Aço de baixo carbono devido aos baixos custos de produção, na indústria de defesa, aeroespacial e na vida cotidiana desempenha um papel insubstituível, mas sua baixa dureza e resistência ao desgaste, fácil de causar falhas ou danos ao desgaste de equipamentos mecânicos, resultando em graves perdas econômicas, estimativas aproximadas, em todo o mundo todos os anos devido ao desgaste causado por cerca de 40% da perda de material. Devido ao desgaste, equipamentos mecânicos, componentes e peças estruturais de engenharia falham e são descartados em até cerca de 80%. Como reduzir o desgaste dos materiais tornou-se o foco dos pesquisadores.
Como uma tecnologia de remanufatura "verde" com alta produtividade e baixa poluição, o revestimento a laser pode produzir um revestimento com alto desempenho na superfície de um material de matriz barato e de baixo desempenho, reduzir o desperdício de recursos e reduzir o custo de produção. Como o revestimento a laser possui ligação interatômica, ele possui maior força de ligação do que outros métodos de tratamento de superfície, de modo que a superfície da matriz tem melhor resistência ao atrito e desgaste, resistência à corrosão, resistência à corrosão por cavitação, resistência à oxidação em alta temperatura e assim por diante. Portanto, a tecnologia de revestimento a laser tem pesquisas e aplicações cada vez mais extensas na preparação de revestimentos de alto desempenho, remanufatura de peças ineficazes e outros aspectos, e a perspectiva de mercado é bastante considerável.
Parâmetros do processo de revestimento a laser
O revestimento a laser envolve muitas disciplinas, como materiais, física, química e metalurgia, e o processo é bastante complexo. Além das propriedades do sistema laser, dos materiais de matriz e dos materiais de revestimento que foram determinados, os parâmetros técnicos do processo de revestimento a laser, o modo de alimentação do material de revestimento e o modo de varredura do feixe de laser terão uma influência importante na qualidade macroscópica. , microestrutura e facilidade de manutenção da camada de revestimento a laser. A seleção dos parâmetros do processo tem um efeito importante na qualidade macroscópica, na microestrutura e nas propriedades da camada de revestimento. Os parâmetros do processo de revestimento a laser incluem principalmente potência do laser, tamanho do ponto, velocidade de digitalização, taxa de ligação e velocidade de alimentação do pó ou espessura do pó pré-revestido. Durante o processo de revestimento, os parâmetros do processo podem ser ajustados de acordo com a composição do pó da liga de revestimento e o desempenho requerido. De acordo com as condições específicas do revestimento, a otimização dos parâmetros técnicos é uma garantia importante para a preparação de camadas de revestimento de alta qualidade.
Os melhores parâmetros do processo de revestimento a laser foram obtidos utilizando a largura, altura e profundidade da camada de revestimento. Aponta-se também que a velocidade de digitalização é o fator mais importante, seguida pela potência do laser, e a desfocagem é o fator menos importante. Para diferentes materiais e substratos de revestimento, existe um valor de energia específico crítico para obter uma boa formação do revestimento a laser. Quando a energia específica utilizada no processo de revestimento é maior que a energia específica crítica, a camada de revestimento com boa ligação metalúrgica pode ser preparada. Para o mesmo material de revestimento e matriz, quando a energia específica é semelhante, geralmente são utilizadas baixa potência e pequena velocidade de varredura. A velocidade de aquecimento deste processo é lenta, o tempo de aquecimento é maior, a diferença de temperatura entre a camada de revestimento e o metal da matriz é pequena, a tensão térmica é pequena e a tendência à fissuração é pequena.
Material de revestimento
O revestimento a laser melhora principalmente o desempenho, melhorando as propriedades físicas e químicas da superfície do material do substrato. A composição determina o desempenho, e a composição da camada de revestimento é determinada principalmente pelo tipo de material de revestimento utilizado. O material de revestimento é um fator chave que afeta o desempenho da camada de revestimento. Atualmente, os principais pós de revestimento utilizados são pó de liga autofusível, pó cerâmico e materiais compósitos à base de ouro.
