Principio e introduzione al rivestimento laser

Processo di rivestimento: Il rivestimento laser può essere suddiviso approssimativamente in due categorie in base al metodo di fornitura dei materiali di rivestimento, ovvero rivestimento laser preimpostato e rivestimento laser sincrono.

Il rivestimento laser preimpostato consiste nel posizionare preventivamente il materiale di rivestimento sulla parte da rivestire della superficie del substrato, per poi utilizzare l'irradiazione laser per scansionarlo e fonderlo. Il materiale di rivestimento viene aggiunto sotto forma di polvere o filo, e la polvere è la forma più comunemente utilizzata.

La placcatura laser sincrona consiste nell'iniettare simultaneamente, attraverso l'ugello, materiali di rivestimento in polvere o in filo nel bagno di fusione durante il processo di placcatura. Il materiale di rivestimento viene aggiunto sotto forma di polvere o filo, tra i quali la polvere è la forma più comunemente utilizzata.

Il processo principale di rivestimento laser preimpostato è il seguente: pretrattamento della superficie di rivestimento del substrato --- materiale di rivestimento preimpostato --- preriscaldamento --- rivestimento laser --- post-trattamento termico.

Il flusso di processo principale della placcatura laser sincrona è il seguente: pretrattamento della superficie di placcatura del substrato --- preriscaldamento --- placcatura laser sincrona --- post-trattamento termico.

Secondo il diagramma di flusso del processo, le fasi relative al rivestimento laser sono principalmente il metodo di pretrattamento della superficie del substrato, il metodo di alimentazione del materiale di rivestimento, il preriscaldamento e il post-trattamento termico.

Principio di funzionamento del laser:

Il set completo di apparecchiature per la placcatura laser comprende: laser, unità di raffreddamento, meccanismo di alimentazione della polvere, tavolo di lavorazione, ecc.

Selezione dei laser: i principali tipi di laser supportati dal processo di rivestimento laser includono laser a CO2, laser a stato solido, laser a fibra, laser a semiconduttore, ecc.

Parametri di processo

I parametri di processo della placcatura laser includono principalmente la potenza del laser, il diametro del punto, la velocità di placcatura, la quantità di defocalizzazione, la velocità di alimentazione della polvere, la velocità di scansione, la temperatura di preriscaldamento, ecc. Questi parametri influenzano notevolmente il tasso di diluizione dello strato di placcatura, la formazione di crepe, la rugosità superficiale e la compattezza dei pezzi placcati. Inoltre, i parametri si influenzano reciprocamente, rendendo il processo molto complesso, e pertanto è necessario utilizzare metodi di controllo adeguati per mantenerli entro i limiti consentiti dal processo di placcatura laser.

Il rivestimento laser ha 3 parametri di processo importanti

potenza laser

Maggiore è la potenza del laser, maggiore è la quantità di metallo di rivestimento fuso e maggiore è la probabilità di porosità. All'aumentare della potenza del laser, aumenta anche la profondità dello strato di rivestimento, il metallo liquido circostante fluttua violentemente e la solidificazione dinamica cristallizza, in modo che il numero di pori si riduca gradualmente o addirittura si elimini, e anche le crepe si riducano gradualmente. Quando la profondità dello strato di rivestimento raggiunge la profondità limite, all'aumentare della potenza, la temperatura superficiale del substrato aumenta e il fenomeno di deformazione e fessurazione si intensifica. Se la potenza del laser è troppo bassa, si fonde solo il rivestimento superficiale e il substrato non si fonde. In questo caso, si verificano fessurazioni localizzate sulla superficie dello strato di rivestimento. Si formano grumi, vuoti, ecc., vanificando lo scopo del rivestimento superficiale.

diametro del punto

Il raggio laser è generalmente circolare. La larghezza dello strato di rivestimento dipende principalmente dal diametro del punto del raggio laser; all'aumentare del diametro del punto, lo strato di rivestimento diventa più ampio. Diverse dimensioni del punto causano cambiamenti nella distribuzione dell'energia sulla superficie dello strato di rivestimento, e la morfologia e le proprietà microstrutturali dello strato di rivestimento ottenuto sono piuttosto diverse. In generale, la qualità dello strato di rivestimento è migliore quando la dimensione del punto è piccola e diminuisce all'aumentare della dimensione del punto. Tuttavia, un diametro del punto troppo piccolo non è favorevole all'ottenimento di uno strato di rivestimento di grandi dimensioni. [3]

velocità di rivestimento

La velocità di rivestimento V ha un effetto simile alla potenza del laser P. Se la velocità di rivestimento è troppo elevata,la polvere di leganon può essere fuso completamente e non si ottiene l'effetto di un rivestimento di alta qualità; se la velocità di rivestimento è troppo bassa, il bagno fuso rimane troppo a lungo, la polvere si brucia eccessivamente, gli elementi di lega si perdono e l'apporto di calore alla matrice è elevato, aumenterà la quantità di deformazione.

I parametri del rivestimento laser non influenzano in modo indipendente la qualità macroscopica e microscopica dello strato di rivestimento, ma si influenzano reciprocamente. Per illustrare l'effetto complessivo della potenza laser P, del diametro del punto D e della velocità di rivestimento V, viene proposto il concetto di energia specifica Es, ovvero:

Es=P/(DV)

Cioè, l'energia di irradiazione per unità di area e fattori come il laserdensità di potenzae la velocità di rivestimento possono essere considerate congiuntamente.

La riduzione dell'energia specifica è vantaggiosa per ridurre il tasso di diluizione e presenta anche una certa correlazione con lo spessore dello strato di rivestimento. A parità di potenza del laser, il tasso di diluizione dello strato di rivestimento diminuisce all'aumentare del diametro del punto, mentre a parità di velocità di rivestimento e diametro del punto, il tasso di diluizione dello strato di rivestimento aumenta all'aumentare della potenza del raggio laser. Inoltre, all'aumentare della velocità di rivestimento, la profondità di fusione del substrato diminuisce, e di conseguenza diminuisce anche il tasso di diluizione dello strato di rivestimento dal materiale del substrato.

Nella placcatura laser multi-passaggio, il tasso di sovrapposizione è il fattore principale che influenzala rugosità superficialedello strato di rivestimento. Quando il tasso di sovrapposizione aumenta, la rugosità superficiale dello strato di rivestimento diminuisce, ma è difficile garantire l'uniformità della parte sovrapposta. La profondità dell'area di sovrapposizione tra le tracce di rivestimento è diversa dalla profondità del centro delle tracce di rivestimento, il che influisce sull'uniformità dell'intero strato di rivestimento. Inoltre, la tensione di trazione residua del rivestimento multi-passaggio si sovrapporrà, aumentando il valore della tensione totale locale e la sensibilità alla fessurazione dello strato di rivestimento. Il preriscaldamento e il rinvenimento possono ridurre la tendenza alla fessurazione dello strato di rivestimento.