Penguatan Kekerasan Lapisan Cladding Laser

Di bidang manufaktur kelas atas, sifat permukaan suku cadang secara langsung mempengaruhi kinerja dan masa pakai produk, dan keausan suku cadang peralatan sering kali menyebabkan tambahan waktu dan kerugian biaya ekonomis. Untuk meningkatkan kinerja permukaan komponen mekanis, perawatan penguatan permukaan biasanya digunakan untuk meningkatkan kinerja permukaan dan masa pakai material. Selain penguatan permukaan material secara langsung, pelapisan biasanya disiapkan pada permukaan, seperti penyemprotan termal pada permukaan material dalam bidang metalurgi, petrokimia, dan bidang lainnya untuk meningkatkan masa pakai. Namun, karena kekurangan teknologi penyemprotan termal, teknologi ini tidak dapat secara efektif meningkatkan sifat mekanik permukaan material. Selain itu, ketika pelapis khusus dibuat dengan sputtering magnetron, pelapisan listrik, dan pengendapan uap kimia, seringkali terdapat kekurangan seperti ketebalan yang terbatas dan daya rekat yang buruk.

Teknologi pelapisan laser adalah teknologi perawatan permukaan logam baru, yang sering digunakan untuk menyiapkan lapisan tahan aus dengan kekerasan tinggi dengan kekuatan ikatan yang kuat dan sedikit cacat. Sebagai teknologi pembentukan 3D yang bebas chip dan efisien, pelapisan laser telah berhasil diterapkan pada manufaktur ramah lingkungan dan manufaktur ulang beberapa komponen teknik kelas atas.

Pelapisan laser dilakukan pada permukaan substrat yang akan dilapisi, dengan metode pengumpanan yang berbeda, melalui iradiasi laser untuk melelehkan lapisan tipis permukaan substrat pada saat yang bersamaan, dan setelah pemadatan yang cepat untuk membentuk pengenceran yang sangat rendah dan ikatan metalurgi dengan substrat. pelapisan permukaan substrat. Teknologi ini dicirikan oleh kepadatan daya yang tinggi, efisiensi deposisi yang tinggi, deformasi termal yang rendah, pendinginan yang cepat, laju pengenceran yang rendah dan sifat metalurgi yang tinggi.

Dalam pelapisan laser, sinar laser difokuskan pada area kecil di permukaan material, menyebabkan material memanas dengan cepat, mencapai titik leleh material atau suhu yang lebih tinggi. Pada suhu tinggi, substrat membentuk kumpulan lelehan dengan bahan pelapis, dan atom serta molekul material mulai menjadi dinamis di kumpulan lelehan dan dapat disusun ulang menjadi struktur kristal atau komposisi kimia yang berbeda. Ketika sinar laser berpindah ke area berikutnya, area yang sebelumnya meleleh akan mendingin dengan cepat, membentuk struktur organisasi baru, sehingga cocok untuk meningkatkan kekerasan material.

Mekanisme teknologi pelapisan laser dapat meningkatkan kekerasan material mencakup aspek-aspek berikut.

1. Pemurnian biji-bijian

Karena lapisan kelongsong laser adalah proses kimia padat khusus dan bersifat sementara, lapisan ini memiliki tingkat leleh dan pemadatan yang tinggi, yang menghambat pertumbuhan butiran, mendorong penghalusan butiran, dan dengan demikian meningkatkan kekerasan lapisan. Lapisan paduan entropi tinggi NbMoTaWTi dibuat pada permukaan paduan TC4 dengan pelapisan laser, dan kekerasan mikro ditemukan 71,4% lebih tinggi dibandingkan substrat. Alasannya adalah peleburan dan pendinginan yang cepat dalam proses pelapisan laser menyebabkan butiran tidak dapat tumbuh dengan cepat, sehingga butiran menjadi halus dan kekerasannya meningkat pesat.

2. Distorsi kisi

Distorsi kisi kristal meningkatkan kekerasan material. Dalam proses deformasi plastis lapisan kelongsong laser, sejumlah besar cacat kisi, seperti dislokasi dan kekosongan, akan menyebabkan beberapa elemen keluar dari keadaan setimbang dan menyebabkan distorsi kisi. Setelah distorsi kisi, hal ini sering kali menyebabkan peningkatan energi pada material, mengakibatkan tekanan mikro yang lebih besar, menghambat slip dislokasi, dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan material. Karena paduan entropi tinggi terdiri dari berbagai unsur, ukuran, struktur, dan energi ikatan setiap atom unsur berbeda secara signifikan, di mana ukuran atom, jenis ikatan, dan energi potensial kisi dari berbagai unsur dapat terdistribusi secara acak pada kisi. titik, mengakibatkan distorsi kisi yang serius pada struktur kristal, sehingga fenomena ini lebih jelas terlihat pada paduan entropi tinggi.

3. Fase transformasi

Perubahan fase pelapisan menyebabkan kekerasan pelapisan meningkat. Pelapisan laser adalah teknologi pemrosesan suhu tinggi yang dapat memanaskan permukaan material hingga suhu tinggi dalam waktu yang sangat singkat, melelehkannya sebagian atau seluruhnya, dan membentuk struktur organisasi yang berbeda melalui pendinginan yang cepat. Pada suhu tinggi ini, atom dan molekul material menjadi dinamis dan dapat disusun ulang menjadi struktur kristal yang lebih stabil atau optimal sehingga menyebabkan transisi fasa pada material. Lapisan kelongsong laser paduan entropi tinggi CoCrNiMnTix disiapkan pada permukaan baja Q235. Diketahui bahwa dengan meningkatnya kandungan Ti dalam pelapis, maka fasa pelapisan berubah dari fasa FCC menjadi fasa FCC+ Laves.

Jenis dan proporsi bubuk merupakan faktor kunci yang mempengaruhi kinerja pelapis. Oleh karena itu, dalam percobaan, sangat penting untuk merancang formula bubuk pelapis secara wajar. Selain itu, karena metode penguatan lapisan berkaitan erat dengan efek penguatannya, maka sangat penting untuk merancang bedak sesuai dengan efek penguatannya. Diantaranya, penguatan fase kedua, penguatan kristal halus, penguatan larutan padat, optimalisasi struktur mikro, optimalisasi amorf dan struktur mikro merupakan cara efektif untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus lapisan. Pengaruh elemen aditif umum pada sifat permukaan pelapis kelongsong ditunjukkan pada Tabel 1.

Karena kekerasan suatu material mencerminkan kemampuan material tersebut dalam menahan tekanan material ke permukaan, maka semakin tinggi kekerasannya, semakin dangkal kedalaman penekanan material ke permukaan material, semakin kecil volume abrasi yang dihasilkan oleh pemotongan, artinya, semakin kecil keausannya, semakin tinggi pula ketahanan ausnya. Oleh karena itu, kekerasan dapat digunakan untuk mengukur ketahanan aus suatu bahan logam, dan ketika kekerasan meningkat maka ketahanan ausnya juga akan meningkat.