Високошвидкісне лазерне напилення, як передова технологія інженерії поверхні, пропонує значні переваги в покращенні властивостей матеріалів та ремонті пошкоджених компонентів. Однак, через складність параметрів процесу та зміну факторів навколишнього середовища, високошвидкісне лазерне напилення може зіткнутися з різними проблемами якості на практиці. У цій статті систематично розглядаються поширені проблеми та причини високошвидкісного лазерного напилення, надаючи інформацію для оптимізації процесу.

1. Зчеплення покриття та металургійні дефекти

При високошвидкісному лазерному наплавленні якість зчеплення між покриттям та підкладкою безпосередньо впливає на експлуатаційні характеристики. Нижче наведено типові дефекти, пов'язані зі зчепленням:

1.1 Пілінг

Відшаровування – це відшарування покриття від поверхні підкладки. Основною причиною є те, що підкладка не утворила ефективної ванни розплаву, що призвело до поганого металургійного зв'язку між порошком і підкладкою. При високошвидкісному лазерному наплавленні низька потужність, надмірна кількість порошку та висока швидкість сканування можуть перешкоджати утворенню ванни розплаву. Крім того, забруднення, такі як олія або гальванічні шари на поверхні заготовки, також можуть перешкоджати належному зв'язку.

1.2 Тріщини

Тріщини є поширеними дефектами у високошвидкісному лазерному плакуванні, часто пов'язаними з концентрацією термічних напружень та невідповідністю матеріалів. Тріщини частіше виникають, коли підкладка має високу твердість (наприклад, після гартування або цементації), шари втоми або коли порошок має високу твердість та великі коефіцієнти усадки. Чутливість до розтріскування особливо висока при використанні порошків на основі нікелю або в багатошаровому лазерному плакуванні.

1.3 Пористість

Пористість значно знижує щільність покриття та його стійкість до корозії. У високошвидкісному лазерному наплавленні причини пористості різноманітні, включаючи іржу або олію на підкладці, домішки або вологу в порошку, нестабільний потік порошку, надмірну кількість порошку, недостатню потужність або високу швидкість сканування.

2. Якість поверхні покриття та морфологічні проблеми

2.1 Надмірне плаваюче скупчення порошку та відсутність металевого блиску

Ця проблема серйозно впливає на якість поверхні після високошвидкісного лазерного наплавлення. Вона може бути наслідком надмірної кількості порошку, низької потужності, високої швидкості сканування, великої висоти сопла, малого розміру лазерної плями або забруднення оптичних лінз, що призводить до неповного плавлення порошку та поганого змочування.

2.2 Утворення ямки після шліфування

Точкова утворення зазвичай спричиняється неповним плавленням порошку або недостатнім плавленням. Ця проблема поширена в процесах з низькою потужністю, надмірною кількістю порошку або високою швидкістю сканування, що є типовими проявами поганого узгодження порошку та енергії при високошвидкісному лазерному плакуванні.

2.3 Діагональні зморшки на покритті

Ці морфологічні дефекти зазвичай пов'язані з перегрітою ванною розплаву та частіше виникають, коли потужність занадто висока, температура ванни розплаву занадто висока або порошок надмірно розріджений. Це може вплинути на зовнішній вигляд та точність розмірів деталі, нанесеної високошвидкісним лазером.

3. Проблеми подачі порошку та стабільності процесу

3.1 Адгезія порошку до сопла

Налипання порошку на сопло може порушити його потік, впливаючи на стабільність високошвидкісного лазерного наплавлення. Причини включають надмірне викидання порошку, підвищену температуру сопла, малу робочу відстань сопла або шорсткі чи забруднені поверхні сопла. Правильне зміщення плакуючої головки може допомогти зменшити цю проблему.

3.2 Засмічення порошком

Засмічення порошком безпосередньо перериває високошвидкісний процес лазерного плакування. До поширених причин належать затримка очищення прилиплого порошку, погана сипучість порошку, волога або домішки в порошку та нерівномірний розподіл порошку в системах багатоподачі.

3.3 «Шиплячий» шум під час облицювання

Аномальний шум під час процесу плакування часто вказує на проблему в процесі. Він може бути спричинений забрудненням порошку, вологою або брудними основами. Висока щільність потужності може призвести до випаровування металу в розплавленій ванні, що спричиняє шум і впливає на корозійну стійкість лазерного плакувального покриття.

3.4 Розбризкування іскор під час облицювання

Значне розбризкування іскор може поставити під загрозу безпеку процесу та якість покриття. Зазвичай це трапляється, коли швидкість сканування занадто висока, щільність потужності занадто висока, потужність та подача порошку несумісні або потік газу занадто великий, що свідчить про надмірне енергоспоживання у високошвидкісному процесі лазерного плакування.

3.5 Нестабільний потік порошку, що призводить до нерівномірного покриття

Стабільний потік порошку є важливим для досягнення рівномірного високошвидкісного лазерного плакування. Нестабільність потоку порошку часто спричинена зношеними скребками, заблокованими каналами подачі порошку, недостатнім потоком газу, поганими ущільненнями подавального пристрою або витоками повітря в трубах подачі порошку.

3.6 Зниження ефективності облицювання (тонше покриття)

Зниження ефективності свідчить про погіршення стану системи. Можливі причини включають забруднення захисних лінз, зношені скребки, неправильну робочу відстань, зношені отвори для порошку, що спричиняють грубіший потік порошку, або зниження потужності лазера.

4. Висновок

Високошвидкісне лазерне напилення – це технологія, яка вимагає точного контролю над параметрами процесу. Виникнення вищезгаданих проблем часто тісно пов'язане з узгодженням параметрів, станом обладнання та управлінням матеріалами. Систематичне розуміння причин цих дефектів має вирішальне значення для досягнення високоякісного високошвидкісного лазерного напилення та розширення його застосування. Завдяки постійній оптимізації процесу та посиленню моніторингу процесу можна ефективно покращити стабільність та вихід високошвидкісного лазерного напилення.