Il dispositivo di lavoro delle apparecchiature di rivestimento laser comprende principalmente laser, dispositivo di alimentazione, ugello di rivestimento, piattaforma di lavorazione e sistema di controllo. Per l'intera attrezzatura di rivestimento laser, il dispositivo con ugello di rivestimento è la parte più importante dell'intera attrezzatura, il suo ruolo principale è la trasmissione, focalizzazione, trasformazione del raggio laser e la trasmissione sincrona della polvere di rivestimento. Le tecnologie chiave dell'ugello di rivestimento sono la modellatura e la trasformazione del laser, la convergenza di trasmissione e iniezione dei materiali di rivestimento e l'accoppiamento di materiali ottici. Il secondo è il laser, e ora i principali laser da utilizzare sono i laser ad anidride carbonica, i laser YAG e i laser a semiconduttore. Il laser ad anidride carbonica è ora il laser più utilizzato in Cina ed è più facile da raggiungere ad alta potenza, ma presenta gli svantaggi di un volume troppo grande e di un elevato consumo energetico unitario. A causa dello sviluppo della tecnologia, il tasso di utilizzo dei laser YAG è in costante aumento, il che può ottenere la trasmissione della fibra e migliorare la flessibilità delle parti. I vantaggi dei laser a semiconduttore sono l'elevato tasso di conversione elettro-ottico, il basso prezzo dell'attrezzatura, dimensioni ridotte, costi di manutenzione inferiori, più adatto all'uso e una serie di vantaggi.
Vantaggi e svantaggi del rivestimento laser
1. Vantaggi del rivestimento laser
Il rivestimento laser ha generalmente elevata durezza, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, resistenza all'ossidazione e altre caratteristiche, in particolare resistenza alla corrosione, che è di grande aiuto per prolungare la vita dei materiali, risparmiare metalli costosi, risparmiare risorse e nessun problema di inquinamento ambientale. Rispetto ad altri metodi tradizionali di modifica della superficie del substrato, il tasso di diluizione dello strato di rivestimento composto dal rivestimento laser è inferiore (generalmente 5% ~ 8%) ed è facile formare uno strato di rivestimento più sottile. L'uso di questo metodo non solo riduce i costi, ma migliora anche l'efficienza del rivestimento. Il rivestimento laser ha le caratteristiche di una piccola zona influenzata dal calore e di una piccola deformazione, e la sua velocità di raffreddamento è molto rapida (102 ~ 106 K/s), che tende a formare strutture dense. Attualmente, il processo di rivestimento laser è controllato da un computer, utilizzando un controllo digitale e completamente automatizzato, e i parametri di processo sono più stabili nel processo operativo, lo strato di rivestimento preparato è più uniforme e il tasso di errore è inferiore. Il rivestimento laser è ampiamente utilizzato nei settori aerospaziale, energetico, automobilistico, navale, petrolifero e in altri settori. La tecnologia di rivestimento laser può essere praticamente qualsiasi metallo o materiale ceramico su un metallo o una lega.
2. Carenze del rivestimento laser
(1) Pori facili da produrre. Nel processo di rivestimento, il gas nel bagno di fusione arriva troppo tardi per scaricarsi, il che porterà alla formazione di pori nello strato di rivestimento. Per il substrato autoflussante, poiché contiene una grande quantità di disossidante al silicio-boro, la reazione di disossidazione avverrà prima nel processo di rivestimento, producendo i corrispondenti composti di borosilicato, che possono isolare l'aria. Quando il tempo di riscaldamento del rivestimento è sufficientemente lungo, la reazione di disossidazione può essere eseguita completamente e non si formeranno fori di gas. Tuttavia, il tempo di riscaldamento del rivestimento laser è breve e la velocità di raffreddamento è rapida e la reazione di deossigenazione non è sufficiente, quindi questi disossidanti non possono produrre effetti ed è facile formare pori. In generale, gli stomi sono quasi difficili da evitare e possono essere controllati solo con alcune misure. I metodi comuni includono la prevenzione dell'ossidazione della polvere di lega prima dell'uso, l'essiccazione del materiale di rivestimento prima dell'uso e così via.
