Le proprietà dei materiali di rivestimento protettivo influiscono direttamente sul loro aspetto di servizio finale, quindi la ricerca e lo sviluppo di materiali di rivestimento con eccellente resistenza alla corrosione e all'usura è uno dei punti caldi nella ricerca della tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità. Tuttavia, a causa dell'avvio tardivo della tecnologia di rivestimento laser ad alta velocità, l'attuale polvere di materia prima utilizzata per il rivestimento laser utilizza solitamente un sistema di polvere a spruzzo termico e non è stato formato alcun sistema speciale di materiale in polvere di rivestimento. Finora, la ricerca sui rivestimenti di rivestimento laser ad alta velocità in patria e all’estero si concentra principalmente sui tradizionali sistemi di materiali autoflussanti come leghe a base di ferro, cobalto e nichel, compreso il controllo della qualità del rivestimento, il controllo della microstruttura e la valutazione della resistenza alla corrosione e all’usura. Inoltre, sulla base dei vantaggi della tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità, alcuni studiosi hanno sviluppato nuovi sistemi di rivestimento come leghe amorfe, leghe ad alta entropia e materiali compositi con eccellente resistenza alla corrosione e all'usura.
Materiali di rivestimento per rivestimenti tradizionali
1. Rivestimento in lega a base di ferro
Il rivestimento in lega a base di ferro è economico e adatto alla protezione superficiale di parti strutturali in acciaio utilizzate in gran numero e può mostrare una buona resistenza alla corrosione e all'usura, compresi principalmente rivestimenti in acciaio inossidabile e acciaio legato. Allo stato attuale, ci sono molte ricerche sul rivestimento laser ad altissima velocità di rivestimenti in lega a base di ferro in patria e all'estero, che viene utilizzato principalmente per migliorare la resistenza alla corrosione e la resistenza all'usura della superficie del pezzo in ferro e acciaio.
Un gran numero di studi sui rivestimenti in acciaio inossidabile con rivestimento laser ad altissima velocità hanno dimostrato che la velocità di deposizione e raffreddamento dei rivestimenti aumenta di conseguenza a causa del significativo aumento della velocità di rivestimento, che favorisce la struttura a grana fine dei rivestimenti. Allo stesso tempo, la segregazione della composizione all'interno del rivestimento viene efficacemente ridotta, così da migliorarne la resistenza alla corrosione. Tuttavia, l’effetto della velocità di scansione sulla durezza e sulla resistenza all’usura del rivestimento dell’acciaio inossidabile è ancora controverso. A causa della complessità dell’evoluzione della microstruttura e della transizione di fase durante il rivestimento laser ad altissima velocità, sono necessarie ulteriori ricerche. L'acciaio legato contiene molti elementi leganti, attraverso il rafforzamento della soluzione solida o il rafforzamento delle precipitazioni per ottenere un'elevata resistenza e un'elevata resistenza all'usura, spesso utilizzati per la protezione superficiale delle parti soggette a usura locale.
L'uso della tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità per preparare il rivestimento in acciaio legato sulla superficie del rullo, dello stampo di colata, ecc., può migliorare la resistenza all'usura e le prestazioni alle alte temperature delle parti correlate in condizioni di lavoro difficili.
Attualmente, nella produzione industriale è stato applicato un rivestimento in lega a base di ferro con rivestimento laser ad altissima velocità, che può migliorare la resistenza all'usura e alla corrosione delle parti, prolungarne la durata, ridurre i costi di manutenzione delle apparecchiature e migliorare i vantaggi economici.
2. Rivestimento in lega a base di cobalto
La lega a base di cobalto ha una buona resistenza all'ossidazione ad alta temperatura e all'abrasione, ma è difficile da applicare su larga scala a causa del suo prezzo elevato. Preparando un rivestimento in lega a base di cobalto sulla superficie delle parti, è possibile migliorare notevolmente la resistenza all'usura e alla corrosione delle parti e controllare efficacemente i costi di lavorazione. Pertanto, il rivestimento in lega a base di cobalto è ampiamente utilizzato nella protezione superficiale delle parti metalliche. Tuttavia, la ricerca sulla preparazione di rivestimenti in leghe a base di cobalto mediante rivestimento laser ad altissima velocità è ancora nella fase iniziale.
