1. Întărirea suprafeței cu laser
Întărirea suprafeței cu laser folosește în principal un fascicul laser de înaltă energie pentru a iradia suprafața unui metal sau aliaj, iar efectul termic generat face ca suprafața substratului să formeze un proces de încălzire solid care nu depășește punctul de topire. În același timp, transformarea de fază este întărită pe suprafața metalului prin utilizarea prezenței transformării izomerice în materialul matricei combinată cu încălzirea cu laser și efectul de auto-răcire a materialului. Pentru aliajele de titan, au existat studii în acest domeniu încă de la începutul secolului 20. Dai Zhendong și colab. a îmbunătățit semnificativ duritatea aliajului de titan TC11 prin stingerea cu laser de scanare a suprafeței, iar coeficientul său de frecare a putut fi redus la valoarea originală 0.2 ~ 0,3, iar rezistența la uzură la frecare a fost crescută de 123 de ori, ceea ce s-a îmbunătățit foarte mult. proprietățile suprafeței aliajului. Structura suprafeței și proprietățile aliajului de titan TC11 au fost optimizate de Zhang Hong și colab. Rezultatele arată că călirea cu laser poate rafina structura suprafeței în mod evident și poate îmbunătăți duritatea și rezistența la uzură. Zhang Qi și colab., prin studiul diferitelor aliaje de titan tratate prin auto-stingere cu laser și solidificare rapidă, au confirmat că tratamentul de auto-stingere nu numai că rafinează structura și granulația aliajului, dar face și compoziția chimică a suprafeței mai omogenă. , iar raportul de segregare după călire poate fi redus de la starea inițială de 1,28 la 1,04 și nu se găsesc găuri, fisuri și alte defecte în stratul de călire. Se poate obține o suprafață de aliaj netedă și uniformă.
2. Retopire la suprafață cu laser
Retopirea suprafeței cu laser este o metodă de topire și solidificare rapidă a suprafeței substratului prin radiarea suprafeței materialului sub protecția atmosferei de argon, astfel încât să rafinăm structura și să îmbunătățească performanța materialului. Guo Chun și colab. a efectuat un tratament de retopire cu laser pe suprafața aliajului TC4 prin fascicul laser. După observarea microscopică, structura de suprafață a matricei a fost rafinată, iar proprietățile suprafeței, cum ar fi duritatea și rezistența la uzură, au fost, de asemenea, îmbunătățite semnificativ. În plus, unii cercetători au folosit laserul Nd∶YAG pentru a topi suprafața aliajului TiNi, iar stratul de placare și combinația metalurgică a matricei sunt bune, pot forma o peliculă de pasivare continuă și densă, iar rezistența la coroziune este îmbunătățită semnificativ. Prin tratarea de topire a suprafeței cu laser a titanului pur industrial TA2, Dai Jingjie consideră că îmbunătățirea rezistenței la uzură a suprafeței se datorează distorsiunii rețelei, întăririi cristalelor fine și întăririi dislocării cauzate de procesul de topire. Cu toate acestea, retopirea la suprafață nu îmbunătățește performanța tuturor materialelor din aliaj de titan, iar performanța acestuia este, de asemenea, posibil să se deterioreze. Rezultatele arată că boabele formate prin topirea suprafeței cu laser a aliajului de titan TA15 sunt anormal de aspre. După tratamentul de topire a suprafeței cu laser a aliajului TiZr, Xu Bo a constatat că microstructura zonei de retopire la cald a fost granule grosiere, microduritatea zonei modificate a fost mai mică decât cea a matricei și rezistența la uzură nu a fost îmbunătățită semnificativ.
