O dispositivo de trabalho do equipamento de revestimento a laser inclui principalmente laser, dispositivo de alimentação, bico de revestimento, plataforma de processamento e sistema de controle. Para todo o equipamento de revestimento a laser, o dispositivo bocal de revestimento é a parte mais importante de todo o equipamento, sua principal função é a transmissão, focagem, transformação do feixe de laser e a transmissão síncrona do pó de revestimento. As principais tecnologias do bocal de revestimento são a formação e transformação do foco a laser, a convergência de transmissão e injeção de materiais de revestimento e o acoplamento de materiais ópticos. O segundo é o laser, e agora os principais lasers a serem utilizados são os lasers de dióxido de carbono, os lasers YAG e os lasers semicondutores. O laser de dióxido de carbono é agora o laser mais utilizado na China e é mais fácil de obter alta potência, mas tem as desvantagens de um volume muito grande e alto consumo de energia por unidade. Devido ao desenvolvimento da tecnologia, a taxa de utilização dos lasers YAG está aumentando constantemente, o que pode alcançar a transmissão de fibra e melhorar a flexibilidade das peças. As vantagens dos lasers semicondutores são alta taxa de conversão eletro-óptica, baixo preço do equipamento, tamanho pequeno, menor custo de manutenção, mais adequado para uso e uma série de vantagens.
Vantagens e desvantagens do revestimento a laser
1. Vantagens do revestimento a laser
O revestimento a laser geralmente possui alta dureza, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, resistência à oxidação e outras características, especialmente resistência à corrosão, o que é de grande ajuda para prolongar a vida útil dos materiais, economizar metais caros, economizar recursos e sem problemas de poluição ambiental. Em comparação com outros métodos tradicionais de modificação da superfície do substrato, a taxa de diluição da camada de revestimento composta por revestimento a laser é menor (geralmente 5% ~ 8%) e é fácil formar uma camada de revestimento mais fina. A utilização deste método não só reduz o custo, mas também melhora a eficiência do revestimento. O revestimento a laser possui características de pequena zona afetada pelo calor e pequena deformação, e sua taxa de resfriamento é muito rápida (102 ~ 106 K/s), o que tende a formar estruturas densas. Atualmente, o processo de revestimento a laser é controlado por computador, utilizando controle digital e totalmente automatizado, e os parâmetros do processo são mais estáveis no processo de operação, a camada de revestimento preparada é mais uniforme e a taxa de erro é menor. O revestimento a laser é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, energia elétrica, automotiva, naval, petrolífera e outras áreas. A tecnologia de revestimento a laser pode ser praticamente qualquer metal ou material cerâmico em metal ou liga.
2. Deficiências do revestimento a laser
(1) Fácil de produzir poros. No processo de revestimento, o gás da poça de fusão demora muito para ser descarregado, o que levará à formação de poros na camada de revestimento. Para o substrato autofluxante, por conter grande quantidade de desoxidante silício-boro, a reação de desoxidação ocorrerá primeiro no processo de revestimento, produzindo os correspondentes compostos de borosilicato, que podem isolar o ar. Quando o tempo de aquecimento do revestimento é longo o suficiente, a reação de desoxidação pode ser totalmente realizada e nenhum buraco de gás será formado. No entanto, o tempo de aquecimento do revestimento a laser é curto e a taxa de resfriamento é rápida, e a reação de desoxigenação não é suficiente, portanto, esses desoxidantes não podem produzir efeitos e é fácil formar poros. De modo geral, os estômatos são quase difíceis de evitar e só podem ser controlados com algumas medidas. Os métodos comuns incluem evitar a oxidação do pó da liga antes do uso, secar o material de revestimento antes do uso e assim por diante.
(2) Fácil de quebrar. No processo de revestimento, a fusão, a solidificação e o resfriamento ocorrem em um curto período de tempo, e várias tensões, como tensão térmica e tensão estrutural, permanecerão. Além disso, se os parâmetros do processo forem configurados incorretamente, também ocorrerão rachaduras. De acordo com os resultados da pesquisa existente, existem vários métodos para eliminar fissuras no processo de revestimento: Composição razoável dos materiais de revestimento. Seleção correta de parâmetros de processo e tecnologia de revestimento.Adicione um revestimento na superfície do substrato para melhorar a molhabilidade da camada de revestimento.O processo de revestimento é otimizado com base nas características de ação de tensão da camada de revestimento.
(3) Falta de padrões uniformes. Os materiais de revestimento a laser não formaram um sistema de materiais especial e não existe um padrão uniforme no uso de materiais de revestimento, resultando no aumento dos custos e na redução dos benefícios econômicos. Além disso, a falta de um padrão unificado de parâmetros de processo dificulta a comunicação entre laboratórios e empresas.
Melhorar a seleção de materiais de revestimento a laser com resistência à corrosão superficial
O material de revestimento é um dos principais fatores que afetam a camada de revestimento. O desempenho da camada de revestimento é determinado principalmente pelo material de revestimento. Desde o surgimento da tecnologia de revestimento a laser, a escolha do material de revestimento tem recebido muita atenção dos pesquisadores.
