S brzim razvojem industrije proizvodnje opreme, kvarovi i rashod mnogih komponenti mehaničke opreme u teškim i složenim okruženjima uzrokovali su ogromne ekonomske gubitke i mnoge kvarove opreme. Hitno je istražiti učinkovite i zelene proizvodne tehnologije u nastajanju kako bi se ojačale ključne komponente nove opreme. Produljenje životnog vijeka i ponovna proizvodnja zastarjele opreme. Keramički materijali često se koriste kao materijali za ojačavanje površinske zaštite za metalne dijelove zbog svoje visoke točke taljenja, visoke čvrstoće, niske toplinske vodljivosti i niskog koeficijenta toplinskog širenja. Keramička prevlaka može uvelike povećati otpornost na habanje, otpornost na koroziju i otpornost podloge na oksidaciju pri visokim temperaturama, a naširoko se koristi u zrakoplovstvu, petrokemiji, proizvodnji strojeva i drugim područjima.
Uobičajene tehnike pripreme keramičkih premaza uključujulasersko oblaganje, visokotemperaturna samopropagirajuća sinteza, taloženje parom i toplinsko raspršivanje. Među njima, visokotemperaturna samopropagirajuća sinteza ima jednostavne postupke, nisku potrošnju energije i kratak proizvodni ciklus, ali zahtijeva prah iznimno visoke čistoće kao sirovinu. Nije prikladan za proizvodnju velikih razmjera, a proces reakcije je brz i nezgodan za točnu kontrolu; keramička prevlaka pripremljena taloženjem iz pare ima visoku čistoću i dobru gustoću, ali je oprema skupa i učinkovitost proizvodnje niska; keramički premaz toplinskim raspršivanjem ima visoku učinkovitost i kontroliranu debljinu. Postupak je jednostavan i može se koristiti za prskanje obradaka složenog oblika, ali ima relativno mnogo nedostataka kao što su pore u premazu i niska sila lijepljenja; učinkovitost laserskog oblaganja je visoka, a područje oblaganja se može precizno kontrolirati. Priprema keramičkih premaza ima učinkovitost, cijenu, zaštitu okoliša i druge prednosti, ali pripremljeni keramički premaz također može imati nedostatke kao što su pukotine i pore.
Tehnologija laserskog oblaganja može rastopiti keramičke materijale kako bi se prevladale njihove karakteristike teške obrade i pripremile visokokvalitetne keramičke prevlake. Keramička prevlaka dobivena ovom tehnologijom ima izvrsna mehanička svojstva, fizikalna i kemijska svojstva, što pogoduje produljenju vijeka trajanja dijelova, smanjenju troškova i rasipanju resursa. Površinsko jačanje i ponovna proizvodnja važan je smjer zelene proizvodnje i učinkovit način za postizanje uštede energije i smanjenja emisija te promicanje održivog gospodarskog i društvenog razvoja. Uz kontinuirani napredak tehnologije laserskog oblaganja i zamjenu opreme za oblaganje, priprema keramičkih premaza laserskim oblaganjem može ojačati površinu dijelova u složenim okruženjima i produžiti životni vijek ponovne proizvodnje, što je u skladu s konceptom strategije održivog razvoja koji zagovara po zemlji. Razvojni plan "Made in China 2025" sve je bliže i bliže. Keramički premaz za lasersko oblaganje za ponovnu proizvodnju pripada kategoriji napredne aditivne proizvodnje i zelene proizvodnje i učinkovito provodi "14. petogodišnji" plan razvoja obnovljivih izvora.
1 Lasersko oblaganje keramičkim premazom
keramičke prevlake za lasersko oblaganje za površinsko ojačavanje i ponovnu proizvodnju mogu se podijeliti na kompozitne keramičke prevlake, metal-keramičke kompozitne prevlake, laserske in situ sintetičke keramičke prevlake i nanokompozitnu keramiku prema sastavu materijala i prevlaci mehanizma za oblikovanje.
- Kompozitna keramička prevlaka: Istraživači su razvili različite eutektičke tipove kompozitnih keramičkih prevlaka za lasersko oblaganje koje se sastoje od nitrida, borida, karbida i oksida. Ovi kompozitni materijali sastavljeni od višekomponentne keramike imaju visoku međusobnu topljivost i afinitet između komponenti, što može učinkovito smanjiti veličinu zrna keramičke faze, poboljšati čvrstoću i žilavost premaza i učiniti premaz stabilnijim od jednofaznih keramičkih premaza. Dobra termofizička svojstva i izvrsna svojstva kao što su otpornost na habanje i koroziju.
- Metalno-keramička kompozitna prevlaka: Metalno-keramička kompozitna prevlaka kombinacija je keramičke faze (faza za pojačanje) i metala ili legure (faza vezivanja), tako da se može postići dobra močivost metalnih materijala i izuzetna tvrdoća keramičke faze, otpornost na trošenje, i otpornost na koroziju. Brzo zagrijavanje i skrućivanje tijekom procesa laserskog oblaganja pročišćava zrna u metal-keramičkom kompozitnom premazu i ravnomjerno raspoređuje fazu ojačanja vatrostalne keramike u premazu u vezivnoj fazi, što povećava čvrstoću premaza. , kako bi se dobio učinak izvrsnih svojstava metala i keramike.