Grazie alla sua eccellente resistenza all'abrasione, all'erosione, alla cavitazione e alle proprietà alle alte temperature, il rivestimento a base di cobalto con rivestimento laser ad altissima velocità ha mostrato ampie prospettive di applicazione in molti campi industriali.
3. Rivestimento in lega a base di nichel
La lega a base di nichel non solo ha una buona formabilità, ma mostra anche un'eccellente resistenza alla corrosione e proprietà alle alte temperature, che possono essere utilizzate per il rivestimento di protezione superficiale di parti soggette a grave corrosione e ossidazione ad alta temperatura. Pertanto, il rivestimento in lega a base di nichel è uno dei primi materiali di rivestimento utilizzati nella ricerca sulla tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità, comprese le comuni leghe a base di nichel come Ni45, Ni60 e Inconel 625.
Il rivestimento laser ad altissima velocità del rivestimento in lega a base di nichel ha un grande valore applicativo ingegneristico in ambienti con corrosione ad alta temperatura.
Nuovo materiale di rivestimento del rivestimento
1. Rivestimento amorfo a base di ferro
Le leghe amorfe a base Fe hanno eccellenti proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione e resistenza all'usura, ma a causa della limitazione del processo di preparazione, la dimensione delle leghe amorfe a base Fe è solitamente limitata a decine di millimetri. L'utilizzo della tecnologia di rivestimento superficiale per preparare un rivestimento sottile sulla superficie della matrice può sfruttare appieno i vantaggi delle leghe amorfe a base di ferro e ridurre il costo del materiale. Attualmente sono stati condotti ulteriori studi sulla preparazione di rivestimenti amorfi a base di ferro mediante metodi convenzionali di rivestimento laser, ma il contenuto di fase amorfa dei rivestimenti è basso e i rivestimenti sono soggetti a crepe fragili a causa dell'elevato apporto di calore e dell'elevata diluizione. valutare. Negli ultimi anni, lo sviluppo della tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità ha fornito un nuovo schema per la preparazione di rivestimenti amorfi a base di ferro.
L'uso della tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità per preparare il rivestimento amorfo a base di ferro può migliorare notevolmente la fessurazione del rivestimento amorfo e il problema del basso contenuto di amorfo, migliorare efficacemente la resistenza all'abrasione del rivestimento amorfo a base di ferro e si prevede che promuova le eccellenti prestazioni del rivestimento protettivo in lega amorfa per la pratica di produzione.
2. Rivestimento in lega ad alta entropia
Le leghe ad alta entropia sono diventate uno dei punti caldi della ricerca negli ultimi anni a causa delle loro eccellenti proprietà meccaniche, proprietà alle alte temperature e resistenza alla corrosione. Pertanto, si prevede che il rivestimento in lega ad alta entropia svolgerà un ruolo importante nel campo della protezione dei materiali metallici. Il rivestimento in lega ad alta entropia può essere preparato mediante la tecnologia di rivestimento laser convenzionale, ma il tasso di diluizione del rivestimento è elevato ed è facile da rompere. Negli ultimi anni, molti studiosi hanno utilizzato la tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità per preparare rivestimenti di leghe ad alta entropia con un basso tasso di diluizione e senza crepe, il che ha notevolmente promosso lo sviluppo di rivestimenti di leghe ad alta entropia.
La tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità può essere utilizzata per preparare rivestimenti in lega ad alta entropia senza difetti, in modo da migliorare efficacemente la resistenza all'abrasione e le proprietà alle alte temperature della superficie delle parti e ha un grande potenziale di sviluppo nella preparazione della protezione superficiale delle parti e rivestimenti barriera termica.
La tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità presenta vantaggi unici nella preparazione del rivestimento in lega ad alta entropia, che può ridurre efficacemente il tasso di diluizione del rivestimento e inibire la rottura del rivestimento, il che è favorevole a dare pieno gioco alle eccellenti proprietà dell'alta lega entropica e promuovendone l’applicazione anticipata.
3. Rivestimento composito
Il rivestimento in materiale composito si riferisce principalmente al rivestimento in materiale composito a matrice metallica rinforzata con particelle di ceramica, che combina l'elevata tenacità plastica del metallo e l'elevata durezza e l'elevata resistenza all'usura della ceramica, che può migliorare efficacemente la resistenza all'usura dei materiali della matrice ed estendere il servizio durata delle parti in condizioni di usura gravose. Essendo la parte legante tra la ceramica e la matrice, il metallo ha un effetto tampone e di transizione, che può ridurre efficacemente lo stress residuo e la tendenza alla fessurazione del rivestimento ed è uno dei rivestimenti con il maggior potenziale.
Il rivestimento composito è stato preparato su un normale substrato di acciaio a basso tenore di carbonio a diverse velocità di scansione e si è riscontrato che la ruvidità superficiale del rivestimento del rivestimento laser ad altissima velocità era più piccola, la microstruttura era più fine e più uniforme e la resistenza agli agenti elettrochimici la corrosione e la corrosione termica ad alta temperatura erano migliori. Rispetto al tradizionale rivestimento composito a matrice metallica rinforzata con particelle ceramiche di rivestimento laser, il rivestimento di rivestimento laser ad altissima velocità ha un tasso di diluizione inferiore e un danno termico di fase migliorato, mostrando così una migliore resistenza all'usura e alla corrosione.
Negli ultimi anni, i nanotubi di carbonio (CNT) sono diventati uno dei punti caldi della ricerca grazie alla loro elevata resistenza alla trazione, resistenza specifica, modulo di Young, deformazione elastica, buona superconduttività, proprietà ottiche e conduttività termica. Nanotubi di carbonio rivestiti in nichel/rivestimenti compositi amorfi a base di ferro sono stati preparati utilizzando la tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità utilizzando nanotubi di carbonio come fase di rinforzo dei materiali compositi. Gli studi hanno dimostrato che i nanotubi di carbonio possono migliorare la tenacità dei rivestimenti e inibire la formazione di crepe. Inoltre, i nanotubi di carbonio possono essere utilizzati per la lubrificazione solida e riducono efficacemente il coefficiente di attrito dei rivestimenti grazie alle loro proprietà autolubrificanti. Con l'aumento del numero di nanotubi di carbonio, la resistenza all'usura e alla corrosione migliora.
In sintesi, la tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità può essere utilizzata per preparare il rivestimento di materiali compositi e la morfologia del rivestimento e le prestazioni di servizio sono migliori rispetto al tradizionale rivestimento di rivestimento laser, il che è favorevole a promuovere l'applicazione e la promozione del rivestimento composito di rivestimento laser in produzione industriale.
4. Rivestimento ceramico
Nella produzione effettiva, molte parti sono esposte a condizioni di usura ad alta temperatura, come cuscinetti ad alta temperatura, alberi di rotori di turbine di motori di grandi dimensioni, ecc. Il normale rivestimento in oro o il rivestimento composito a matrice metallica è difficile da fornire una protezione adeguata per le parti in condizioni così estreme a causa alle sue scarse prestazioni alle alte temperature e i materiali ceramici hanno un punto di fusione e una durezza estremamente elevati. Si prevede che svolgerà un ruolo importante in questo campo. Tuttavia, al momento ci sono poche ricerche sul rivestimento ceramico del rivestimento laser, principalmente perché il problema della fessurazione del rivestimento causata dall'elevato apporto di calore del rivestimento laser è difficile da risolvere.