3. Repararea suprafeței cu laser
Repararea suprafeței cu laser poate fi clasificată ca o ramură a tehnologiei de reparare cu formare cu laser și este, de asemenea, o sinteză a tehnologiei de formare cu laser și a tehnologiei de placare cu laser, care este o aplicație și o dezvoltare ulterioară în domeniul reparației pieselor metalice. Defectele de suprafață ale titanului și aliajelor de titan pot fi eliminate prin utilizarea tehnologiei de reparare a suprafeței cu laser. Deng Dewei și colab. a verificat că repararea cu laser poate vindeca fisurile de pe suprafața aliajului de titan. După tratamentul de reparare cu laser, valoarea durității matricei în jurul zonei modificate a crescut, iar curba de modificare a durității dintre zona modificată și zona afectată de căldură a fost relativ plată. Gong Xinyong și colab. a folosit scanarea continuă cu laser pentru a repara rotorul din aliaj de titan TC11 prin topire și precipitare cu laser, iar experimentul a verificat că performanța rotorului a fost intactă și a fost realizată repararea perfectă a pieselor. Cui Aiyong și colab. obținut stratul de placare Cr2O3/Ti fără fisuri interne pe suprafața aliajului TC4 prin tehnologia de reparare a placajului cu laser. Suprafața stratului modificat este netedă și are o bună legătură metalurgică cu substratul, realizând astfel repararea cu laser a părților deteriorate ale palelor compresorului.
4. Aliarea suprafeței cu laser
Aliarea suprafeței cu laser este o metodă care utilizează fascicul laser de înaltă energie pentru a încălzi și a topi rapid suprafața materialului pentru a promova reacția de aliere a suprafeței, astfel încât să îmbunătățească proprietățile suprafeței aliajului, care poate fi împărțit în aliaje cu gaz de suprafață și aliaje de pulbere de suprafață.
Gazul introdus prin alierea cu gaz este în principal N2 sau amestecul acestuia, cunoscut și sub denumirea de nitrurare cu gaz laser. Este într-o atmosferă de azot, utilizarea fasciculului laser de înaltă energie pentru a activa atomii de azot, acțiunea la temperatură înaltă pentru a topi suprafața materialului, atomul de azot activ și faza lichidă a reacției de aliere a bazinului de metal topit Ti, formând un faza tare TiN. După tratamentul de nitrurare cu gaz cu laser a titanului pur TA2 cu laser Nd∶YAG, Wang Pei și colab. a constatat că coeficientul de frecare pe suprafața materialului a fost de aproximativ 0.22, care a fost aproximativ 1/4 din matrice, iar rezistența la uzură a fost mult îmbunătățită. În același timp, cu cât este mai densă distribuția zonei întărite de nitrurare, cu atât coeficientul de frecare este mai mic și cu atât rezistența la uzură este mai bună. Curba de distribuție a microdurității care se extinde de la suprafața de nitrurare la matrice arată că nitrurarea cu gaz cu laser poate îmbunătăți duritatea suprafeței aliajului de titan.
Alierea cu pulbere de suprafață cu laser este utilizarea laserului cu energie înaltă și caracteristici de încălzire rapidă, astfel încât suprafața substratului și solidificarea reacției de topire a pulberii de aliaj de aliaj, formând un material substrat bazat pe stratul de aliaj de suprafață. Ge Xiaolan și colab. a folosit un fascicul laser de înaltă energie pentru a alia suprafața aliajului TC4 cu pulbere amestecată de Ti, Al și Nb pentru a produce o acoperire din aliaj TiAlNb. Duritatea acoperirii din aliaj a arătat o tranziție ușoară de-a lungul direcției adâncimii acoperirii și a crescut treptat de la interior la exterior. Duritatea medie a acoperirii a fost semnificativ mai mare decât cea a matricei TC4, iar coeficientul de frecare a fost redus, iar rezistența la uzură a fost de aproape 3 ori mai mare decât cea a matricei. Liu Qinghui și colab. Pulbere amestecată cu element elementar Ti/Si/C acoperit pe suprafața aliajului TC4 și a folosit tehnologia de aliere cu laser pentru a genera o acoperire de aliaj pe suprafața matricei. Se constată că învelișul de aliaj este compus din compuși Ti, Si și C. Microduritatea medie a acoperirii este cu 80% mai mare decât cea a substratului, iar coeficientul mediu de frecare al acoperirii este de aproximativ 0,38, care este cu aproximativ 16% mai mic decât cel al substratului. Duritatea suprafeței și rezistența la uzură sunt îmbunătățite semnificativ.
