Lazer kaplama, alt tabakanın yüzeyine kaplanmış dolgu malzemesini eritmek ve katılaştırmak için ısı kaynağı olarak yüksek enerjili lazer ışınını kullanan, ikisi arasında metalurjik bir bağ oluşturan ve ardından yüzey özelliklerini iyileştiren bir teknolojidir. Diğer yüzey güçlendirme teknolojileriyle karşılaştırıldığında, lazer kaplamanın hızlı soğutma hızı, kaplama ile alt tabaka arasında kolay metalurjik bağlanma, küçük ısıdan etkilenen bölge, düşük seyreltme oranı, alt tabakanın küçük deformasyonu, kolay otomasyon ve kirlilik olmaması gibi bir dizi avantajı vardır. Bu nedenle teknolojinin havacılık, madencilik makineleri, petrokimya, otomobil, gemi, elektrik enerjisi, demiryolu ve diğer endüstrilerde geniş uygulama olanakları vardır.
Ancak lazer kaplama hızlı bir ısıtma ve soğutma işlemidir. Alt tabakanın ve kaplama katmanının sıcaklık gradyanı, kaplama katmanındaki sert fazın eşit olmayan dağılımı ve kaplama katmanı ile matris malzemesi arasındaki fiziksel özelliklerdeki fark, kaplama katmanının boyutsal stabilitesi ve mekanik özellikleri üzerinde belirli bir etkiye sahip olacaktır. Bu da çatlakların başlamasına ve yayılmasına yol açacaktır. Kaplama katmanında çatlak oluşumunun parçaların servis ömrü üzerinde büyük etkisi vardır ve bu, lazer kaplama teknolojisinin endüstriyel uygulamasında çözülmesi gereken acil bir sorundur.
Lazer kaplama, hızlı ısıtma ve soğutma ve karmaşık metalurjik reaksiyon sürecidir. Günümüzde kaplama tabakası çatlağı üzerine yapılan araştırmalar çoğunlukla tek bir kontrol yöntemine odaklanmış olup, sistematik araştırma eksikliği bulunmaktadır. Bu çalışmada, 42CrMo çelik yüzey üzerine önceden serilmiş toz lazer kaplama teknolojisi ile Ni60 alaşımlı kaplama katmanı hazırlandı. Öncelikle çatlak oluşum mekanizması ve çatlak hassasiyeti analiz edilmiş, daha sonra lazer kaplamalı Ni bazlı alaşımın çatlak kontrolüne referans sağlamak amacıyla farklı lazer gücü ve ön ısıtma sıcaklığının çatlak üzerindeki etkisi incelenmiştir.
Test malzemeleri ve yöntemleri
1. Test materyali
Bu testte, lazer kaplama testinde matris malzemesi olarak 42CrMo alaşımlı çelik seçilmiş olup, yuvarlak plaka boyutu Φ150 mm×10 mm'dir. Lazer kaplamadan önce 42CrMo çelik yüzeyini zımpara kağıdıyla zımparalayın ve alt tabakada başka yabancı maddelerin olmadığından emin olmak için alkol ve asetonla temizleyin. Kaplama tozu Ni60 alaşımı ile seçildi ve parçacık boyutu 53~ 150 μm idi. Ni60 alaşımının kimyasal bileşimi Tablo 1'de gösterilmiştir.
Tablo 1 Ni60 alaşımının kimyasal bileşimi %
|
m(C) |
m(Si) |
m(Kr) |
m(Hayır) |
m(Ay) |
m(FE) |
m(B) |
|
=0.70 |
=4.50 |
= 17.0 |
=60.0 |
= 3.0 |
=5.0 |
=2.70 |
2. Test yöntemleri
LWS-1000 Nd: YAG lazer, tozun ön serilmesi ve çok turlu işlemle lazer kaplama için seçildi. Numune hazırlama parametreleri şu şekildedir: lazer gücü 270 ~ 300 W, tarama hızı 300 mm/dak, ön ısıtma sıcaklığı 170 ~ 270 derece, tur hızı %50. Lazer kaplama testi sonrasında kaplama katmanının yüzey morfolojisini gözlemlemek için Zeiss Stemi305 stereoskop kullanıldı. Hazırlanan kaplama tabakası 5 mm×10 mm×10 mm numune boyutunda kesildikten sonra hacim oranı 3 ∶ 1 olan HCl+HNO3 çözeltisi kullanılarak cilalanmış kaplama tabakası kesiti aşındırılmıştır. Ni60 kaplama katmanının mikro yapısını gözlemlemek için Jiangnan MR5000 metalografik mikroskop ve Regulus8230 taramalı elektron mikroskobu kullanıldı ve kaplama katmanındaki çatlaklara yakın ve çatlak olmayan elemanların dağılımını niteliksel ve niceliksel olarak analiz etmek için EDS kullanıldı. Kaplama katmanının kesitinin mikro sertliğini ölçmek için VTD401 dijital microVickers sertlik test cihazı kullanıldı. Yükleme yükü 50 g ve tutma süresi 10 saniyeydi. Faz, D/MAX2500VL/PC döner hedef X-ışını difraktometresi ile analiz edildi.
Çözüm
1. Kaplama katmanının mikro yapısı esas olarak - (Fe, Ni), Fe0.64Ni0.36 ve M23C6'dan oluşur. Bu testteki çatlaklar temel olarak, genellikle kaplama katmanının yüzeyinden kaynaklanan ve kaplama katmanı ile matrisin birleşim noktasına kadar uzanan derinlemesine nüfuz eden çatlaklardır ve çatlakların çoğu, doğrudan kaplama katmanının tamamı boyunca uzanır. Matris ile kaplama katmanı arasındaki termal özellikler farkı, sıcaklık gradyanı ve kaplama katmanındaki sert fazın ayrılmasının çatlak hassasiyeti üzerinde bazı etkileri vardır.
2. Lazer gücünün artmasıyla kaplama katmanındaki çatlak arızası açıkça iyileştirilmiştir. Güç 290 W olduğunda kaplama katmanında yalnızca birkaç çatlak olur ve iyi mekanik özellikler korunur. Güç daha da artırıldığında, kaplama katmanının seyreltme oranı çok fazla olur ve bu da performansının düşmesine neden olur.
3. Ön ısıtma sıcaklığının artmasıyla kaplama tabakasındaki çatlak kırılması giderek azalır. Ön ısıtma sıcaklığı 270 derece olduğunda, kaplama katmanında yalnızca az sayıda çatlak kalır, ancak çok yüksek ön ısıtma sıcaklığı, alt tabakanın ve kaplama katmanının performansını yok eder, dolayısıyla daha yüksek sıcaklıkta ön ısıtma gerçekleştirilmez.
Xi'an Guosheng Lazer Technology Co., Ltd., otomatik lazer kaplama makinesi, yüksek hızlı lazer kaplama makinesi, lazer söndürme makinesi, lazer kaynak makinesi ve lazer 3D baskı ekipmanlarının Ar-Ge, üretim ve satışında uzmanlaşmış bir yüksek teknoloji kuruluşudur. Ürünlerimiz uygun maliyetli olup yurt içi ve yurt dışında satılmaktadır. Ürünlerimizle ilgileniyorsanız lütfen bob@gshenglaser.com adresinden bizimle iletişime geçin.