Il rivestimento ceramico ad alta durezza può essere preparato utilizzando la tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità. Tuttavia, al momento, manca la ricerca sul rivestimento ceramico di rivestimento laser ad altissima velocità e ci sono pochi sistemi di materiali ceramici applicabili, quindi è necessario esplorare l’applicabilità di questa tecnologia in diversi sistemi di materiali di rivestimento ceramici.
Conclusione e prospettiva
Lo sviluppo e la promozione della tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità rappresenta un grande progresso nell'ingegneria delle superfici dei materiali, che combina i vantaggi della tecnologia di rivestimento superficiale come la galvanica, la spruzzatura termica e la deposizione di vapore e risolve con successo il collo di bottiglia in termini di efficienza che limita le grandi dimensioni. applicazione su larga scala della tradizionale tecnologia di rivestimento laser. Il rivestimento con prestazioni eccellenti e senza crepe da porosità può essere preparato in condizioni verdi a basso costo. Ha un'ampia prospettiva di sviluppo. Sebbene siano state condotte numerose ricerche sul rivestimento di rivestimento laser ad altissima velocità in patria e all'estero, rispetto ad altre tecnologie di ingegneria delle superfici, si tratta ancora di una fase di ricerca preliminare. Nello sviluppo della tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità e dei suoi materiali di rivestimento resistenti all'abrasione, è urgente risolvere i due problemi seguenti:
1. Sono stati stabiliti il sistema, il database di processo, la valutazione e lo standard di applicazione del materiale di rivestimento laser ad altissima velocità. Al momento, manca uno sviluppo sistematico di materiali di rivestimento laser ad altissima velocità e la maggior parte dei ricercatori utilizza polvere a spruzzo termico o altra polvere di lega commerciale, che limita lo sviluppo e l'applicazione di rivestimenti di rivestimento laser ad altissima velocità. Lo sviluppo di materiali di rivestimento per rivestimento laser ad altissima velocità dovrebbe essere combinato con le condizioni di applicazione effettive, considerando la relazione di compatibilità tra il rivestimento e il substrato (come coefficiente di dilatazione termica, corrispondenza del punto di fusione e bagnabilità del rivestimento sul substrato, ecc.) su questa base viene sviluppato il sistema corrispondente del materiale di rivestimento mediante calcolo termodinamico. Allo stesso tempo, per polveri e substrati specifici, è necessario esplorare l'influenza dei parametri tecnici chiave sulla microstruttura e sulle proprietà del rivestimento e stabilire un database di associazione sistematica tra il materiale di rivestimento del rivestimento laser ad altissima velocità e i parametri di processo - proprietà. Inoltre, per i materiali di rivestimento per rivestimento laser ad altissima velocità, è necessario prestare attenzione agli standard di valutazione e agli indicatori chiave della qualità del rivestimento e delle prestazioni del servizio, in modo da fornire riferimenti per l'applicazione industriale del laser ad altissima velocità tecnologia di rivestimento.
2. La tecnologia di preparazione congiunta della tecnologia di rivestimento laser ad altissima velocità e altre tecnologie di modifica dei materiali sono sviluppate per ottenere rivestimenti di qualità superiore. Al fine di eliminare ulteriormente i difetti interni del rivestimento del rivestimento laser ad altissima velocità e migliorare la microstruttura del rivestimento, è necessario esplorare attivamente l'influenza e il meccanismo delle tecnologie ausiliarie esterne come il campo ultrasonico, la vibrazione meccanica, il campo elettromagnetico e il riscaldamento induttivo e la qualità del rivestimento e la microstruttura dovrebbero essere notevolmente ottimizzate. Inoltre, vengono esplorate tecnologie post-trattamento come il trattamento di rifusione della superficie del rivestimento, il trattamento di filatura forte (PST), il trattamento meccanico di laminazione superficiale a ultrasuoni (SMRT) per migliorare ulteriormente la topografia superficiale del rivestimento, ottenere uno stampaggio quasi netto, ridurre il costo della successiva lavorazione superficiale e ottimizzare il campo di stress all'interno del rivestimento. La microstruttura interna e le prestazioni di servizio del rivestimento sono migliorate.
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