1. Pó ligado autofundente
Pó de liga autofundente refere-se ao pó de adição de elementos B e Si em ligas à base de ferro, cobalto e níquel. B e Si desempenham as funções de autodesoxidação e escória no processo de revestimento a laser. A escória com pequena gravidade específica cobre a superfície da camada de revestimento para proteger a poça fundida e evitar a oxidação excessiva da poça fundida. Esse tipo de material possui boa adaptabilidade ao aço carbono comum, a superfície do revestimento preparado é lisa, tem menos defeitos e pode formar uma excelente combinação com a matriz. Atualmente, os pós de liga autofusíveis comumente usados incluem principalmente três tipos de pós: liga autofusível à base de Ni, liga autofusível à base de Co e liga autofusível à base de Fe. Pó de liga autofluxante à base de Ni e materiais de matriz têm boa molhabilidade, forte resistência à corrosão, tem um certo efeito autolubrificante sob condições de alta temperatura, porque o custo é relativamente alto, geralmente usado na indústria aeroespacial, petróleo e outros campos industriais exigem resistência à fadiga, resistência à corrosão, resistência ao desgaste e resistência a altas temperaturas de peças de precisão; O pó de liga autofluxável à base de Fe tem certa resistência ao desgaste e baixo preço, mas o revestimento de liga é propenso a defeitos de rachaduras, oxidação e porosidade no processo de revestimento a laser, que é amplamente utilizado na peça de trabalho com certos requisitos de resistência ao desgaste, e o o material da matriz é principalmente ferro fundido e aço de baixo carbono.
2. Pó cerâmico
Os materiais em pó cerâmico são considerados a melhor escolha para a preparação de revestimentos de desempenho especial devido à sua alta dureza e resistência, excelente resistência ao desgaste, resistência à corrosão e estabilidade a altas temperaturas. Porém, os materiais cerâmicos apresentam tenacidade muito baixa, maior fragilidade e maior coeficiente de expansão térmica, e o revestimento é fácil de rachar. Para resolver este problema, alguns pesquisadores reduzem a tendência de fissuração do revestimento adicionando uma camada de transição intermediária ou mesmo adicionando óxidos de TiO2 e CaO com alto número de série de expansão ao material cerâmico, mas os resultados da pesquisa ainda são insatisfatórios e precisam de mais pesquisas. .
3. Pó composto
O pó compósito é desenvolvido para superar as graves fissuras que podem ocorrer entre o revestimento cerâmico e o substrato devido às suas próprias diferenças de propriedades. Refere-se a um novo sistema de material de revestimento formado pela adição de uma variedade de materiais duros com alta dureza ao pó de metal ou liga e misturando uniformemente. O material duro é utilizado como fase de reforço na camada de revestimento a laser, e o pó de metal ou liga atua principalmente como fase de ligação e camada de transição, o que pode promover a boa transição entre o material duro e a matriz metálica, de modo que o camada de revestimento é bem formada e possui alta dureza. Os materiais duros são compostos principalmente de materiais cerâmicos com alto ponto de fusão e alta dureza. O pó de liga metálica é principalmente à base de Fe, à base de Ni e à base de Co, três tipos de pó de liga autofluxante. O método de adição de materiais duros: primeiro, o pó do material duro é adicionado diretamente ao pó da liga metálica e misturado uniformemente; O outro está na forma de pó de liga revestido com materiais duros. De acordo com as condições reais de aplicação, o pó da liga de base metálica combinado com o reforço rígido correspondente pode ser misturado uniformemente para formar o pó composto necessário. O revestimento compósito com matriz de metal reforçado com cerâmica é preparado no material de matriz selecionado pela tecnologia de revestimento a laser, o que não apenas faz com que a camada de revestimento tenha alta resistência e tenacidade, mas também aproveita ao máximo a fase de endurecimento para melhorar o desempenho do metal da matriz. material, que se tornou um tema quente de pesquisa.
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