5. Placarea suprafeței cu laser
Placarea suprafeței cu laser poate fi, de asemenea, clasificată ca o tehnologie de modificare a suprafeței, este baza reparării suprafeței cu laser. Este utilizarea fasciculului laser de înaltă densitate de energie pentru a adăuga materialul de placare la suprafața substratului, pentru a forma materialul de placare și o combinație metalurgică bună a substratului de strat de placare pe suprafața substratului. Diagrama procesului de placare este prezentată în figura următoare.
Procesul de placare cu laser este însoțit de alierea cu laser, dar în comparație cu alierea cu laser simplă, materialul stratului de placare nu este complet amestecat cu matricea la reacția de aliere, ceea ce poate reflecta mai bine proprietățile speciale ale materialului de placare. În prezent, există multe sisteme de materiale utilizate pentru placarea cu laser a titanului și aliajelor de titan, inclusiv C, B, N, Si și Ni. În funcție de compoziția și proprietățile stratului de placare, acoperirile preparate pot fi împărțite în acoperiri rezistente la uzură, acoperiri rezistente la oxidare la temperaturi înalte, acoperiri biologice și acoperiri cu barieră termică.
5.1 Acoperire rezistentă la uzură
Rezistența la uzură a aliajului de titan este slabă în comparație cu alte proprietăți, astfel încât modificarea suprafeței cu laser se concentrează mai mult pe îmbunătățirea rezistenței la uzură a matricei. În general, cu cât conținutul de faze dure din stratul rezistent la uzură este mai mare, cu atât duritatea este mai mare și rezistența la uzură este mai bună. Există multe materiale de placare care pot îmbunătăți rezistența la uzură a aliajelor de titan, inclusiv B, C, Ni, Si, B4C, Cr2C3, TiC, BN, SiC, TiB, TiB2 și Al2O3. Folosind ca materii prime pulberi compozite NiCr/Cr3C2 și WS2, Wu Shaohua și colab. au studiat îmbunătățirea rezistenței la uzură a acoperirilor compozite NiCr/Cr3C2, comparând placarea laser cu diferite cantități de WS2. Rezultatele au arătat că acoperirea compozită a avut cea mai bună rezistență la uzură atunci când 20% din WS2 a fost adăugat la materialul de placare. Rezultatele arată că cantitatea adecvată de WS2 poate forma o fază de auto-lubrifiere și apoi prezintă proprietăți bune de uzură și anti-frecare. Sun Ronglu și colab. au folosit lasere pentru a efectua experimente de placare cu laser pe suprafața probelor TC4. Au fost utilizate pulberi amestecate de Ni și MoS2 ca materiale de acoperire. În timpul procesului de placare, au avut loc reacții metalurgice între stratul de suprafață al probei, pulberile amestecate și pulberile amestecate, iar particulele sferice de CrxSy au fost amestecate uniform în dendritele dendritice ale stratului de placare. Coeficientul de frecare este redus în timp ce rezistența la uzură este îmbunătățită. Liu și colab. a selectat pulbere de aliaj de bază Co ca material de placare și a obținut un strat compozit pe bază de cobalt cu faze dendritice fine și granulare armate prin tehnologia de placare cu laser. Rezistența la uzură a matricei și a stratului de placare a fost măsurată de mașina de testare a uzurii și s-a constatat că rata de uzură a stratului de placare a fost de numai 1/12 din matrice, iar rezistența la uzură a fost îmbunătățită semnificativ. Weng şi colab. placare cu laser TiN și pulbere mixtă pe bază de Co pe suprafața aliajului TC4, rezultatele arată că pe stratul de placare se pot forma compuși intermetalici Co/Ti cu o rezistență excelentă la uzură și o fază de întărire a dispersiei, iar rezistența la uzură a stratului compozit va fi îmbunătățit în continuare odată cu creșterea adaosului de pulbere de TiN.