1. Pó de liga autofluxante à base de Ni
O pó autofusível à base de níquel tem boa resistência à corrosão e seu preço é mais moderado, por isso também é o mais utilizado em pesquisas. É adequado para substratos que precisam melhorar a resistência ao calor e à corrosão e pode ser dividido em séries de ligas Ni-B-Si e Ni-Cr-B nesta fase. O teor de níquel é de cerca de 75%, o teor de cromo é de cerca de 15% e o teor de silício e boro é de cerca de 6%. O pó de liga sintetizado não só possui resistência à corrosão significativamente maior, mas também possui desempenho de custo relativamente alto.
2. Pó de liga autofluxante à base de cobalto
O próprio cobalto tem boa resistência à corrosão, e o pó da liga formado por cobalto e cromo possui carbonetos como Cr7C3 e boretos como Cr2B. O cobalto tem boa resistência à corrosão, o cromo também tem boa resistência à oxidação, portanto, do ponto de vista das características do material, é adequado para resistência à corrosão com material de revestimento a laser e também contém níquel, cromo, carbono e ferro, mas também tem a vantagem de reduzir a geração de fissuras. Chabrol et al. descobriram através de experimentos que os materiais à base de cobalto têm as vantagens de melhorar o estado de tensão da interface e aumentar a resistência da ligação. No entanto, seu custo é relativamente alto em comparação com outros materiais.
3. Pó de liga autofluxante à base de ferro
O pó de liga autofluxável à base de ferro é usado principalmente em ferro fundido e aço de baixo carbono, e sua maior vantagem é o baixo preço e o antidesgaste. Mas é muito fácil de oxidar, mesmo que a adição de boro, níquel, cromo e outros elementos não compense suas características de fácil oxidação. Portanto, sua versatilidade como material de revestimento resistente à corrosão é baixa.
Em resumo, os três tipos de pó de liga acima têm suas próprias vantagens e desvantagens, devem ser selecionados de acordo com a situação real, no campo da resistência à corrosão, considerando o desempenho de custo da caixa, o pó de liga autofluxável à base de níquel é uma escolha mais adequada.
4. Outro pó metálico
Além dos três tipos de pó metálico acima, existem vários outros materiais, como base de titânio, base de cobre, base de alumínio, base de magnésio e base de cromo, bem como materiais de revestimento compostos intermetálicos. Esses materiais aproveitam suas propriedades especiais para atingir diversas funções, como resistência à corrosão, resistência à oxidação, resistência ao desgaste, etc. Por exemplo, os pesquisadores enviaram pó de alumínio através do laser até a superfície do substrato, e também obtiveram um revestimento com bom desempenho. Há também o pó à base de magnésio, que é mais utilizado para revestimento a laser de liga de magnésio como substrato, de modo que a resistência à corrosão da superfície do substrato de magnésio foi significativamente melhorada, principalmente no experimento, o pesquisador utilizou solução de cloreto de sódio para realizar testes de corrosão e descobriu que sua resistência à corrosão foi bastante melhorada.
5. Pó cerâmico
O pó cerâmico inclui principalmente pó cerâmico de óxido e pó cerâmico de silicieto, entre os quais o pó cerâmico de óxido é frequentemente usado em revestimento a laser. Como pode efetivamente melhorar a resistência ao desgaste, à corrosão e à oxidação da matriz, é frequentemente usado como uma camada de revestimento resistente à corrosão. No entanto, devido à grande diferença entre as propriedades físicas e químicas do pó cerâmico e do metal na superfície do substrato, a camada de revestimento é fácil de rachar e cair. Embora os pesquisadores tenham adicionado CaO, SiO2 e outras substâncias à camada de trânsito e à camada de revestimento, o que amenizou esta situação, isso não resolveu completamente o problema de fissuras e queda da camada de revestimento cerâmico.
6. Pó composto
O pó composto é composto principalmente de dois ou mais tipos de materiais com diferentes composições e diferentes propriedades do pó, refere-se principalmente a carboneto, boreto, nitreto, óxido e outros materiais cerâmicos duros de alto ponto de fusão e preparação mista de pó de materiais de ouro. Sob a ação do pó composto a laser, ele pode combinar melhor a boa tenacidade do metal e as excelentes características de resistência à corrosão, resistência ao desgaste e resistência a altas temperaturas da cerâmica, e os fenômenos de perda por queima e volatilização de materiais podem ser efetivamente controlados, o que é uma direção de pesquisa importante na área de revestimento a laser. Entre eles, o pó de liga de carboneto e o pó de liga de óxido são os mais estudados e aplicados. As partículas de carboneto no pó composto podem ser adicionadas diretamente à poça de fusão a laser ou misturadas com o pó metálico à poça de fusão a laser, mas a maneira mais eficaz é adicionar na forma de pó composto revestido de metal (como carboneto revestido de níquel , metal duro revestido com cobalto).
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