Lazer kaplama, bir alt tabaka üzerinde özel özelliklere sahip bir alaşım kaplamayı biriktirmek için bir ısı kaynağı olarak yüksek enerjili bir lazer ışını kullanan bir yüzey modifikasyon teknolojisidir. Düşük seyreltme oranı, küçük bir ısıdan etkilenen bölge, alt tabaka ile yüksek bağlanma mukavemeti ve az çevre kirliliği gibi avantajlara sahiptir. Bu nedenle, otomobil imalatı, petrokimya endüstrisi ve madencilik makineleri gibi kilit bileşenlerin yüzey onarımı ve güçlendirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
lazer kaplamafizik, kimya ve malzemeleri içeren karmaşık bir metalurjik süreçtir. Hızlı ısınma ve su verme katılaşma özellikleri çoğu zaman kaplama tabakasında çatlaklar ve gözenekler gibi kusurlara neden olur. Daha önceki çalışmalarda, yerli ve yabancı bilim adamları, malzeme tasarımı ve proses parametresi optimizasyonu yoluyla lazer kaplama kaplamalarının kusurlarını esas olarak ortadan kaldırdı veya azalttı. Bununla birlikte, yüksek sert alaşımlı kaplamalar için, kaplamanın katılaşma yapısının harici bir alan uygulanarak kontrol edilmesini ve böylece kaplama kalitesinin iyileştirilmesini gerektiren mevcut süreci değiştirerek yapısal kusurları ortadan kaldırmak hala zordur. Bir dış alan yardımcı teknolojisi olarak, elektromanyetik alan çeşitli kombinasyonlar, iyi kontrol edilebilirlik ve çevre dostu olma avantajlarına sahiptir. Döküm, kaynak, lazer işleme ve diğer alanlarda uygulanmıştır. Elektromanyetik alan tarafından üretilen elektromanyetik kuvvet, eriyik havuzundaki sıvı metalin güçlü konveksiyonuna neden olabilen eriyiği karıştırmak, sıcaklık alanını ve erimiş havuzun çözünen dağılımını homojenleştirmek ve derecesinin azaltılmasında rol oynamak için kullanılır. aşırı soğutma ve katılaşma yapısının rafine edilmesi.
1 Elektromanyetik alanın lazer kaplama işlemi üzerindeki etki mekanizması
Elektromanyetik alan, temassız bir dış alan yardımcı aracıdır. Lazer kaplama işlemi sırasında elektromanyetik alan, elektromanyetik kuvvet oluşturmak için erimiş havuzdaki metal eriyiği ile etkileşime girecektir. Elektromanyetik kuvvet, eriyiğin konvektif hareketini ve kütle transferini ve ısı transfer sürecini değiştirecek ve ardından kaplama tabakasının katılaşma sürecini etkileyecektir. Elektromanyetik alanın eriyiğin hareket davranışı üzerindeki etkisi, esas olarak elektromanyetik karıştırma etkisi, elektromanyetik frenleme etkisi, termal elektromanyetik sıvı etkisi, elektromigrasyon etkisi ve cilt etkisi gibi çeşitli yönlerde yansıtılır. Elektromanyetik alanın eriyiğin katılaşma süreci üzerindeki etkisi, temel olarak tane parçalanması, atomik grup dalgalanma etkisi ve Joule ısıtma etkisi gibi çeşitli yönlerde yansıtılır.
2 Farklı elektromanyetik alan formlarının lazer kaplama kaplamalarının mikroyapısı ve özellikleri üzerindeki etkileri
- Kararlı durum manyetik alanı: Kararlı durum manyetik alanı, kaplamanın yüzey dalgalanmasını bastırmaya, çatlak sayısını azaltmaya ve kaplama yapısını iyileştirmeye yardımcı olur. Kararlı durum manyetik alanı, erimiş havuz içindeki akış hızını azaltabilir, ancak sıcaklık alanı üzerinde bariz bir etkisi yoktur; sabit durum manyetik alan kuvveti belirli bir değerden yüksek olduğunda, erimiş tabakanın yüzey dalgalanmaları üzerinde önemli bir engelleyici etkiye sahiptir.
- Kararsız manyetik alan: Alternatif manyetik alanın, kaplama tabakasının genişliği ve seyrelme hızı üzerinde çok az etkisi olurken, yüksekliği ve temas açısı, manyetik alan kuvvetinin artmasıyla azalır ve kaplama tabakasının yüzey düzgünlüğü de etkilenir. manyetik alan şiddeti ve frekansı. Alternatif ve dönen manyetik alanlarla karşılaştırıldığında, darbeli manyetik alan, manyetik alanın gücünü ve frekansını kontrol ederek erimiş havuza aralıklı olarak uygulanabilir. Bununla birlikte, lazer kaplamanın hızlı ısıtma ve hızlı soğutma işlemi özelliklerinden dolayı, eriyik havuzun var olma süresi nispeten kısadır, bu nedenle darbeli manyetik alan destekli lazer kaplama üzerinde nispeten az sayıda çalışma vardır. Şekilde gösterildiği gibi, harici alan yardımı olmadan hazırlanan örneklerle karşılaştırıldığında, dört tip manyetik alan kaplamadaki çatlak sayısını azaltabilir, taneleri inceltip kaplamanın sertliğini artırabilir. Bunlar arasında darbeli manyetik alan destekli lazer kaplama en iyi etkiye sahiptir, ancak kaplamada sert faz ayrışması olgusu görülür.
