر، تركز الأبحاث حول صدع طبقة الكسوة بشكل أساسي على طريقة تحكم واحدة، وهناك نقص في البحث المنهجي. في هذه الدراسة، تم تحضير طبقة تكسية سبائك Ni60 على سطح فولاذي 42CrMo بواسطة تقنية تكسية مسحوق الليزر مسبقة الصنع. أولاً، تم تحليل آلية تكوين التشققات وحساسية التشققات، ومن ثم تمت دراسة تأثير قوة الليزر المختلفة ودرجة حرارة التسخين المسبق على التشققات، من أجل توفير مرجع للتحكم في التشققات في السبائك القائمة على النيكل والكسوة الليزرية.
مواد وطرق الاختبار
1. اختبار المواد
في هذا الاختبار، تم اختيار سبائك الفولاذ 42CrMo كمادة مصفوفة في اختبار الكسوة بالليزر، وحجم اللوحة المستديرة هو Φ150 mm×10 mm. قم بصنفرة سطح الفولاذ 42CrMo بورق الصنفرة قبل تكسيته بالليزر، ثم قم بتنظيفه بالكحول والأسيتون للتأكد من عدم وجود شوائب أخرى على الركيزة. تم اختيار مسحوق الكسوة باستخدام سبيكة Ni60، وكان حجم الجسيمات 53 ~ 150 ميكرومتر. تم توضيح التركيب الكيميائي لسبائك Ni60 في الجدول 1.
الجدول 1: التركيب الكيميائي لسبائك Ni60 %
|
m(C) |
m(سي) |
m(سجل تجاري) |
m(ني) |
m(شهر) |
m(الحديد) |
m(B) |
|
=0.70 |
=4.50 |
= 17.0 |
=60.0 |
= 3.0 |
=5.0 |
=2.70 |
2. طرق الاختبار
تم اختيار ليزر LWS-1000 Nd: YAG للتكسية بالليزر عن طريق وضع المسحوق مسبقًا وعملية متعددة الدورات. معلمات إعداد العينة هي كما يلي: قوة الليزر 270 ~ 300 واط، سرعة المسح 300 مم / دقيقة، درجة حرارة التسخين 170 ~ 270 درجة، معدل اللفة 50٪. بعد اختبار الكسوة بالليزر، تم استخدام مجسم Zeiss Stemi305 لمراقبة الشكل السطحي لطبقة الكسوة. يتم قطع طبقة الكسوة المحضرة إلى عينة بحجم 5 مم × 10 مم × 10 مم، ومن ثم يتم استخدام محلول HCl+HNO3 بنسبة حجم 3 ∶ 1 لتآكل المقطع العرضي لطبقة الكسوة المصقولة. تم استخدام المجهر المعدني Jiangnan MR5000 والمجهر الإلكتروني الماسح Regulus8230 لمراقبة البنية المجهرية لطبقة الكسوة Ni60، وتم استخدام EDS لتحليل توزيع العناصر القريبة وبدون الشقوق في طبقة الكسوة نوعيًا وكميًا. تم استخدام جهاز اختبار الصلابة الرقمي microVickers VTD401 لقياس الصلابة الدقيقة للمقطع العرضي لطبقة الكسوة. كان حمل التحميل 50 جرامًا وكان وقت الانتظار 10 ثوانٍ. تم تحليل الطور بواسطة مقياس حيود الأشعة السينية المستهدف الدوار D/MAX2500VL/PC.
خاتمة
1. تتكون البنية المجهرية لطبقة الكسوة بشكل أساسي من - (Fe, Ni)، Fe0.64Ni0.36 وM23C6. الشقوق في هذا الاختبار هي في الأساس شقوق اختراقية، والتي تنشأ عمومًا من سطح طبقة الكسوة وتمتد إلى تقاطع طبقة الكسوة والمصفوفة، ومعظم الشقوق تمتد مباشرة عبر طبقة الكسوة بأكملها. إن اختلاف الخواص الحرارية بين المادة الأساسية وطبقة الكسوة والتدرج الحراري وفصل الطور الصلب في طبقة الكسوة له بعض التأثيرات على حساسية التشقق.
2. مع زيادة طاقة الليزر، من الواضح أن فشل التشقق في طبقة الكسوة قد تحسن. عندما تكون الطاقة 290 واط، لا يوجد سوى عدد قليل من الشقوق في طبقة الكسوة ويتم الحفاظ على الخصائص الميكانيكية الجيدة. عندما يتم زيادة الطاقة بشكل أكبر، يكون معدل التخفيف لطبقة الكسوة كبيرًا جدًا، مما يؤدي إلى انخفاض أدائها.
3. مع زيادة درجة حرارة التسخين، يقل فشل التشقق في طبقة الكسوة تدريجياً. عندما تكون درجة حرارة التسخين المسبق 270 درجة، لا يبقى سوى عدد قليل من الشقوق في طبقة الكسوة، ولكن درجة حرارة التسخين المرتفعة جدًا ستدمر أداء الركيزة وطبقة الكسوة، لذلك لا يتم إجراء تسخين مسبق لدرجة حرارة أعلى.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. هي مؤسسة ذات تقنية عالية متخصصة في البحث والتطوير وتصنيع وبيع آلة الكسوة بالليزر الأوتوماتيكية وآلة الكسوة بالليزر عالية السرعة وآلة التبريد بالليزر وآلة اللحام بالليزر ومعدات الطباعة بالليزر ثلاثية الأبعاد. منتجاتنا فعالة من حيث التكلفة وتباع محليًا وخارجيًا. إذا كنت مهتمًا بمنتجاتنا، فيرجى الاتصال بنا على bob@gshenglaser.com.