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世纪难题即将被解决,其所创的价值将翻百倍!激光熔覆裂纹研究现状

发布:2022-05-27 09:46作者:www.huyunjituan.com点击:675次

激光熔覆是一种可追溯到 1980 年代的先进制造技术。该技术将高速制造技术与表面处理技术相结合,应用范围广泛;但是,涂层容易产生裂纹,原因很多,难以控制。这在很大程度上限制了激光涂层的广泛使用,因此防止涂层的形成已成为亟待解决的问题。本文从裂纹分类、形成机理及对策等方面总结了激光镀膜裂纹研究的现状,为激光熔技术的发展提供有益信息。
培训机制:
激光镀膜工艺温度梯度高、能量密度高、不平衡。例如,分析激光涂层的裂纹形成机理对裂纹控制具有积极作用。目前,国内外对激光熔裂纹起源和扩展的研究主要基于以下三个方面:
1) 研究金属材料中裂纹形成和扩展的微观理论以及描述微裂纹的建议方法;
2)观察材料的显微组织,分析开裂机理;
3) 对材料的微观结构进行建模,以模拟裂纹的发生和扩展。
特别是在热裂的研究中,许多研究人员提出了各种理论、假设和准则,如:B.固化裂化理论、力理论、恢复理论、液膜理论、空腔理论、复杂操作理论等。此外,裂缝起始判据还包括 Pellin 提出的判据和 Prokhorov 提出的井速判据。可以肯定的是,涂层的开裂一开始是力学和冶金结合的结果。无论是热裂纹还是冷裂纹,其形成和扩展也与成形过程中的应力密切相关。黑客机制如下所述。
2.1 在凝固过程方面
在冷凝开始时,涂层的成分主要是液相,因此晶体可以自由生长,使棒难以居中。但随着时间的推移,随着固相比例积累到一定程度,固相之间形成封闭结构,微晶之间开始形成液膜,不连续,不能自由释放。当冷凝被压缩时,液膜的电荷集中很容易因固体两相区的晶界被击穿而引起,进而导致击穿。由于镀锌层的凝结过程非常快,裂纹填充开始后没有新的液相,微裂纹的增加导致可处理裂纹的形成。可以说,晶粒间的液膜是裂纹形成的先决条件,变形的局部集中是裂纹形成和发展的先决条件。同时,快速凝固和快速冷却会在不均匀或分离的结构中产生高热应力,并随后产生残余拔模。这种力很容易沿着晶体开始,然后迅速在晶体的脆面上形成,导致裂纹的形成。
2.2 晶体结构
服装成型过程中的快速冷却和快速加热很容易导致服装层形成多个过渡,这些过渡在一定方向上滑动以补偿堆积并在集中结束时产生应力。 † 囤积。一旦该应力超过材料的抗拉强度,就会形成裂缝并开始形成裂缝核心。当护套的拉应力超过裂纹的临界扩展应力时,就会发生开裂。有时激光功率过高、转速过慢或停留时间过长都会大大降低熔池的冷却速度,但镀层粒径过大,应力过于集中,反而会增加。宽慰。此外,晶粒取向对裂纹的形成和扩展也有一定的影响。研究表明,裂纹扩展速率与晶粒取向的差异呈负相关。
2.3 基于组织弱点
涂层中的孔隙和夹杂物会使涂层的结构变成高度裂纹的结构,造成微观缺陷或裂纹源。毫无疑问,只有当裂纹源的尺寸超过断裂的临界尺寸时,裂纹才会在应力载荷下开始并发展。有时,共晶结构还充当裂纹形成和扩展的“催化剂”。柱状晶界是多种不同元素凝固的终点。晶界金属比晶粒中的晶粒具有更低的熔点和更大的分解倾向。当液态金属具有分散在柱状晶粒边缘的液膜形式时,由于微晶的集中,很容易因拉应力而引起涂层晶粒间的开裂。由于残余应力的积累,具有脆性相的涂层在硬化后很容易损坏。共晶结构可以充当成核位置,并通过允许裂纹在晶界处沿脆弱的枝晶共晶相扩展,为脆性断裂提供易断裂通道。此外,孔隙有时还充当“熔断器”,引起裂纹和扩散,从而影响涂层的组织,甚至导致涂层从基材上脱落。同时,气孔也是造成应力集中和增加涂层开裂敏感性的主要原因。
2.4 关于材料的特性
涂层和基材的热膨胀系数不同,很容易产生残余热应力。这种应力以残余抗拉强度的形式存在,并且在外壳和基材之间的界面处最大,这意味着裂缝通常从界面处开始。较大的温差也容易导致热阱的形成。较大的温差导致衬里不同部位的冷却速度不同,而快速冷却的部分受到相邻织物的限制,产生拉应力,导致衬里表面开裂,冷却速度更快。此外,衣服下的快速局部加热和快速冷却很容易导致非常不均匀的热应力。由于快速冷凝过程中熔体的收缩以及基体和凝固熔体的限制,涂层中可以同时产生拉伸应力,达到数百兆帕。当蒙皮结构的拉应力超过塑性变形极限时,就会形成裂纹。
3 对策
3.1 工艺参数的优化
工艺参数的选择与涂层的表面质量、显微组织和性能密切相关,对其进行优化可以有效降低涂层的内应力,提高涂层的力学性能。对于给定的点大小,影响最大的工艺参数
3.1.1 激光功率对裂纹的影响
涂层单位表面单位的裂纹数量一般与激光功率呈正相关。P.上官旭超等人对 45 个不同激光功率(600、800、1000 W)的钢材表面进行了激光反射,发现:在800W的激光功率下,铁基复合陶瓷的开裂率最弱。在其他一些情况下,Yi等人,通过修改激光功率,对灰口铸铁表面进行激光固化,最终得到激光功率为3500W的无裂纹涂层。朱刚贤等认为提高激光功率降低前进速度可以减少裂缝。在研究了激光功率与涂层破损的关系后,李江宁认为,使用凸块可以减少和控制裂纹。因为如果激光功率过低,涂层区域会出现组织松散、气孔等缺陷,增加了开裂的可能性;随着激光功率的增加,对鞘的组织损伤逐渐减少。激光功率高时,壳晶同时自由生长,虽然结构略显粗糙,但韧性和韧性有所提高,晶粒与低熔点晶体之间的硬质相减少,有用在减少。对尿布撕裂的敏感性。因此,裂纹的数量随着激光功率的增加而减少,但过高的激光功率会增加涂层推进的比能,从而增加焊缝的质量。在极端情况下,衬里会破裂,熔池会逸出。
扫描速度v与激光功率P具有相同的影响。大量理论和实验结果表明,涂​​层的开裂速度与扫描速度呈负相关。吴新伟等。选择 2 kW CO2 激光器将镍基复合马桶涂层应用于 A3 钢基材。测试结果表明,随着激光扫描速度的增加,涂层中的粗裂纹数量减少,扫描速度为11 mm/sec。左右效果最好。此外,Zhang Lei 等人、Fu 等人、Zhou 等人还通过相应地调整扫描速度成功地克服了对操纵的敏感性。随着干燥速度的增加,固液两相化合物固化,温度梯度增加,导致涂层中残余应力增加,开裂速度增加。此外,激光功率越低,扫描速度对涂层裂纹产生的影响越大。但李江英认为,由于流量减小引起的温度梯度增大,部分补偿了熔池膨胀引起的温度梯度减小,因此变化率的变化对熔池的影响不大。
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