Kaynak ve dökümde tek bir elektrik alanı yaygın olarak kullanılır, ancak lazer kaplama alanında daha az araştırma yapılır. Şu anda, lazer kaplamada kullanılan iki ana elektrik alanı biçimi vardır: alternatif elektrik alanı ve darbeli elektrik alanı.
- Alternatif elektrik alanı: Elektromigrasyon etkisi, eriyik içindeki iyonların yönlü hareket etmesini sağlar ve akımın Joule ısıtma etkisi eriyiğin sıcaklığını değiştirerek kaplama tabakasının katılaşma sürecini etkiler. Alternatif akım, tane incelmesini teşvik edebilir ve aynı zamanda kaplamanın altındaki ince taneli bölgenin yüksekliğini artırarak çatlak oluşumunu azaltmaya yardımcı olabilir. Alternatif akımın verilmesi, eriyik havuzundaki sıvı metal üzerinde bir elektromanyetik karıştırma etkisi olarak hareket edecek, katılaşma cephesindeki sıcaklık gradyanını azaltacak ve böylece katkıda bulunacak olan eriyik havuzunda sürekli yön değiştiren indüklenmiş bir elektromanyetik kuvvet oluşturacaktır. tahılların rafine edilmesi.
- Darbe elektrik alanı: Darbe akımı süreksizlik, değişkenlik ve periyodiklik özelliklerine sahiptir. Kaplama işlemi sırasında darbe akımı uygulamak, eriyik akış hızını değiştirebilir ve eriyikte oluşan kesme kuvveti, oluşan taneleri kırabilir, çekirdeklenme oranını artırabilir ve taneleri rafine edebilir.
3 Elektromanyetik alan destekli lazer kaplama kaplama malzemesi sistemi
Şu anda, çeşitli alaşım kaplamaların ve kompozit kaplamaların hazırlanmasında elektromanyetik alan destekli lazer kaplama teknolojisi uygulanmaktadır. Alaşım kaplamalar için elektromanyetik alan, kaplama bileşenlerinin homojenleşmesinin ve çökelen fazların dağılımının iyileştirilmesine yardımcı olur. Kompozit kaplamalar için, elektromanyetik alanın elektromanyetik karıştırma etkisi, eriyik havuzundaki güçlendirici fazın dağılım özelliklerini değiştirebilir.
- Demir bazlı kaplama: Elektromanyetik alan uygulandıktan sonra, manyetik alan şiddeti arttıkça kaplama tabakasının yüzey pürüzlülüğü azalır, yapı önemli ölçüde rafine edilir, gözenek ve çatlak gibi kusurlar azalır; kaplamanın sertliği, aşınma direnci ve korozyon direnci iyileştirilir. Manyetik alan yardımı ile hazırlanan kaplamanın sertlik değeri, manyetik alan kullanılmadan hazırlanan kaplamaya göre derinlik yönü boyunca daha kararlıdır.
- Kobalt bazlı kaplama: Kararlı durum manyetik alanı, erimiş havuzun konveksiyonunu engelleyebilir ve makro ayrışmayı zenginleştirebilir ve matris elemanları erimiş havuzun dibinde daha fazla dağılabilir, bu nedenle elde etmek daha kolaydır. alaşım tozununkine yakın bir bileşime sahip kaplama tabakası. Manyetik alan tarafından üretilen manyetostriktif etki, kaplama tabakasının termal genleşme katsayısını ve elastik modülünü etkili bir şekilde azaltabilir, kaplama işlemi sırasında termal gerilimi azaltabilir ve ardından çatlak hassasiyetini azaltabilir.
- Kompozit kaplama: Sabit manyetik alan, kompozit kaplamanın faz bileşimini etkilemez, ancak kaplamanın mikro yapısı ve seramik takviye fazının dağılımı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Belli bir manyetik alan kuvveti, yapının iyileştirilmesine yardımcı olur ve yapıdaki seramik takviye fazının dağılımı yoğundur. Şekil, lazer kaplama In718/WC kompozit kaplamadaki WC parçacıklarının dağılımı ve mikro yapısı üzerindeki sabit durum manyetik alanı ve DC elektrik alanı ile birleştirilmiş elektromanyetik kompozit alanın etkisini göstermektedir. Elektromanyetik alan tarafından üretilen aşağı doğru Lorentz kuvveti, eriyik havuzundaki Marangoni konveksiyonunu artırabilir, bu da WC parçacıklarının kompozit kaplamada üniform dağılımına katkıda bulunur. Doğru akım, ötektik karbürlerin çekirdeklenme oranını artırabilir ve geliştirilmiş Marangoni konveksiyonu sütunlu dendritleri kırarak yapıyı rafine edebilir.
4 Görünüm
Elektromanyetik alan destekli lazer kaplama teknolojisi, kaplama tabakasının mikro yapısının kontrolünü gerçekleştirebilir, tane incelmesini teşvik edebilir, bileşim ayrışmasını azaltabilir, güçlendirme fazının dağılımını daha düzgün hale getirebilir ve delikler ve çatlaklar gibi kusurların başlamasını engelleyebilir. Bu nedenle elektromanyetik alan destekli lazer kaplama teknolojisi ile mükemmel özelliklere sahip kaplamalar hazırlanabilmektedir. Elektromanyetik alan destekli lazer kaplama teknolojisi, geleneksel lazer işleme teknolojisinin bir yeniliğidir. Sadece lazer işleme teknolojisinde elektromanyetik teorinin uygulanmasını teşvik etmekle kalmaz, aynı zamanda yüksek performanslı parçaların yüzeyinde lazer yeniden üretim teknolojisinin gelişimini de teşvik eder. Geniş teorik araştırma ve mühendislik uygulama beklentilerine sahiptir.