低炭素鋼は生産コストが低いため、防衛産業、航空宇宙、日常生活においてかけがえのない役割を果たしていますが、硬度や耐摩耗性が低いため、機械装置の摩耗故障や損傷が発生しやすく、結果として重大な経済的損失が発生します。世界中で毎年、約 40% の材料損失による磨耗が発生しており、磨耗により、機械装置、コンポーネント、エンジニアリング構造部品が故障し、最大約 80% が廃棄されます。 材料の摩耗をいかに減らすかが研究者の焦点となっています。
高い生産性と低公害を備えた「グリーン」再生技術として、レーザークラッディングは、安価で低性能のマトリックス材料の表面に高性能のコーティングを生成し、資源の無駄を減らし、生産コストを削減できます。 レーザークラッドは原子間結合を持っているため、他の表面処理方法よりも高い結合力を持ち、マトリックスの表面は摩擦や摩耗に対する耐性、耐食性、耐キャビテーション腐食性、耐高温酸化性などに優れています。 したがって、レーザークラッディング技術は、高性能コーティングの調製、無効な部品の再製造、その他の側面においてますます広範な研究と応用が行われており、市場の見通しは非常に大きくなっています。
レーザークラッドプロセスパラメータ
レーザークラッディングには、材料、物理学、化学、冶金などの多くの分野が関係しており、そのプロセスは非常に複雑です。 決定されているレーザーシステム、マトリックス材料およびクラッド材料の特性に加えて、レーザクラッドプロセスの技術パラメータ、クラッド材料の供給モード、およびレーザビームの走査モードは、巨視的な品質に重要な影響を及ぼします。 、レーザークラッド層の微細構造と保守性。 プロセスパラメータの選択は、クラッド層の巨視的な品質、微細構造、特性に重要な影響を与えます。 レーザークラッディングのプロセスパラメータには、主にレーザー出力、スポットサイズ、走査速度、結合速度、粉末供給速度またはプレコート粉末の厚さが含まれます。 肉盛プロセスでは、肉盛合金粉末の組成と必要な性能に応じてプロセスパラメータを調整できます。 特定のクラッド条件に応じて、技術パラメータを最適化することは、高品質のクラッド層を製造するための重要な保証となります。
レーザークラッドプロセスの最良のパラメータは、クラッド層の幅、高さ、深さを使用することによって得られました。 また、走査速度が最も重要な要素であり、次にレーザー出力が続き、焦点ぼけが最も重要でない要素であることも指摘されています。 さまざまなクラッド材料および基板に対して、レーザー クラッドの良好な形成を達成するための重要な比エネルギー値が存在します。 クラッディングプロセスで使用される比エネルギーが臨界比エネルギーより大きい場合、良好な冶金的結合を備えたクラッディング層を調製できます。 同じクラッド材料とマトリックスの場合、比エネルギーが類似している場合、通常、低出力と小さな走査速度が使用されます。 このプロセスは加熱速度が遅く、加熱時間が長く、クラッド層とマトリックス金属との温度差が小さく、熱応力が小さく、割れ傾向が小さい。
クラッド材
レーザークラッディングは主に、基板材料表面の物理的および化学的特性を改善することによって性能を向上させます。 組成は性能を決定し、クラッド層の組成は主に使用されるクラッド材料の種類によって決まります。 クラッド材料はクラッド層の性能に影響を与える重要な要素です。 現在、クラッド粉末としては、自己融着合金粉末、セラミック粉末、金系複合材料が主に使用されています。
1. 自溶合金粉末
自溶合金粉末とは、鉄、コバルト、ニッケル基合金にB元素やSi元素を添加した粉末を指します。 B と Si は、レーザー クラッディング プロセスにおいて自己脱酸とスラグ形成の機能を果たします。 比重の小さいスラグは被覆層の表面を覆い、溶融池を保護し、溶融池の過度の酸化を防止する。 この種の材料は通常の炭素鋼との適合性が良好で、調製されたコーティング表面は滑らかで欠陥が少なく、マトリックスとの優れた組み合わせを形成できます。 現在、一般的に使用されている自己可融合金粉末には、主にNi基自己可融合金、Co基自己可融合金、Fe基自己可融合金の3種類の粉末が含まれています。 Co基、Ni基の自溶合金粉末とマトリックス材料は、濡れ性が良く、耐食性が強く、コストが比較的高いため、高温条件下でも一定の自己潤滑効果があり、航空宇宙、石油、その他の産業分野で一般的に使用されています。精密部品の耐疲労性、耐食性、耐摩耗性、耐高温性が要求される。 Fe ベースの自己可溶性合金粉末は、一定の耐摩耗性と低価格を備えていますが、合金コーティングは、特定の耐摩耗性要件を持つワークピースに広く使用されているレーザー クラッディング プロセスにおいて、亀裂、酸化、気孔欠陥が発生しやすいです。マトリックス材料は主に鋳鉄と低炭素鋼です。
2. セラミックパウダー
セラミック粉末材料は、その高い硬度と強度、優れた耐摩耗性、耐食性、および高温安定性により、特殊な性能のコーティングを調製するための最良の選択肢とみなされています。 ただし、セラミック材料は靭性が非常に低く、脆性が高く、熱膨張係数が大きいため、コーティングに亀裂が入りやすくなります。 この問題を解決するために、一部の研究者は中間遷移層を追加したり、膨張系列数の高い TiO2 や CaO 酸化物をセラミック材料に追加したりすることで、コーティングの亀裂傾向を軽減していますが、研究結果はまだ満足のいくものではなく、さらなる研究が必要です。 。
3.複合粉末
複合粉末は、セラミックコーティングと基材の特性の違いにより両者の間に発生する可能性のある深刻な亀裂を克服するために開発されました。 金属や合金の粉末に、硬度の高い各種硬質材料を添加し、均一に混合して形成される新しい被覆材システムを指します。 硬質材料はレーザークラッド層の強化相として使用され、金属または合金粉末は主に結合相および遷移層として機能し、硬質材料と金属マトリックス間の良好な遷移を促進できます。クラッド層は良好に形成されており、高い硬度を持っています。 硬質材料は主に高融点、高硬度のセラミック材料で構成されています。 金属合金粉末は主にFe系、Ni系、Co系の3種類の自溶合金粉末です。 硬質材料の添加方法：まず、硬質材料粉末を金属合金粉末に直接添加し、均一に混合する。 もう 1 つは合金粉末に硬質材料をコーティングしたものです。 実際の使用条件に応じて、対応する硬質強化材と適合する金属基合金粉末を均一に混合して、必要な複合粉末を形成できます。 セラミック強化金属マトリックス複合コーティングは、レーザークラッド技術によって選択されたマトリックス材料上に調製され、クラッド層に高い強度と靭性を持たせるだけでなく、硬い硬化相を最大限に利用してマトリックス金属の性能を向上させます。注目の研究テーマとなっている素材。
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