Ứng dụng công nghiệp của công nghệ phủ lớp bằng laser

Bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như điện lực, luyện kim, than đá và vật liệu xây dựng để vận chuyển bùn chứa các hạt rắn, trong khi van điều khiển dòng chảy của các chất lỏng như không khí, nước, hơi nước, môi trường ăn mòn, bùn, dầu, kim loại lỏng và các chất phóng xạ. Tầm quan trọng của bơm và van không thể phủ nhận trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại, vì các sản phẩm này liên tục tiếp xúc với các môi trường mài mòn và ăn mòn, đòi hỏi bề mặt phải vừa cứng, vừa chống mài mòn và chống ăn mòn. Các quy trình làm cứng bề mặt truyền thống có những hạn chế, đó là lý do tại sao phủ lớp bằng laser Công nghệ đang trở thành yếu tố thay đổi cục diện trong lĩnh vực sản phẩm bơm và van cao cấp.

Phủ lớp bằng laser đã dần trở thành “vũ khí bí mật” trong quá trình phát triển và sản xuất các sản phẩm bơm và van cao cấp, như lớp lót bơm ly tâm, ống cân bằng, đĩa cân bằng, van bi, van cổng và van điều khiển. Bằng cách tận dụng độ chính xác của công nghệ laser, phủ lớp bằng laser đang mở ra những cơ hội mới cho các ứng dụng bơm và van cao cấp.

1. Ưu điểm của Phủ lớp bằng laser So với các phương pháp truyền thống

Theo truyền thống, các bề mặt làm kín của bơm và van thường được cải thiện bằng các phương pháp sau:

Mạ crom cứng: Độ dày lớp phủ <0,1 mm, chủ yếu được sử dụng cho các miếng đệm mềm, dễ bị nứt và bong tróc;

Hàn phun nhiệt: Phương pháp phổ biến nhất đối với lớp phủ cứng, với độ dày lớp phủ dao động từ 1–1,5 mm, dễ bị biến dạng nhiệt nghiêm trọng và mài mòn lớp phủ ở các lớp mỏng hơn;

Hàn hồ quang: Bao gồm các phương pháp hàn MIG, TIG, PTA, với độ dày lớp phủ dao động từ 3–5 mm, dẫn đến lãng phí vật liệu cao, tỷ lệ pha loãng cao và sự phân bố độ cứng không đồng đều.

Ngược lại, phủ lớp bằng laser mang lại những lợi ích chính sau đây:

Độ bền cao: Cấu trúc lớp phủ có hạt mịn đảm bảo khả năng chống mài mòn tốt hơn và một số khả năng chống va đập ở cùng mức độ cứng;

Liên kết kim loại bền chặt: Với độ bền kéo >500 MPa, cao hơn độ bền của vật liệu nền;

Tỷ lệ pha loãng thấp: Tỷ lệ pha loãng của phủ lớp bằng laser là ≤3%, khiến nó cứng hơn 3–5 HRC so với lớp phủ plasma;

Cấu trúc chi tiết: Lớp phủ có độ đặc cao, không có lỗ rỗng và có tính đồng nhất;

Độ cứng đồng đều: Không có vùng mềm, với độ chênh lệch độ cứng ≤3 HRC, đảm bảo độ đồng đều tuyệt vời trong phạm vi độ sâu hiệu dụng.

2. Tình hình hiện tại và những tiến bộ trong lĩnh vực bơm và van Phủ lớp bằng laser Ứng dụng

Vào những năm 1990, các chuyên gia như Wang Aihua từ Đại học Khoa học và Công nghệ Huazhong và Shi Shihong từ Đại học Soochow đã bắt đầu nghiên cứu công nghệ phủ lớp bằng laser và các vật liệu dùng cho máy bơm và van, đạt được những kết quả đáng kể. Tuy nhiên, do một số hạn chế, việc ứng dụng công nghệ này trong công nghiệp phủ lớp bằng laser Các bề mặt tiếp xúc của van bơm đã không bị mòn trong nhiều năm.

Kể từ năm 2010, ngành công nghiệp bơm và van đã phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng như mức độ cạnh tranh thấp, tình trạng dư thừa nguồn cung sản phẩm phân khúc thấp và khó khăn trong việc thâm nhập thị trường phân khúc cao cấp. Điều này đã thúc đẩy nhiều doanh nghiệp trong ngành tăng cường đầu tư vào đổi mới công nghệ và chuyển hướng sang sản xuất các sản phẩm cao cấp phục vụ cho các lĩnh vực như công nghệ nhiệt độ cực thấp, năng lượng hạt nhân và công nghiệp hóa chất.

Năm 2012, Ôn Châu đã trở thành nơi đặt trụ sở của một cụm công nghiệp laser và quang điện tử cấp quốc gia. Nhờ sự hỗ trợ từ các sáng kiến của chính quyền địa phương, Đại học Ôn Châu, Đại học Công thương Chiết Giang và Đại học Công nghệ Chiết Giang đã bắt đầu hợp tác thực hiện một số dự án laser quy mô lớn dành cho ngành công nghiệp bơm và van.

Ví dụ, nhóm nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chiết Giang, do Giáo sư Yao Jianhua dẫn đầu, đã phát triển phủ lớp bằng laser công nghệ cho hợp kim Fe-C-Cr-Si-Mo dùng để sản xuất van. Quy trình này đã tạo ra một lớp phủ liên kết kim loại có độ cứng trung bình là 640 HV0.2, vượt trội đáng kể so với độ cứng 170 HV0.2 của vật liệu nền. Điều này phủ lớp bằng laser Phương pháp này đã giúp tăng gấp ba lần độ bền mài mòn so với các quy trình truyền thống.

