Tóm tắt
Công nghệ phủ lớp bằng laser sử dụng chùm tia laser có mật độ năng lượng cao để nhanh chóng làm nóng chảy và đông đặc các loại bột hợp kim có thành phần và tính chất khác nhau lên bề mặt vật liệu nền, tạo thành một lớp phủ có khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và chống oxy hóa. Quy trình này giúp cải thiện đáng kể hiệu suất bề mặt của vật liệu nền đồng thời tiết kiệm chi phí. Hơn nữa, phủ lớp bằng laser có thể được sử dụng để sửa chữa các bộ phận bị hư hỏng trong quá trình sản xuất và vận hành bằng cách bổ sung vật liệu vào các kích thước không đạt tiêu chuẩn và khôi phục hình dạng của bộ phận thông qua gia công tiếp theo. Bài báo này tập trung vào việc sửa chữa các cánh quạt hợp kim TC4 được sử dụng trong động cơ máy bay, vốn đã bị hư hỏng nghiêm trọng trong quá trình sản xuất và sử dụng, dẫn đến tăng chi phí sản xuất và vận hành. Bằng cách áp dụng phủ laser để sửa chữa và tái chế các cánh quạt hợp kim titan bị hư hỏng, các tính chất bề mặt của vật liệu được cải thiện và các bộ phận bị lỗi được phục hồi, giúp giảm đáng kể chi phí thay thế các bộ phận mới. Trong nghiên cứu này, hợp kim TC4 được chọn làm vật liệu nền và bột hợp kim TC4 phù hợp được lựa chọn để phủ. Nghiên cứu này đã điều tra một cách có hệ thống ảnh hưởng của các thông số quá trình chính, chẳng hạn như công suất laser, tốc độ quét và tốc độ nạp bột, đối với kích thước lớp phủ, cấu trúc vi mô, kiểm soát khuyết tật và tính chất cơ học, từ đó đưa ra các thông số quá trình phủ laser tối ưu cho việc sửa chữa cánh quạt hợp kim TC4.

Chi tiết về công nghệ sửa chữa

Xử lý trước khi sửa chữa: Các cánh quạt bị hư hỏng được kiểm tra không phá hủy để xác định các khu vực bị ảnh hưởng và mức độ hư hỏng. Phương pháp kết hợp giữa mài cơ học và làm sạch hóa học được áp dụng để loại bỏ lớp oxit và các tạp chất bám trên bề mặt, đảm bảo bề mặt vật liệu nền được làm sạch và kích hoạt.

Lựa chọn vật liệu ốp: Bột hợp kim titan TC4 (kích thước hạt trong khoảng 45–150 μm), có thành phần gần giống với vật liệu nền, được lựa chọn để đảm bảo sự liên kết kim loại tốt và tính tương thích giữa lớp phủ và vật liệu nền.

Tối ưu hóa các thông số quy trình: Thông qua các thí nghiệm trực giao và thí nghiệm một yếu tố, tác động của công suất laser (800–2000 W), tốc độ quét (5–15 mm/s) và tốc độ cấp bột (1,5–4,5 g/phút) đối với chiều rộng, chiều cao, tỷ lệ pha loãng và cấu trúc vi mô của lớp phủ đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy sự phối hợp giữa công suất laser và tốc độ quét là yếu tố quan trọng để hạn chế các khuyết tật như lỗ rỗng và nứt.

Kiểm soát quy trình ốp lát: Quá trình phủ lớp được thực hiện bằng hệ thống cấp bột đồng trục trong môi trường bảo vệ bằng khí argon nhằm ngăn chặn quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao của hợp kim titan. Chiến lược hàn chồng nhiều lớp được áp dụng để đảm bảo việc sửa chữa đồng đều trên khu vực hư hỏng rộng, đồng thời kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp dưới 200°C nhằm giảm thiểu sự tích tụ ứng suất nhiệt.

Chăm sóc sau sửa chữa và phục hồi hiệu suất: Sau khi phủ lớp, tiến hành xử lý ủ giảm ứng suất (ở nhiệt độ 700–800°C trong 2 giờ). Các phương pháp gia công chính xác, chẳng hạn như mài CNC, được sử dụng để khôi phục hình dạng lưỡi dao và độ chính xác về kích thước. Cuối cùng, tiến hành đánh bóng bề mặt và xử lý bắn bi để nâng cao khả năng chịu mỏi.

Kiểm tra chất lượng và xác nhận: Vùng đã được sửa chữa được kiểm tra bằng tia X, phân tích kim loại học, thử độ cứng vi mô và thử kéo để đảm bảo rằng lớp phủ không có khuyết tật, có cấu trúc vi mô đồng nhất và các tính chất cơ học đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật quy định.