- Sinteza keramičkih prevlaka na licu mjesta: Sinteza keramičkih prevlaka na licu mjesta stvara čestice keramičke faze dodavanjem praha različitih elemenata u uvjetima visoke temperature, a zbog nastanka reakcije keramičke čestice će spontano nukleirati i rasti, tako da raspodjela je ravnomjerna, gusta struktura, poboljšano spajanje sučelja i značajno smanjen gubitak performansi, prevladavaju nedostaci lošeg povezivanja sučelja, agregacije čestica, pukotina i drugih nedostataka koji postoje u izravnom dodavanju keramičkih faza.
Keramičke prevlake za lasersko oblaganje pokazuju izvanredne prednosti u površinskoj modifikaciji novih proizvoda ili ponovnoj proizvodnji oštećenih dijelova, ali u procesu pripreme keramičkih prevlaka također postoje uobičajeni nedostaci kao što su pore, segregacija elemenata i pukotine. Na temelju principa i karakteristika prevlaka pripremljenih laserskim oblaganjem, istraživači će optimizirati kvalitetu keramičkih prevlaka s aspekta parametara procesa laserskog oblaganja, strukture prevlake, sustava materijala prevlake i raznih procesa potpomognutog oblikovanja.
2 Smjer primjene keramičkog premaza za lasersko oblaganje
Posljednjih godina, industrije kao što su proizvodnja strojeva, transport, zrakoplovstvo, petrokemija i biomedicina postavile su veće zahtjeve za kapacitet nosivosti i vijek trajanja obradaka. Ciljajući na probleme koji postoje u različitim radnim uvjetima, istraživači su upotrijebili tehnologiju za ojačavanje površine laserskog oblaganja i popravak za pripremu niza funkcionalnih premaza za rješavanje kvarova izradaka. Prema različitim funkcijama keramičkih materijala, keramičke funkcionalne prevlake pripremljene laserskim oblaganjem mogu se grubo podijeliti u četiri vrste:
- Keramičke prevlake otporne na koroziju laserske obloge, materijali u teškim korozivnim okruženjima (kao što su naftne platforme za bušenje na moru, prirodni plin, hidroelektrane, kemijske tvornice, rudnici itd.) trebaju ojačati površinu obratka i obnoviti oštećene dijelove kako bi bili otporni na eroziju. oštećenja, Premazi otporni na koroziju mogu produžiti životni vijek opreme i smanjiti troškove održavanja;
- Laserska obloga keramički premaz otporan na habanje, habanje je najčešći način kvara mnogih inženjerskih materijala, trenje i habanje u teškim radnim uvjetima (veliko opterećenje, visoka temperatura, velika brzina itd.) skratit će radni vijek obratka. Istraživači poboljšavaju tvrdoću i otpornost na habanje obradaka pripremom keramičkih premaza s izvrsnim svojstvima protiv habanja i trenja, čime se produljuje životni vijek;
- Keramički premaz toplinske barijere za lasersko oblaganje, toplinski zaštitni premaz za oblaganje keramičkog materijala otpornog na visoke temperature, oksidaciju i koroziju na podlogu, kako bi se podloga izolirala od vanjskog vrućeg plina, čime se dijelovi štite od korozije, oksidacije, toplinski zaštitni sloj za poboljšanje performansi podloge i produljenje životnog vijeka dijelova. Ovaj premaz se koristi u raznim inženjerskim područjima, uključujući motore s unutarnjim izgaranjem, lopatice plinskih turbina mlaznih motora, uređaje za termokemijsku naknadnu obradu itd.
3 Izgledi
- Dizajn novih keramičkih premaznih materijala. Kako uvjeti rada opreme postaju sve teži, a karakteristike keramičkih materijala i metalnih materijala prilično se razlikuju, potrebno je inovirati ideje dizajna materijala za premazivanje i uvesti dizajn materijala i verifikaciju performansi kao što su izračuni prvog principa i visoko- testovi performansi propusnosti. metoda za postizanje premaznih materijala s više izvrsnih svojstava u isto vrijeme, na primjer, kombinacijom MAX faze keramike i metala mogu se dobiti premazi otporni na habanje, otporni na visoke temperature, jaki i žilavi; samopodmazujući keramički materijali visoke vodljivosti i hafnij/cirkonij keramika za ultra visoke temperature. I drugi materijali također imaju važnu razvojnu i primjenjivu vrijednost. Raznolikost sustava materijala može proširiti raspon njegove primjene i pružiti više izbora za korištenje u različitim radnim uvjetima.
- Razvoj novog postupka laserskog oblaganja. Proces ima važan utjecaj na makroskopsku morfologiju i mikrostrukturu prevlake. Iako je primijenjena kombinacija procesa laserskog oblaganja i ultrazvučne vibracije, elektromagnetske pomoći, pomoći indukcijskog zagrijavanja i drugih tehnologija, kako smanjiti hrapavost površine prevlake, poboljšati učinkovitost oblikovanja obloge, poboljšati karakteristike zamora i poboljšati površinu kvaliteta još uvijek nejasna. Potrebno je dubinski istražiti.