3. Phủ lớp bằng laser Quy trình và vật liệu cho các sản phẩm bơm và van

Trong phủ lớp bằng laser, các vật liệu nền khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào điều kiện vận hành. Các vật liệu nền phổ biến bao gồm các chi tiết đúc bằng thép cacbon, thép hợp kim thấp, thép ferit, thép không gỉ austenit, thép không gỉ martensit, niken và hợp kim niken.

Các sản phẩm bơm và van là những mặt hàng chuyên dụng, và nhiều ứng dụng liên quan đến các vấn đề an toàn. phủ lớp bằng laser Quy trình gia công bề mặt làm kín của van bơm phải tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng mối hàn. Phủ lớp bằng laser cần phải tính đến các yếu tố như vật liệu, hình dạng cấu trúc và các đặc tính xử lý nhiệt. Để tiêu chuẩn hóa quy trình sản xuất các sản phẩm bơm và van, Jiuheng Optoelectronics đã xây dựng bộ “Yêu cầu kỹ thuật về phủ lớp bằng laser cho bề mặt làm kín của bơm và van” dựa trên nhiều năm kinh nghiệm. Các tiêu chuẩn này quy định cụ thể nhiệt độ trước khi hàn, quy trình xử lý nhiệt, kiểm soát tỷ lệ pha loãng, cũng như kích thước của lớp phủ và các lớp chuyển tiếp.

4. Ba ứng dụng điển hình của Phủ lớp bằng laser trong các sản phẩm máy bơm và van

1. Phủ lớp bằng laser về van bi chống mài mòn bằng silicon đa tinh thể

Trong ngành công nghiệp silicon đa tinh thể, các van bi chống mài mòn làm từ silicon đa tinh thể có đường kính DN80 được sử dụng trong các thiết bị thu hồi khí thải để thay thế cho các van nhập khẩu. Chất lỏng đi qua van bao gồm bột silicon và clorosilan, với độ cứng của bột silicon khoảng HRC63-65, và nhiệt độ chất lỏng lên tới 450°C. Van phải chịu sự ăn mòn mạnh. phủ lớp bằng laser Lớp phủ composite kim loại-gốm có độ bền mài mòn siêu cao trên bề mặt làm kín của van bi thay thế cho lớp phủ WC phun siêu âm ban đầu. Cấu trúc lớp phủ này thể hiện khả năng chống mài mòn và chống xói mòn tuyệt vời, có tuổi thọ cao hơn đáng kể so với các loại van nhập khẩu.

2. Phủ lớp bằng laser về máy bơm nước cấp nhiệt độ cao cho ngành hóa chất than

Đối với các máy bơm nước cấp nhiệt độ cao tại các công ty hóa chất năng lượng, được sử dụng để bơm nước thải có hàm lượng chất rắn lên đến 0,51% tại nhiệt độ 120°C, phủ lớp bằng laser trên các bộ phận như lớp lót cánh quạt, lớp lót thân bơm, ống lót cân bằng và đĩa cân bằng giúp tăng cường độ cứng và khả năng chống mài mòn của các bề mặt làm kín. Sau 18 tháng thử nghiệm trong môi trường hóa chất than có hàm lượng hạt cao, phủ lớp bằng laser- Các bộ phận được xử lý này cho thấy khả năng chống mài mòn cao gấp tới 6 lần so với các phương pháp hàn truyền thống.

3. Phủ lớp bằng laser trên van bi áp suất cao 2500BL

Trong các ngành công nghiệp như hóa chất than, chuyển hóa than thành dầu, silicon đa tinh thể và dầu mỏ, van bi chuyên dụng chịu mài mòn áp suất cao được sử dụng rộng rãi. Công ty Jiuheng Optoelectronics và Tập đoàn Wallcolmonoy là những đơn vị tiên phong trong việc ứng dụng phủ lớp bằng laser với hợp kim niken Colmonoy 88 trên van bi áp suất cao 2500BL. Công nghệ này giúp cải thiện hiệu suất của van, với độ cứng cao hơn và tỷ lệ pha loãng thấp hơn so với quy trình PTA, từ đó nâng cao đáng kể hiệu suất tổng thể của van.

5. Kết luận

Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ hiện đại, môi trường làm việc của các bộ phận ngày càng trở nên phức tạp, đòi hỏi hiệu suất bề mặt cao. Các máy bơm và van, vốn phải tiếp xúc với các môi trường mài mòn và ăn mòn, phải có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tốt. Phủ lớp bằng laser công nghệ dành cho bề mặt làm kín van áp suất cao giúp nâng cao các đặc tính này. So với các phương pháp truyền thống, phủ lớp bằng laser giúp cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt, khả năng chống mài mòn và độ biến dạng do nhiệt, đồng thời đảm bảo sự kiểm soát chính xác từng lớp và độ bám dính kim loại tuyệt vời giữa lớp phủ và vật liệu nền. Quy trình này giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của các sản phẩm bơm và van, từ đó nâng cao hàm lượng công nghệ và giá trị gia tăng của chúng. Phủ lớp bằng laser góp phần vào việc sản xuất van cao cấp trong nước, dần dần thay thế các loại van nhập khẩu và nâng cao năng lực nâng cấp công nghiệp cũng như đổi mới sáng tạo của khu vực, từ đó thúc đẩy đáng kể khả năng cạnh tranh của Trung Quốc trên thị trường bơm và van toàn cầu.