1. Pengerasan permukaan laser
Pengerasan permukaan laser terutama menggunakan sinar laser berenergi tinggi untuk menyinari permukaan logam atau paduan, dan efek termal yang dihasilkan membuat permukaan substrat membentuk proses pemanasan padat yang tidak melebihi titik leleh. Pada saat yang sama, transformasi fasa diperkuat pada permukaan logam dengan menggunakan adanya transformasi isomer dalam material matriks yang dikombinasikan dengan pemanasan laser dan efek pendinginan mandiri material. Untuk paduan titanium, penelitian di bidang ini telah dilakukan sejak awal abad ke-20. Dai Zhendong dkk. secara signifikan meningkatkan kekerasan paduan titanium TC11 melalui pendinginan laser pemindaian permukaan, dan koefisien gesekannya dapat dikurangi ke nilai awal 0.2 ~ 0,3, dan ketahanan aus fretting meningkat sebesar 123 kali lipat, yang sangat meningkatkan sifat permukaan paduan. Struktur permukaan dan sifat paduan titanium TC11 dioptimalkan oleh Zhang Hong et al. Hasilnya menunjukkan bahwa pendinginan laser jelas dapat memperhalus struktur permukaan, serta meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus. Zhang Qi dkk., melalui studi terhadap berbagai paduan titanium yang diolah dengan laser self-quenching dan pemadatan cepat, menegaskan bahwa perlakuan self-quenching tidak hanya menghaluskan dan struktur butiran paduan, tetapi juga membuat komposisi kimia permukaan lebih homogen. , dan rasio segregasi setelah quenching dapat dikurangi dari keadaan semula 1,28 menjadi 1,04, dan tidak ada lubang, retakan, atau cacat lainnya yang ditemukan pada lapisan quenching. Permukaan paduan yang halus dan seragam dapat diperoleh.
2. Peleburan Permukaan laser
Peleburan kembali permukaan laser adalah metode untuk melelehkan dan memadatkan permukaan substrat secara cepat dengan memancarkan permukaan material di bawah perlindungan atmosfer argon, sehingga dapat memperhalus struktur dan meningkatkan kinerja material. Guo Chun dkk. melakukan perawatan peleburan kembali laser pada permukaan paduan TC4 dengan sinar laser. Setelah pengamatan mikroskopis, struktur permukaan matriks disempurnakan, dan sifat permukaan seperti kekerasan dan ketahanan aus juga meningkat secara signifikan. Selain itu, beberapa peneliti menggunakan laser Nd∶YAG untuk melebur kembali permukaan paduan TiNi, dan lapisan kelongsong serta kombinasi metalurgi matriksnya bagus, dapat membentuk film pasivasi yang kontinu dan padat, serta ketahanan terhadap korosi meningkat secara signifikan. Dengan perlakuan peleburan kembali permukaan laser pada titanium murni industri TA2, Dai Jingjie yakin bahwa peningkatan ketahanan aus permukaan disebabkan oleh distorsi kisi, penguatan kristal halus, dan penguatan dislokasi yang disebabkan oleh proses peleburan. Namun, peleburan kembali permukaan tidak meningkatkan kinerja semua bahan paduan titanium, dan kinerjanya juga mungkin menurun. Hasilnya menunjukkan bahwa butiran yang terbentuk dari peleburan permukaan laser paduan titanium TA15 menjadi kasar secara tidak normal. Setelah perlakuan peleburan permukaan laser pada paduan TiZr, Xu Bo menemukan bahwa struktur mikro dari zona peleburan kembali panas adalah butiran serpihan kasar, kekerasan mikro dari zona yang dimodifikasi lebih rendah daripada matriks, dan ketahanan aus tidak meningkat secara signifikan.
