Dişli Çelik Yüzeyine Lazer Kaplama Ni Esaslı Kaplama Proses Parametrelerinin Optimizasyonu

Dişli tahriki, yüksek iletim verimliliği, yüksek taşıma kapasitesi, geniş güç aralığı, uzun servis ömrü ve diğer birçok avantajı nedeniyle mekanik alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Servis yükünün ve dişlinin çalışma hızının artmasıyla birlikte dişli sistemi, dişli kavrama transmisyon sürecinde diş kırılmasına, diş çukurlaşmasına, diş aşınmasına, diş plastik deformasyonuna ve diş yapışmasına eğilimlidir ve bu da servis ömrünü ciddi şekilde etkiler. Dişli aktarım sisteminin hizmet ömrünü etkili bir şekilde uzatmak için, dişli çarkın taşıma kapasitesini ve yorulma önleyici performansını artırmak amacıyla diş yüzeyinin değiştirilmesi ve güçlendirilmesi gerekir. Diğer yüzey modifikasyon teknolojileriyle karşılaştırıldığında, kısa işlem döngüsü, yüksek işleme verimliliği ve düşük maliyetli teknik avantajlarıyla lazer kaplama teknolojisi, yüksek kaliteli kaplamalar hazırlayabilir ve böylece parçaların yüzey özelliklerini iyileştirebilir. Lazer kaplama işlemindeki yüksek sıcaklık gradyanı ve çok hızlı soğuma oranı nedeniyle kaplama, kaplamanın mekanik özelliklerini etkileyen gözenekler ve mikro çatlaklar gibi kusurlara eğilimlidir ve bu da lazer kaplama parçalarının uygulamasını sınırlar. bir ölçüde. Bu nedenle, proses parametrelerini optimize ederek kaplama kalitesinin arttırılması, kaplama hazırlama alanında lazer kaplama teknolojisinin uygulanmasının teşvik edilmesi açısından büyük önem taşımaktadır.

Yaygın olarak kullanılan lazer kaplama tozları esas olarak Fe -, Ni - ve Co bazlı alaşımlardır. Farklı kaplama tozları arasında, Ni bazlı alaşım tozları, iyi aşınma direnci, korozyon direnci, ıslanabilirliği ve makul fiyatı nedeniyle lazer kaplama malzemelerinde geniş çapta incelenmiştir.

Bu yazıda, 18CrNiMo7-6 dişli çeliğinin yüzeyindeki Ni bazlı kaplama, lazer kaplama teknolojisi ile hazırlanmıştır. Farklı proses parametrelerinin kaplamanın mikro yapısı üzerindeki etkisini incelemek için tek değişkenli yöntem kullanılmış ve değerlendirme indeksleri olarak kaplamanın makroskopik morfolojisi, mikro yapısı ve sertliği alınarak optimal proses parametreleri belirlenmiştir. Araştırma sonuçları, Ni bazlı toz onarım diş parçalarının uygulama aralığını genişletebilir ve gelecekte dişli malzemelerinde lazer kaplama teknolojisinin uygulanması ve optimizasyonu için teknik rehberlik sağlayabilir.

1. Test malzemeleri ve ekipmanı

Testte kullanılan temel malzeme 18CrNiMo7-6 dişli çeliğidir. 18CrNiMo7-6, yerli kalite 17Cr2Ni2Mo'ya karşılık gelen Avrupa standardı EN10084 karbürlenmiş alaşımlı yapı çeliğidir. Karbonlama, su verme, düşük sıcaklıkta temperleme ve son işlemden sonra çelik mükemmel mukavemete, aşınma direncine ve darbe özelliklerine sahiptir ve rüzgar enerjisi, liman, maden redüktör dişlisi ve yüksek hızlı lokomotif dişlisinde yaygın olarak kullanılır. 18CrNiMo7-6 çeliğinin kimyasal bileşimi Tablo 1'de gösterilmektedir.

Tablo 1 18CrNiMo7-6 dişli çeliğinin kimyasal bileşimi (kütle oranı,%)

Testte kaplama tozu olarak NiCr20 kendiliğinden eriyen alaşım tozu kullanılmış ve kimyasal bileşimi Tablo 2'de gösterilmiştir. NiCr20 tozu iyi bir kendiliğinden erime, ıslanabilirlik, aşınma direnci, korozyon direnci ve oksidasyon direncine sahiptir ve geniş bir uygulama için uygundur. Lazer kaplama işlemi parametreleri aralığı. Testte yardımcı kaplama malzemesi olarak ZrO2 seramik tozu seçilmiştir. ZrO2 seramik tozu, iyi termal stabilite, yüksek sıcaklıkta aşınma direnci ve korozyon direnci vb. avantajlara sahiptir. Lazer kaplamanın neden olduğu termal stres çatlaklarını ortadan kaldırmak ve kaplamanın yoğunluğunu arttırmak için, lazer kaplamada faz geçiş sertleştirmesine tabi olmak kolaydır. Bu nedenle yüksek sıcaklıkta aşınmaya dayanıklı kaplama hazırlamak için kullanılabilir. Testte kullanılan NiCr20 ve ZrO2 tozları Şekil 1'de gösterilmektedir. NiCr20 alaşım tozu ve ZrO2 seramik tozunun morfolojisi, sırasıyla yaklaşık 100μm ve 50μm parçacık boyutlarına sahip küresel parçacıklardır. NiCr20 tozu ve ZrO2 seramik tozu, 48 ∶ 1 kütle oranına göre karıştırılarak kurutularak lazer kaplama tozu olarak kullanıldı.

