Introdução: Compreender o Laser Cladding e a Formação de Fissuras

O revestimento a laser, uma tecnologia avançada de modificação de superfícies, tem aplicações generalizadas na reparação e refabricação industrial. No entanto, é frequente formarem-se fissuras na camada de revestimento durante o processamento, principalmente devido a um controlo inadequado do processo, o que afecta significativamente a qualidade e o desempenho da peça de trabalho. Este artigo aborda as causas das fissuras e apresenta as principais medidas para suprimir a formação de fissuras no revestimento a laser.

Durante o processo de revestimento a laser, a peça de trabalho é rapidamente aquecida sob o feixe de laser de alta energia, com taxas de aquecimento que atingem 10⁶ a 10⁷ K/s. A temperatura da superfície do material de base pode exceder instantaneamente 10⁵ K, sendo depois rapidamente arrefecida na presença de gases inertes, como o árgon. Devido às diferenças no coeficiente de expansão térmica, módulo de elasticidade e outras propriedades físicas entre o material de base e a camada revestida, esta mudança súbita de temperatura induz uma tensão térmica significativa. Quando a tensão excede o limite de elasticidade da camada de revestimento, formam-se fissuras. Por conseguinte, o controlo eficaz do comportamento térmico e da compatibilidade dos materiais durante o processo de revestimento a laser é fundamental para evitar a formação de fissuras.

Como suprimir sistematicamente as fissuras no revestimento a laser

Para reduzir sistematicamente as fissuras no revestimento laser, são propostas as três estratégias seguintes:

1. Controlo do tratamento térmico

O tratamento térmico desempenha um papel fundamental na regulação do estado de tensão no revestimento a laser. Em primeiro lugar, o pré-aquecimento do material de base a uma temperatura de 200-400°C reduz significativamente o gradiente de temperatura entre o material de base e a camada revestida, abrandando a taxa de arrefecimento e diminuindo assim a concentração de tensões térmicas. Após o processo de revestimento a laser, deve ser aplicado um tratamento de arrefecimento lento ou um processo de recozimento de alívio de tensões para promover a libertação de tensões no interior da camada revestida, prevenindo ainda mais a formação e a expansão de fissuras.

2. Controlo das matérias-primas

A escolha dos materiais tem um impacto direto no sucesso do processo de revestimento a laser. Para o material de base, devem ser selecionados materiais fundidos de alta qualidade com uma composição uniforme e um mínimo de porosidade e inclusões para garantir uma boa ligação com a camada de revestimento. Para os materiais em pó, devem ser selecionados pós de liga com boa tenacidade, e elementos como B, Si e C devem ser cuidadosamente controlados. Embora o B e o Si tenham certas capacidades de formação de escórias, se não forem removidos a tempo, podem formar inclusões, que aumentam a sensibilidade às fissuras. Enquanto o C aumenta a dureza e a resistência ao desgaste, um teor excessivo pode aumentar significativamente a fragilidade. Além disso, ao adicionar fases de reforço como WC ou TiN, as suas proporções devem ser controladas com precisão para evitar a concentração de tensões causada pelo enriquecimento local de elementos. Recomenda-se também o pré-tratamento do pó antes do revestimento a laser, como o aquecimento a vácuo a 200°C durante 2 horas para remover a humidade e as substâncias voláteis, o que melhora a qualidade do revestimento.

3. Controlo do processo de revestimento

A otimização dos parâmetros do processo de revestimento a laser é uma forma eficaz de suprimir as fissuras. Em primeiro lugar, é essencial controlar a taxa de alimentação de pó e manter a espessura do revestimento de camada única no intervalo de 1,0-1,5 mm para evitar a concentração de tensões causada pela espessura irregular da camada. Recomenda-se a utilização de um ponto de laser em linha para o revestimento a laser para aumentar a largura do revestimento de passagem única e melhorar a distribuição do calor. Além disso, é necessário afinar a potência do laser, a velocidade de varrimento e o diâmetro do ponto para garantir que o pó atinge o seu estado de fusão ideal e resulta numa camada de revestimento uniforme e densa. Finalmente, todo o processo de revestimento a laser deve ser conduzido numa atmosfera protetora para evitar a oxidação e a contaminação, garantindo a qualidade da camada revestida.

Conclusão: Melhorar o sucesso do revestimento a laser através de estratégias abrangentes

Em resumo, utilizando uma combinação de controlo de tratamento térmico, otimização de materiais e parâmetros de processo de afinação, a taxa de sucesso do revestimento a laser pode ser significativamente melhorada e as fissuras podem ser eficazmente suprimidas. Estas estratégias promoverão uma aplicação mais ampla da tecnologia de revestimento a laser no fabrico de alta precisão, reforçando ainda mais o seu papel em vários sectores industriais.