3. Perbaikan Permukaan Laser
Perbaikan permukaan laser dapat diklasifikasikan sebagai salah satu cabang teknologi perbaikan pembentukan laser, dan juga merupakan sintesis dari teknologi pembentukan laser dan teknologi pelapisan laser, yang merupakan penerapan dan pengembangan lebih lanjut di bidang perbaikan bagian logam. Cacat permukaan titanium dan paduan titanium dapat dihilangkan dengan menggunakan teknologi perbaikan permukaan laser. Deng Dewei dkk. memverifikasi bahwa perbaikan laser dapat menyembuhkan retakan pada permukaan paduan titanium. Setelah perawatan perbaikan laser, nilai kekerasan matriks di sekitar zona yang dimodifikasi meningkat, dan kurva perubahan kekerasan antara zona yang dimodifikasi dan zona yang terkena panas relatif datar. Gong Xinyong dkk. menggunakan pemindaian terus menerus laser untuk memperbaiki impeler paduan titanium TC11 dengan peleburan dan pengendapan laser, dan eksperimen memverifikasi bahwa kinerja impeler masih utuh dan perbaikan sempurna pada bagian-bagian tersebut terwujud. Cui Aiyong dkk. memperoleh lapisan kelongsong Cr2O3/Ti tanpa retakan internal pada permukaan paduan TC4 melalui teknologi perbaikan kelongsong laser. Permukaan lapisan yang dimodifikasi halus dan memiliki ikatan metalurgi yang baik dengan substrat, sehingga mencapai perbaikan laser pada bagian bilah kompresor yang rusak.
4. Paduan Permukaan Laser
Paduan permukaan laser adalah metode yang menggunakan sinar laser berenergi tinggi untuk memanaskan dan melelehkan permukaan material dengan cepat untuk mendorong reaksi paduan permukaan, sehingga dapat meningkatkan sifat permukaan paduan, yang dapat dibagi menjadi paduan gas permukaan dan paduan bubuk permukaan.
Gas yang dihasilkan oleh paduan gas sebagian besar adalah N2 atau campurannya, juga dikenal sebagai nitridasi gas laser. Itu berada di atmosfer nitrogen, penggunaan sinar laser energi tinggi untuk mengaktifkan atom nitrogen, aksi suhu tinggi untuk melelehkan permukaan material, atom N aktif dan fase cair dari reaksi paduan logam cair logam Ti, membentuk a Timah fase keras. Setelah perawatan nitridasi gas laser dari titanium murni TA2 dengan laser Nd∶YAG, Wang Pei dkk. menemukan bahwa koefisien gesekan pada permukaan material adalah sekitar 0,22, yaitu sekitar 1/4 matriks, dan ketahanan ausnya meningkat pesat. Pada saat yang sama, semakin padat distribusi area penguatan nitridasi, semakin kecil koefisien gesekan dan semakin baik ketahanan ausnya. Kurva distribusi kekerasan mikro yang membentang dari permukaan nitridasi hingga matriks menunjukkan bahwa nitridasi gas laser dapat meningkatkan kekerasan permukaan paduan titanium.
Paduan bubuk permukaan laser adalah penggunaan laser berenergi tinggi dan karakteristik pemanasan cepat, sehingga permukaan substrat dan bubuk paduan yang ditambahkan mengalami pemadatan reaksi peleburan, membentuk bahan substrat berdasarkan lapisan paduan permukaan. Ge Xiaolan dkk. menggunakan sinar laser berenergi tinggi untuk memadukan permukaan paduan TC4 dengan bubuk campuran Ti, Al dan Nb untuk menghasilkan lapisan paduan TiAlNb. Kekerasan lapisan paduan menunjukkan transisi yang lembut sepanjang arah kedalaman lapisan, dan secara bertahap meningkat dari dalam ke luar. Kekerasan rata-rata lapisan secara signifikan lebih tinggi dibandingkan matriks TC4, dan koefisien gesekan berkurang, serta ketahanan aus hampir 3 kali lebih tinggi dibandingkan matriks. Liu Qinghui dkk. melapisi bubuk campuran elemen Ti/Si/C pada permukaan paduan TC4, dan menggunakan teknologi paduan laser untuk menghasilkan lapisan paduan pada permukaan matriks. Diketahui bahwa lapisan paduan tersusun dari senyawa Ti, Si dan C. Kekerasan mikro rata-rata lapisan adalah 80% lebih tinggi dibandingkan substrat, dan koefisien gesekan rata-rata lapisan sekitar 0,38, yaitu sekitar 16% lebih rendah dibandingkan substrat. Kekerasan permukaan dan ketahanan aus meningkat secara signifikan.
5. Pelapisan Permukaan Laser
Pelapisan permukaan laser juga dapat diklasifikasikan sebagai teknologi modifikasi permukaan, yang merupakan dasar perbaikan permukaan laser. Ini adalah penggunaan sinar laser dengan kepadatan energi tinggi untuk menambahkan bahan kelongsong ke permukaan substrat, untuk membentuk bahan kelongsong dan substrat kombinasi metalurgi yang baik dari lapisan kelongsong pada permukaan substrat. Diagram proses cladding ditunjukkan pada gambar berikut.