Tablo 2 NiCr20 tozunun kimyasal bileşimi (kütle oranı,%)

Şekil．1 NiCr20(a) ve ZrO2 (b) tozlarının morfolojileri

Lazer kaplama testi MLO{{0}} lazer kaplama ekipmanı üzerinde gerçekleştirildi. Lazer kaplama ekipmanı, bir lazer kaplama nozulu, bir lazer, altı eksenli bir mekanik kol, bir toz besleme sistemi, bir su soğutma sistemi ve bir kontrol sisteminden oluşur. Lazer kaplama ekipmanı, lazer emisyon kaynağı olarak fiber lazer kullanır ve mevcut güç aralığı 400 ~ 4000 W'dir. Lazer kaplama işleminde, toz, toz besleyici toz dönüşü yoluyla toz çıkışına, hız aralığına gönderilir. toz tepsisi 0 ~ 4 dev/dak'dır ve parçacık boyutu aralığı 50 ~ 150 μm'dir. Su soğutma sistemi, test çalışması sırasında sabit sıcaklıkta bir ortam sağlamak amacıyla lazer ve lazer kaplama kafası için soğutma suyu sağlar. Erimiş havuz, tüm test boyunca oksidasyonu önlemek için yüksek saflıkta argon ile korundu.

Lazer kaplama testi blok plaka dişli çeliği üzerinde gerçekleştirildi. Lazer tarama yönü plakanın uzun kenarı boyunca olmuştur ve yaklaşık 20 mm'lik kaplama uzunluğu plakanın merkezinde kaynaşmıştır. Tek faktör testi kullanıldı. Test parametreleri lazer gücü 500 ~ 900 W, tarama hızı 2 ~ 8 mm/s, toz besleme hızı 8,8 ~ 13,2 g/dak, argon akış hızı 4 L/dak, nokta çapı φ4 mm, odaklanma kapasitesi 250 mm idi. Spesifik proses parametreleri Tablo 3'te gösterilmektedir ve her test grubu iki kez tekrarlanmaktadır.

Tablo 3 Tek kanallı lazer kaplamanın test parametreleri

Lazer kaplama testinin ardından kaplamanın metalografik analizi yapılmış ve kaplama tel kesme makinası ile 5 mm x 5 mm x 5 mm küp şeklinde kesilerek kaplamanın kesiti adım adım cilalanıp cilalanmıştır. adım. Daha sonra korozyona uğratmak için kral suyu (HCl'nin HNO3'e hacim oranı 3 ∶ 1'dir) kullanılır ve korozyon süresi yaklaşık 2 dakikadır. Metalografik işlemden sonra profil numunesinin metalografik korozyon sonrası mikro yapısını gözlemlemek için optik mikroskop ve tarama aynası kullanıldı. Lazer kaplama testi sonrasında kaplama profilinin sertliğini derinlikle ölçmek için Vickers mikrosertlik test cihazı kullanıldı. Kaplama profilinin sertlik testi, yüzey katmanından 50μm uzakta başlar ve alt tabakanın düzgün sertliği ölçülene kadar derinlik yönünde her 100μm’de bir test noktası alır. Test yükü ağırlığı 500 g'ye ayarlanmıştır ve tutma süresi 10 saniyedir. Verilerin doğruluğunu arttırmak için her dişli çeliği profilinin aynı derinlik bölgesinde sertlik 3 kez ölçülerek ortalaması alınır.

1. Lazer gücünün artmasıyla NiCr20-ZrO2 kaplamanın erime yüksekliği, erime genişliği ve erime derinliği artar. Tarama hızının artmasıyla kaplamanın erime yüksekliği, genişliği ve derinliği azalır. Toz besleme hızının artmasıyla kaplamanın erime yüksekliği artar, erime genişliği önce artar, sonra azalır, erime derinliği azalır.

2. Lazer gücünün artmasıyla kaplama mikro yapısının yoğunlaşması, kabalaşması ve mikro sertliği azalır. Tarama hızının artmasıyla kaplamanın mikro yapısının yoğunluğu azalır, mikro yapı kabalığı ve mikro sertliği azalır. Toz besleme hızının artmasıyla birlikte kaplamanın mikro yapı yoğunluğu, mikro yapı incelmesi ve mikro sertliği artar.

3. Kaplamanın makroskopik morfolojisi, mikro yapısı ve mikro sertliği değerlendirme indeksleri olarak alındığında, en uygun işlem parametreleri şu şekilde elde edildi: lazer gücü 700 W, tarama hızı 2 mm/s, toz besleme hızı 11,1 g/dak.

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.