(2) Facile da decifrare. Nel processo di rivestimento, fusione, solidificazione e raffreddamento avvengono tutti in un breve periodo di tempo e permangono varie sollecitazioni, come lo stress termico e lo stress strutturale. Inoltre, se i parametri di processo vengono impostati in modo errato, si verificheranno anche delle crepe. Secondo i risultati della ricerca esistente, esistono diversi metodi per eliminare le crepe nel processo di rivestimento: Composizione ragionevole dei materiali di rivestimento. Selezione corretta dei parametri di processo e della tecnologia di rivestimento. Aggiungere un rivestimento sulla superficie del substrato per migliorare la bagnabilità dello strato di rivestimento. Il processo di rivestimento è ottimizzato in base alle caratteristiche di azione dello stress dello strato di rivestimento.
(3) Mancanza di standard uniformi. I materiali di rivestimento laser non hanno formato un sistema di materiali speciale e non esiste uno standard uniforme nell'uso dei materiali di rivestimento, con conseguente aumento dei costi e riduzione dei vantaggi economici. Inoltre, la mancanza di uno standard unificato per i parametri di processo rende difficile la comunicazione tra laboratori e aziende.
Migliorare la selezione dei materiali di rivestimento laser resistenti alla corrosione superficiale
Il materiale di rivestimento è uno dei principali fattori che influenzano lo strato di rivestimento. Le prestazioni dello strato di rivestimento sono determinate principalmente dal materiale di rivestimento. Sin dalla comparsa della tecnologia di rivestimento laser, i ricercatori hanno prestato molta attenzione alla scelta del materiale di rivestimento.
1. Polvere di lega autoflussante a base di Ni
La polvere autofondente a base di nichel ha una buona resistenza alla corrosione e il suo prezzo è più moderato, quindi è anche la più utilizzata nella ricerca. È adatto per substrati che necessitano di migliorare la resistenza alla corrosione e al calore e in questa fase può essere suddiviso in serie di leghe Ni-B-Si e Ni-Cr-B. Il contenuto di nichel è di circa il 75%, il contenuto di cromo è di circa il 15% e il contenuto di silicio e boro è di circa il 6%. La polvere di lega sintetizzata non solo ha una resistenza alla corrosione significativamente più elevata, ma ha anche prestazioni in termini di costi relativamente elevati.
2. Polvere di lega autoflussante a base di Cobalto
Il cobalto stesso ha una buona resistenza alla corrosione e la polvere di lega formata da cobalto e cromo contiene carburi come Cr7C3 e boruri come Cr2B. Il cobalto ha una buona resistenza alla corrosione, il cromo ha anche una buona resistenza all'ossidazione, quindi dal punto di vista delle caratteristiche del materiale, è adatto alla resistenza alla corrosione con materiale di rivestimento laser e contiene anche nichel, cromo, carbonio e ferro, ma ha anche il vantaggio di ridurre la generazione di fessurazioni. Chabrol et al. scoperto attraverso esperimenti che i materiali a base di cobalto presentano il vantaggio di migliorare lo stato di stress dell'interfaccia e di aumentare la forza del legame. Tuttavia, il suo costo è relativamente elevato rispetto ad altri materiali.
3. Polvere di lega autoflussante a base di ferro
La polvere di lega autoflussante a base di ferro viene utilizzata principalmente nella ghisa e nell'acciaio a basso tenore di carbonio e il suo più grande vantaggio è il prezzo basso e l'antiusura. Ma è molto facile da ossidare, anche se l'aggiunta di boro, nichel, cromo e altri elementi non riesce a compensare le sue caratteristiche di facile ossidazione. Pertanto, la sua versatilità come materiale di rivestimento resistente alla corrosione è scarsa.
