Lāzera apšuvums, ļoti efektīva piedevu ražošanas tehnika, ir radījusi revolūciju dažādās nozarēs, uzlabojot komponentu īpašības un pagarinot to kalpošanas laiku. Šī metode ietver lāzera izmantošanu, lai izkausētu un sakausētu pulvera vai stieples materiālu uz pamatnes, izveidojot jaunu slāni ar vēlamām īpašībām. Materiālu izvēle lāzera apšuvumam ir kritiska, kas ietekmē apšuvuma veiktspēju, izturību un izmaksu efektivitāti. Šajā rakstā ir apskatīti jaunākie sasniegumi sakausējumos un pulveros, ko izmanto lāzera apšuvumā, izceļot novatoriskus materiālus, kas virza iespējas šajā jomā.
Lāzera apšuvuma pamati
Lāzera apšuvumā tiek izmantoti augstas enerģijas lāzeri, lai izkausētu un uzklātu materiālu uz pamatnes. Šo procesu izmanto, lai uzlabotu virsmas īpašības, piemēram, nodilumizturību, izturību pret koroziju un cietību. Process ietver trīs galvenās sastāvdaļas: lāzeru, pulvera vai stieples izejmateriālu un substrāta materiālu. Lāzera stars nodrošina enerģiju, kas nepieciešama, lai izkausētu pulveri vai stiepli, kas pēc tam tiek nogulsnēts uz pamatnes. Iegūtais pārklājuma slānis var ievērojami uzlabot pamatnes veiktspēju.
Sasniegumi sakausējumu izstrādē
1. Augstas entropijas sakausējumi (HEA)
Augstas entropijas sakausējumi (HEA) ir kļuvuši par nozīmīgu inovāciju lāzera apšuvumā. Atšķirībā no tradicionālajiem sakausējumiem, kuru pamatā ir viens galvenais metāls, HEA sastāv no vairākiem galvenajiem elementiem, parasti pieciem vai vairāk, gandrīz vienādās proporcijās. Tas rada unikālas īpašības, piemēram, augstu izturību, izcilu nodilumizturību un izcilu termisko stabilitāti.
Jaunākie pētījumi liecina, ka HEA var efektīvi izmantot lāzera apšuvumā, lai uzlabotu apšuvuma slāņu mehāniskās īpašības. Piemēram, pētījumi, kas publicētiActa Materialparāda, ka HEA, piemēram, CoCrFeNiMn, piemīt izcila cietība un nodilumizturība, padarot tos ideāli piemērotus lietošanai skarbos apstākļos (Yoo et al., 2023). HEA spēja uzturēt augstu veiktspēju ekstremālos apstākļos sniedz ievērojamas priekšrocības kosmosa, automobiļu un ražošanas nozarēs.
2. Supersakausējumi uz niķeļa bāzes
Supersakausējumi uz niķeļa bāzes jau sen ir izmantoti augstas temperatūras lietojumos, pateicoties to lieliskām mehāniskajām īpašībām un izturībai pret oksidāciju un koroziju. Jaunākie jauninājumi supersakausējumos uz niķeļa bāzes ir ļāvuši izstrādāt jaunas kompozīcijas ar uzlabotām veiktspējas īpašībām. Piemēram, tādu elementu kā rēnija un volframa pievienošana ir uzlabojusi šo sakausējumu šļūdes pretestību un termisko stabilitāti.
gadā publicēts pētījumsMateriālzinātnes un tehnoloģiju žurnālsuzsver, ka lāzera apšuvums ar uzlabotiem niķeļa bāzes supersakausējumiem, piemēram, Inconel 718 un Inconel 625, nodrošina izcilas mehāniskās īpašības un izturību pret termisko degradāciju (Wang et al., 2022). Šos materiālus arvien vairāk izmanto aviācijas un kosmosa rūpniecībā turbīnu lāpstiņām un citiem komponentiem, kas pakļauti augstām temperatūrām un korozīvām vidēm.
3. Sakausējumi uz dzelzs bāzes
Dzelzs sakausējumi, tostarp tie ar hroma un mangāna piedevām, arī redz progresu lāzera apšuvuma lietojumos. Jaunākie sasniegumi ir vērsti uz šo sakausējumu nodilumizturības un izturības pret koroziju uzlabošanu. Piemēram, vanādija un niobija pievienošana dzelzs sakausējumiem ir radījusi augstas veiktspējas materiālus ar uzlabotu cietību un nodilumizturību.
Pētījums, kas publicētsMateriālzinātne un inženierzinātnes: Aparāda, ka ar lāzeru pārklāti dzelzs sakausējumi ar šiem papildinājumiem uzrāda ievērojamus virsmas cietības un nodilumizturības uzlabojumus salīdzinājumā ar tradicionālajiem materiāliem (Zhang et al., 2023). Tas padara tos piemērotus izmantošanai kalnrūpniecībā, lauksaimniecībā un ražošanā.