5.2 Acoperire rezistentă la oxidare
Piesele structurale pentru aplicații de inginerie sunt adesea în serviciu pe termen lung în condiții de temperatură ridicată. Pentru a reduce sau a evita reacția chimică sau electrochimică dintre O, S, N și alte elemente din atmosfera de lucru la temperatură înaltă și matrice, un strat dens de protecție la temperatură înaltă este în general construit pe suprafață pentru a proteja matricea de a fi distrus. Yu Pengcheng și colab. a folosit tehnologia de placare cu laser pentru a pregăti acoperiri compozite pe suprafața aliajului TC4 cu pulbere de aliaj NiCr-Al-Si ca material de placare. Acoperirile de placare cu structură densă continuă au fost amestecate uniform cu Al2O3, NiO, TiO2, NiCr2O4 și alți compuși prin această metodă. Rezultatele experimentale arată că rezistența la oxidare la temperatură înaltă a acoperirii este de 7 ~ 9 ori mai mare decât cea a substratului. Liu și colab. placarea cu laser TiN+Ti3Al amestecat pulbere pe suprafața aliajului TC4 și pregătit o acoperire compozită compusă din faze mixte -Ti, TiN, Al2O3 și TiO2. Ei au efectuat teste de oxidare izotermă la 600 și, respectiv, 800 de grade. Rezultatele experimentale arată că stratul compozit are o rezistență mai bună la oxidare la temperatură înaltă decât matricea din aliaj de titan.
5.3 Acoperire cu barieră termică
Temperatura de funcționare în industria aerospațială, motoarele cu turbine cu gaz și alte medii a atins temperatura limită a materialelor superaliate. Acoperirea cu barieră termică a materialelor din aliaj combină performanța materialelor metalice cu avantajele rezistenței la temperaturi înalte a materialelor ceramice pentru a juca rolul de izolare termică a materialelor ceramice, astfel încât piesele să poată funcționa normal în condiții de temperatură ridicată. Shan Xiaohao și colab. a folosit tehnologia de placare cu laser pentru a prepara o acoperire cu barieră termică la temperatură înaltă prin amestecarea pulberilor de Nb, Al și Ti și a constatat că rezistența la oxidare la temperatură înaltă a acoperirii era legată de gradul de segregare a Ti și de conținutul de compuși Nb2Al din aliajul. Când fracția de masă a Ti este de 15,18% în greutate, gradul de segregare a Ti din aliaj este cel mai scăzut, iar rezistența la oxidare a acoperirii este cea mai bună. Având în vedere faptul că TiO2 poros liber este principalul motiv pentru rezistența slabă la oxidare a aliajului TC4, Xu Jiangning și colab. placare cu laser NiCrNiSi pulbere amestecată pe suprafața sa. Rezultatele experimentale arată că stratul de film de oxid compus din Al2O3 și NiO dens continuu poate preveni eficient eroziunea atomilor de oxigen de pe matrice, iar rezistența la oxidare poate fi îmbunătățită semnificativ.
5.4 Bio-acoperire
O acoperire bioactivă este depusă pe suprafața aliajului de titan prin tehnologia de placare cu laser, ceea ce face ca implantarea aliajului de titan să prezinte o biocompatibilitate mai bună. Li Fuquan și colab. a acoperit stratul biologic de hidroxiapatită pe suprafața TC4. Analiza de fază a acoperirii a constat în principal din faze ceramice dure, cum ar fi -Ti, Ti3P, TiO și CaTiO3, iar combinația ceramică a fost bună, suprafața uniformă și netedă, iar rezistența la uzură și umectarea biologică au fost bune. În plus, pentru a se asigura că matricea de aliaj de titan a format o acoperire biologică uniformă, plată, cu legare metalurgică puternică, prin acoperire cu gradient de placare și placare multiplă, pentru a preveni structura acoperirii, mutația de stres pentru a reduce stresul intern. Shi Lei și colab. acoperit cu gradient de HA pur, amestecat de HA și HA pe suprafața TC4 și a constatat în experimente comparative că stratul de gradient de HA a arătat o performanță mai excelentă, cu rezistență mare de legare la substrat, raport Ga/P mai aproape de osul natural, corespunzător continut mai mare de HA si activitate biologica superioara.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. este o întreprindere de înaltă tehnologie specializată în cercetare și dezvoltare, producție și vânzare de echipamente automate de placare cu laser, echipamente de placare cu laser de mare viteză, echipamente de stingere cu laser, echipamente de sudare cu laser și echipamente de imprimare 3D. Echipamentul de sudare cu laser este rentabil și vândut pe plan intern și în străinătate. Dacă sunteți interesat de produsele noastre, vă rugăm să ne contactați labob@gshenglaser.com.