In sintesi, i tre tipi di polvere di lega sopra menzionati presentano vantaggi e svantaggi, dovrebbero essere selezionati in base alla situazione reale, nel campo della resistenza alla corrosione, considerando il rapporto costi-benefici del caso, la polvere di lega autoflussante a base di nichel è una scelta più adatta.
4. Altra polvere metallica
Oltre ai tre tipi di polvere metallica sopra menzionati, esistono molti altri materiali, come base in titanio, base in rame, base in alluminio, base in magnesio e base in cromo, nonché materiali di rivestimento composti intermetallici. Questi materiali sfruttano le loro proprietà speciali per ottenere varie funzioni, come resistenza alla corrosione, resistenza all'ossidazione, resistenza all'usura, ecc. Ad esempio, i ricercatori hanno inviato polvere di alluminio attraverso il laser sulla superficie del substrato e hanno anche ottenuto un rivestimento con buone prestazioni. Esiste anche polvere a base di magnesio, che è più utilizzata per il rivestimento laser della lega di magnesio come substrato, in modo che la resistenza alla corrosione della superficie del substrato di magnesio sia stata significativamente migliorata, soprattutto nell'esperimento, il ricercatore ha utilizzato una soluzione di cloruro di sodio per effettuare test di corrosione e scoprire che la sua resistenza alla corrosione è stata notevolmente migliorata.
5. Polvere di ceramica
La polvere ceramica comprende principalmente polvere ceramica di ossido e polvere ceramica di siliciuro, tra cui la polvere ceramica di ossido viene spesso utilizzata nel rivestimento laser. Poiché può migliorare efficacemente la resistenza all'usura, alla corrosione e all'ossidazione della matrice, viene spesso utilizzato come strato di rivestimento resistente alla corrosione. Tuttavia, a causa della grande differenza tra le proprietà fisiche e chimiche della polvere ceramica e del metallo sulla superficie del substrato, lo strato di rivestimento è facile da rompere e cadere. Sebbene i ricercatori abbiano aggiunto CaO, SiO2 e altre sostanze allo strato di transito e allo strato di rivestimento, il che ha alleviato questa situazione, ciò non ha risolto completamente il problema delle crepe e della caduta dello strato di rivestimento ceramico.
6. Polvere composita
La polvere composita è composta principalmente da due o più tipi di materiali con diverse composizioni e diverse proprietà della polvere, si riferisce principalmente a carburo, boruro, nitruro, ossido e altri materiali ceramici duri ad alto punto di fusione e materiali dorati preparazione mista di polvere. Sotto l'azione della polvere composita laser, può combinare meglio la buona tenacità del metallo e le eccellenti caratteristiche di resistenza alla corrosione, resistenza all'usura e resistenza alle alte temperature della ceramica, e i fenomeni di perdita per combustione e volatilizzazione dei materiali possono essere controllati efficacemente, il che è una direzione di ricerca calda nel campo del rivestimento laser. Tra questi, la polvere di lega di carburo e la polvere di lega di ossido sono le più studiate e applicate. Le particelle di carburo nella polvere composita possono essere aggiunte direttamente al pool di fusione laser o miscelate con la polvere metallica nel pool di fusione laser, ma il modo più efficace è aggiungerle sotto forma di polvere composta rivestita di metallo (come carburo rivestito di nichel , carburo rivestito di cobalto).
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. è un'impresa high-tech specializzata in ricerca e sviluppo, produzione e vendita di macchine per rivestimento laser automatiche, macchine per rivestimento laser ad alta velocità, macchine per tempra laser, saldatrici laser e apparecchiature di stampa laser 3D. I nostri prodotti sono convenienti e venduti a livello nazionale e all'estero. Se sei interessato ai nostri prodotti, contattaci all'indirizzo bob@gshenglaser.com.