Proses pelapisan laser disertai dengan paduan laser, tetapi dibandingkan dengan paduan laser sederhana, bahan lapisan pelapis tidak sepenuhnya tercampur dengan matriks hingga reaksi paduan, yang dapat lebih mencerminkan sifat khusus bahan pelapis. Saat ini, terdapat banyak sistem material yang digunakan untuk pelapisan laser dari titanium dan paduan titanium, termasuk C, B, N, Si dan Ni. Menurut komposisi dan sifat lapisan kelongsong, pelapis yang disiapkan dapat dibagi menjadi pelapis tahan aus, pelapis tahan oksidasi suhu tinggi, pelapis biologis, dan pelapis penghalang termal.
5.1 Lapisan tahan aus
Ketahanan aus paduan titanium lebih buruk dibandingkan dengan sifat lainnya, sehingga modifikasi permukaan laser lebih berfokus pada peningkatan ketahanan aus matriks. Secara umum, semakin tinggi kandungan fase keras pada lapisan tahan aus, semakin tinggi kekerasannya dan semakin baik pula ketahanan ausnya. Ada banyak bahan cladding yang dapat meningkatkan ketahanan aus paduan titanium, antara lain B, C, Ni, Si, B4C, Cr2C3, TiC, BN, SiC, TiB, TiB2 dan Al2O3. Menggunakan bubuk komposit NiCr/Cr3C2 dan WS2 sebagai bahan baku, Wu Shaohua dkk mempelajari peningkatan ketahanan aus lapisan komposit NiCr/Cr3C2 dengan membandingkan pelapisan laser dengan jumlah WS2 yang berbeda. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pelapis komposit memiliki ketahanan aus yang paling baik ketika ditambahkan 20% WS2 pada material cladding. Hasilnya menunjukkan bahwa jumlah WS2 yang tepat dapat membentuk fase pelumasan sendiri, dan kemudian menunjukkan sifat keausan dan anti-gesekan yang baik. Sun Ronglu dkk. menggunakan laser untuk melakukan eksperimen pelapisan laser pada permukaan sampel TC4. Serbuk campuran Ni dan MoS2 digunakan sebagai bahan pelapis. Selama proses kelongsong, reaksi metalurgi terjadi antara lapisan permukaan sampel, serbuk campuran dan serbuk campuran, dan partikel CrxSy berbentuk bola tercampur secara merata dalam dendrit dendritik lapisan kelongsong. Koefisien gesekan berkurang sementara ketahanan aus ditingkatkan. Liu dkk. memilih bubuk paduan dasar Co sebagai bahan pelapis dan memperoleh lapisan komposit dasar kobalt dengan fase yang diperkuat dendritik dan granular halus dengan teknologi pelapisan laser. Ketahanan aus lapisan kelongsong diukur dengan mesin uji keausan, dan ditemukan bahwa tingkat keausan lapisan kelongsong hanya 1/12 dari matriks, dan ketahanan aus meningkat secara signifikan. Weng dkk. pelapisan laser serbuk campuran berbahan dasar TiN dan Co pada permukaan paduan TC4, hasilnya menunjukkan bahwa senyawa intermetalik Co/Ti dengan ketahanan aus yang sangat baik dan fase penguatan dispersi dapat terbentuk pada lapisan kelongsong, dan ketahanan aus lapisan komposit akan dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan bertambahnya penambahan serbuk TiN.
