1. Úvod do technologie laserového plátování

Technologie laserového plátování má oproti jiným technikám povrchového inženýrství významné výhody, včetně širokého rozsahu použití, vysoké přizpůsobivosti procesu a vysoké flexibility zpracování. Laserové plátování lze použít k vytváření povlaků ze slitin se specifickými funkcemi, jako je odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a odolnost proti oxidaci na povrchu součástí. Tyto povlaky vytvářejí metalurgické vazby se substrátem a vytvářejí husté, vysoce výkonné zesílené vrstvy, které podstatně zvyšují životnost dílů. Navíc tloušťka laserových plátovacích vrstev může dosahovat až 10 mm (srovnatelná se svařováním PTA, ale s mnohem vyšší pevností spoje). Na rozdíl od plazmového stříkání a jiných procesů má laserové plátování přesnější kontrolu tepelného příkonu, což vede k minimální deformaci obrobku.

Laserové plátování je však rychlý proces tavení a tuhnutí, při kterém dochází k rychlým výkyvům teploty roztavené lázně ve velmi krátkém čase. To vede ke koncentraci tepelného napětí, které může snadno způsobit praskání povlaku. Typy a příčiny vzniku trhlin jsou následující:

2. Typy prasklin a jejich příčiny

1. Praskání za studena (vzniká při ochlazování)

K praskání za studena dochází především ve fázi chlazení při procesu oplášťování. Je způsobeno tepelným napětím, které přesahuje pevnost materiálu v tahu v důsledku teplotního gradientu mezi roztavenou lázní a substrátem. K řešení tohoto problému se běžně přijímají následující opatření:

• Předehřívací úprava: Předehřátí substrátu před laserovým plátováním může účinně snížit teplotní gradient a zpomalit rychlost ochlazování, čímž se sníží tepelné napětí a zabrání se vzniku trhlin. Teplota předehřevu však musí být přesně kontrolována. Pokud je teplota příliš vysoká, může dojít k přehřátí substrátu, hrubnutí zrn nebo dokonce k deformaci dílů, což ovlivňuje rozměrovou přesnost.
• Návrh přechodové vrstvy: Přidáním přechodové vrstvy, která je kompatibilní se substrátem i s obkladovou vrstvou, lze zmírnit napětí způsobené nesouladem koeficientů tepelné roztažnosti, a tím snížit tendenci k praskání. Ačkoli je tato metoda účinná, zvyšuje složitost procesu a výrobní náklady.

2. Praskání za tepla (vzniká během tuhnutí)

K praskání za horka dochází zpravidla ke konci fáze tuhnutí roztaveného bazénu. Mezi hlavní příčiny patří:

• Struska a nekovové vměstky: Pokud prášek slitiny obsahuje značné množství nekovových složek (např. síru, fosfor nebo nízkotavitelné nečistoty), nemusí se zcela roztavit nebo vyplavat z roztavené lázně. Mohou se zachytit ve ztuhlé struktuře a působit jako zdroj prasklin při namáhání.
• Nesoulad parametrů procesu: Pokud jsou parametry, jako je výkon laseru, rychlost skenování a rychlost podávání prášku, nesprávně nastaveny, nemusí mít roztavený bazén dostatek času na reakci nebo může dojít k vyplavení nekovových součástí. V takových případech je třeba vhodně zvýšit výkon laseru nebo snížit rychlost skenování, aby se prodloužila doba trvání tekuté fáze roztaveného bazénu. To pomůže usnadnit vzestup nečistot a únik plynů, a tím snížit riziko vzniku trhlin za horka.

3. Trhliny při obrábění (vzniklé při následném zpracování)

U laserových plátovacích vrstev může také dojít k mechanickému popraskání při následném zpracování, například při soustružení nebo frézování. Plátovací vrstva často obsahuje tvrdé a křehké fáze (např. karbidy a boridy), které mohou při působení nadměrných řezných sil nebo nevhodného nástroje vést k lokální koncentraci napětí, což má za následek vznik mikrotrhlin nebo dokonce makrotrhlin. Aby se tomuto problému předešlo, je třeba optimalizovat následující postupy obrábění:

• Zvolte vhodné řezné materiály a geometrické úhly.
• Řízení hloubky řezu a posuvu.
• Ke snížení řezných teplot a sil používejte minimální mazání nebo nízkoteplotní chlazení.

3. Shrnutí a řešení

Trhliny v laserových povlacích jsou výsledkem kombinace účinků vlastností materiálu, parametrů procesu a podmínek namáhání. Společnost Greenstone-Tech doporučuje komplexní přístup ke kontrole vzniku trhlin během aplikace, který zahrnuje:

• Výběr prášku ze slitiny: Výběr správného prášku ze slitiny, který odpovídá požadovanému výkonu a snižuje riziko vzniku trhlin.
• Optimalizace parametrů procesu: Nastavení parametrů, jako je výkon laseru, rychlost skenování a rychlost podávání prášku, pro zajištění konzistentních a vysoce kvalitních povlaků.
• Strategie předehřevu a následné úpravy: Použití předehřevu před opláštěním a následných procesů, jako je tepelné zpracování, ke zmírnění vnitřních pnutí a zlepšení vlastností materiálu.
• Koordinace obrábění: Optimalizace operací následného zpracování s cílem snížit mechanické namáhání a zabránit vzniku trhlin.

Systematickým řízením těchto faktorů lze účinně potlačit praskání a dosáhnout úplných, hustých a vysoce výkonných plášťových vrstev.