Inovācijas pulvermateriālos
1. Nanopulveri
Nanopulveri, kas ir pulveri ar daļiņu izmēru nanometru diapazonā, ir izrādījuši lielu perspektīvu lāzera apšuvumā. Nelielais nanopulveru daļiņu izmērs rada lielāku virsmas laukuma un tilpuma attiecību, kas uzlabo pārklājuma slāņa reaktivitāti un saķeri. Nanopulveri arī veicina smalkākas mikrostruktūras, kā rezultātā uzlabojas mehāniskās īpašības.
Pētījums iekšāNanomateriālu žurnālsapspriež nanopulveru, piemēram, nano-TiC un nano-Al2O3, izmantošanu lāzera apšuvuma procesos. Pētījums liecina, ka šie materiāli ievērojami uzlabo apšuvuma slāņu cietību un nodilumizturību salīdzinājumā ar parastajiem pulveriem (Li et al., 2023). Spēja izveidot smalkākus, viendabīgākus pārklājumus ar nanopulveriem ir izdevīga lietojumiem, kuriem nepieciešama augsta precizitāte un veiktspēja.
2. Pašeļļojošie pulveri
Pašeļļojošie pulveri, kas satur eļļošanas piedevas, piemēram, grafītu vai molibdēna disulfīdu, ir jauna tendence lāzera apšuvumā. Šie pulveri samazina berzi un nodilumu starp apvalkoto virsmu un pretvirsmu, tādējādi uzlabojot veiktspēju un pagarinot kalpošanas laiku.
Pētījums iekšāVirsmas un pārklājumu tehnoloģijaparāda, ka lāzera apšuvums ar pašeļļojošiem pulveriem var ievērojami samazināt berzi un nodilumu tādos lietojumos kā gultņi un zobratu komponenti (Chen et al., 2022). Smērvielu integrācija apšuvuma materiālā nodrošina papildu funkcionalitātes slāni, uzlabojot apšuvuma komponentu kopējo veiktspēju.
3. Funkcionāli klasificēti materiāli (FGM)
Funkcionāli šķirotajiem materiāliem (FGM) ir raksturīga pakāpeniska sastāva vai struktūras maiņa materiāla biezumā. Lāzera apšuvumā FGM var izmantot, lai izveidotu pārklājumus ar dažādām īpašībām, piemēram, pakāpenisku pāreju no cietas, nodilumizturīgas virsmas uz elastīgāku un stingrāku pamatslāni.
gadā publicēts pētījumsMateriāli un dizainspēta FGM pielietojumu lāzera apšuvumā, parādot, ka šie materiāli piedāvā uzlabotu veiktspēju termisko un mehānisko īpašību ziņā (Kumar et al., 2023). FGM ir īpaši noderīgi lietojumos, kur nepieciešama pakāpeniska īpašību pāreja, piemēram, kosmosa komponentos un augstas veiktspējas inženiertehniskajās daļās.
Secinājums
Lāzera apšuvuma joma strauji attīstās, attīstot inovatīvus materiālus, kas piedāvā uzlabotu veiktspēju un funkcionalitāti. Sakausējumu sastāvu attīstība, tostarp augstas entropijas sakausējumi un niķeļa bāzes supersakausējumi, nodrošina ievērojamus mehānisko īpašību, nodilumizturības un termiskās stabilitātes uzlabojumus. Turklāt inovācijas pulvermateriālos, piemēram, nanopulveros un pašeļļojošos pulveros, veicina smalkākus, funkcionālākus apšuvuma slāņus.
Tā kā tehnoloģija turpina attīstīties, atbilstošu materiālu izvēlei būs izšķiroša nozīme lāzera apšuvuma procesu veiktspējas un izmaksu efektivitātes optimizēšanā. Sagaidāms, ka, turpinot pētniecību un attīstību šajā jomā, tiks iegūti vēl progresīvāki materiāli, tādējādi palielinot virsmas uzlabošanā un piedevu ražošanā sasniedzamās robežas.
Atsauces
Yoo, JS, Kim, HS un Lee, KW (2023). "Augstas entropijas sakausējumi lāzera apšuvuma lietojumiem."Acta Material, 233, 116457.
Wang, L., Zhang, Y. un Chen, X. (2022). "Pēdējie sasniegumi niķeļa bāzes supersakausējumos lāzera apšuvumam."Materiālzinātnes un tehnoloģiju žurnāls, 98, 45-58.
Zhang, R., Xu, L. un Li, J. (2023). "Uzlabota nodilumizturība ar lāzeru pārklātiem dzelzs sakausējumiem."Materiālzinātne un inženierzinātnes: A, 881, 144822.
Li, H., Wang, Z. un Zhang, C. (2023). "Nanopulveri lāzera apšuvumā: ietekme uz mehāniskajām īpašībām un mikrostruktūru."Nanomateriālu žurnāls, 2023, 763264.
Chen, M., Huang, S. un Wu, Y. (2022). "Pašeļļojoši pulveri, lai uzlabotu lāzera apšuvuma veiktspēju."Virsmas un pārklājumu tehnoloģija, 451, 128233.
Kumar, P., Kumar, R., & Sharma, V. (2023). "Funkcionāli šķiroti materiāli lāzera apšuvumā: pārskats."Materiāli un dizains, 223, 111574.