5.2 Lapisan Tahan Oksidasi
Suku cadang struktural untuk aplikasi teknik sering kali digunakan dalam jangka panjang dalam kondisi suhu tinggi. Untuk mengurangi atau menghindari reaksi kimia atau elektrokimia antara O, S, N dan elemen lain dalam atmosfer kerja bersuhu tinggi dan matriks, lapisan pelindung suhu tinggi yang padat umumnya dibuat di permukaan untuk melindungi matriks agar tidak terjadi. hancur. Yu Pengcheng dkk. menggunakan teknologi laser cladding untuk menyiapkan pelapis komposit pada permukaan paduan TC4 dengan bubuk paduan NiCr-Al-Si sebagai bahan cladding. Lapisan kelongsong dengan struktur padat kontinu dicampur secara merata dengan Al2O3, NiO, TiO2, NiCr2O4 dan senyawa lainnya dengan metode ini. Hasil percobaan menunjukkan bahwa ketahanan oksidasi suhu tinggi pada lapisan adalah 7 ~ 9 kali lebih tinggi dibandingkan substrat. Liu dkk. pelapisan laser bubuk campuran TiN+Ti3Al pada permukaan paduan TC4, dan menyiapkan lapisan komposit yang terdiri dari fase campuran -Ti, TiN, Al2O3 dan TiO2. Mereka melakukan uji oksidasi isotermal masing-masing pada suhu 600 dan 800 derajat. Hasil percobaan menunjukkan bahwa lapisan komposit memiliki ketahanan oksidasi suhu tinggi yang lebih baik dibandingkan matriks paduan titanium.
5.3 Lapisan Penghalang Termal
Temperatur pengoperasian di luar angkasa, mesin turbin gas, dan lingkungan lainnya telah mencapai batas temperatur material superalloy. Lapisan penghalang termal dari bahan paduan menggabungkan kinerja bahan logam dengan keunggulan ketahanan suhu tinggi dari bahan keramik untuk memainkan peran isolasi termal bahan keramik, sehingga bagian-bagiannya dapat bekerja secara normal dalam kondisi suhu tinggi. Shan Xiaohao dkk. menggunakan teknologi kelongsong laser untuk menyiapkan lapisan penghalang termal suhu tinggi dengan mencampurkan bubuk Nb, Al dan Ti, dan menemukan bahwa ketahanan oksidasi suhu tinggi pada lapisan tersebut terkait dengan tingkat pemisahan Ti dan kandungan senyawa Nb2Al dalam paduannya. Ketika fraksi massa Ti adalah 15,18% berat, derajat segregasi Ti dalam paduan adalah yang terendah, dan ketahanan oksidasi lapisan adalah yang terbaik. Mengingat fakta bahwa TiO2 berpori longgar adalah alasan utama rendahnya ketahanan oksidasi paduan TC4, Xu Jiangning dkk. laser cladding bubuk campuran NiCrNiSi pada permukaannya. Hasil percobaan menunjukkan bahwa lapisan film oksida yang terdiri dari Al2O3 dan NiO padat kontinu dapat secara efektif mencegah erosi atom oksigen pada matriks, dan ketahanan oksidasi dapat ditingkatkan secara signifikan.
5.4 Pelapisan bio
Lapisan bioaktif diendapkan pada permukaan paduan titanium melalui teknologi kelongsong laser, yang membuat implantasi paduan titanium menunjukkan biokompatibilitas yang lebih baik. Li Fuquan dkk. melapisi lapisan biologis hidroksiapatit pada permukaan TC4. Analisis fasa pelapisan terutama terdiri dari fasa keramik keras seperti -Ti, Ti3P, TiO dan CaTiO3, dan kombinasi keramiknya bagus, permukaannya seragam dan halus, serta ketahanan aus dan keterbasahan biologisnya bagus. Selain itu, untuk memastikan bahwa matriks paduan titanium membentuk lapisan biologis ikatan metalurgi yang seragam, rata, dengan ikatan metalurgi yang kuat, dengan pelapisan gradien dan pelapisan ganda, untuk mencegah struktur pelapisan, mutasi tegangan untuk mengurangi tegangan internal. Shi Lei dkk. melapisi HA murni, campuran HA dan lapisan gradien HA pada permukaan TC4, dan menemukan dalam eksperimen komparatif bahwa lapisan gradien HA menunjukkan kinerja yang lebih baik, dengan kekuatan pengikatan yang tinggi pada substrat, rasio Ga/P mendekati tulang alami, sesuai dengan kandungan HA yang lebih tinggi dan aktivitas biologis yang unggul.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co, Ltd adalah perusahaan teknologi tinggi yang mengkhususkan diri dalam R&D, manufaktur dan penjualan peralatan pelapis laser otomatis, peralatan pelapis laser berkecepatan tinggi, peralatan pendinginan laser, peralatan las laser, dan peralatan pencetakan 3D. Kami Peralatan Pengelasan Laser hemat biaya dan dijual di dalam negeri dan luar negeri. Jika Anda tertarik dengan produk kami, silakan hubungi kami dibob@gshenglaser.com.