Estudio sobre el control de grietas del revestimiento de aleación Ni60 de revestimiento láser

El revestimiento láser es una tecnología que utiliza un rayo láser de alta energía como fuente de calor para fundir y solidificar el material de relleno recubierto en la superficie del sustrato, formando una unión metalúrgica entre los dos y luego mejorando sus propiedades superficiales. En comparación con otras tecnologías de fortalecimiento de superficies, el revestimiento láser tiene una serie de ventajas, como una velocidad de enfriamiento rápida, una unión metalúrgica sencilla entre el revestimiento y el sustrato, una zona pequeña afectada por el calor, una tasa de dilución baja, una pequeña deformación del sustrato, una automatización sencilla y ninguna contaminación. Por lo tanto, la tecnología tiene amplias perspectivas de aplicación en la industria aeroespacial, de maquinaria minera, petroquímica, automotriz, naval, de energía eléctrica, ferroviaria y otras industrias.

Sin embargo, el revestimiento láser es un proceso rápido de calentamiento y enfriamiento. El gradiente de temperatura del sustrato y la capa de revestimiento, la distribución desigual de la fase dura en la capa de revestimiento y la diferencia en las propiedades físicas entre la capa de revestimiento y el material de la matriz tendrán un cierto impacto en la estabilidad dimensional y las propiedades mecánicas de la capa de revestimiento. , lo que dará lugar a la iniciación y propagación de grietas. La formación de grietas en la capa de revestimiento tiene una gran influencia en la vida útil de las piezas, lo que constituye un problema urgente que debe resolverse en la aplicación industrial de la tecnología de revestimiento láser.

El revestimiento láser es un proceso de calentamiento y enfriamiento rápido y una reacción metalúrgica compleja. En la actualidad, la investigación sobre las grietas de la capa de revestimiento se centra principalmente en un único método de control y faltan investigaciones sistemáticas. En este estudio, se preparó una capa de revestimiento de aleación de Ni60 sobre una superficie de acero 42CrMo mediante tecnología de revestimiento láser en polvo preestablecido. En primer lugar, se analizó el mecanismo de formación de grietas y la sensibilidad a las grietas, y luego se estudió la influencia de diferentes potencias del láser y temperaturas de precalentamiento en las grietas, con el fin de proporcionar una referencia para el control de grietas de una aleación a base de Ni para revestimiento láser.

1. Material de prueba

En esta prueba, se selecciona acero de aleación 42CrMo como material de matriz en la prueba de revestimiento láser, y el tamaño de la placa redonda es Φ150 mm×10 mm. Lije la superficie de acero 42CrMo con papel de lija antes del revestimiento láser y límpiela con alcohol y acetona para asegurarse de que no queden otras impurezas en el sustrato. El polvo de revestimiento se seleccionó con aleación Ni60 y el tamaño de partícula fue de 53 ~ 150 µm. La composición química de la aleación Ni60 se muestra en la Tabla 1.

                                                                         Tabla 1 Composición química de la aleación Ni60.                                                 %

2. Métodos de prueba

Se seleccionó el láser LWS-1000 Nd:YAG para el revestimiento láser mediante polvo de preposición y proceso de capas múltiples. Los parámetros de preparación de la muestra son los siguientes: potencia del láser 270 ~ 300 W, velocidad de escaneo 300 mm/min, temperatura de precalentamiento 170 ~ 270 grados, velocidad de vuelta 50%. Después de la prueba de revestimiento con láser, se utilizó el estereoscopio Zeiss Stemi305 para observar la morfología de la superficie de la capa de revestimiento. La capa de revestimiento preparada se corta en un tamaño de muestra de 5 mm × 10 mm × 10 mm, y luego se usa una solución de HCl + HNO3 con una relación de volumen de 3 ∶ 1 para corroer la sección transversal de la capa de revestimiento pulida. Se utilizaron el microscopio metalográfico Jiangnan MR5000 y el microscopio electrónico de barrido Regulus8230 para observar la microestructura de la capa de revestimiento de Ni60, y se utilizó EDS para analizar cualitativa y cuantitativamente la distribución de elementos cerca y sin grietas en la capa de revestimiento. Se utilizó el probador de dureza microVickers digital VTD401 para medir la microdureza de la sección transversal de la capa de revestimiento. La carga de carga fue de 50 gy el tiempo de retención fue de 10 s. La fase se analizó mediante un difractómetro de rayos X de objetivo giratorio D/MAX2500VL/PC.

1. La microestructura de la capa de revestimiento se compone principalmente de - (Fe, Ni), Fe0.64Ni0.36 y M23C6. Las grietas en esta prueba son básicamente grietas de penetración, que generalmente se originan en la superficie de la capa de revestimiento y se extienden hasta la unión de la capa de revestimiento y la matriz, y la mayoría de las grietas se extienden directamente a través de toda la capa de revestimiento. La diferencia de propiedades térmicas entre la matriz y la capa de revestimiento, el gradiente de temperatura y la segregación de la fase dura en la capa de revestimiento tienen algunos efectos sobre la sensibilidad a las grietas.

2. Con el aumento de la potencia del láser, la falla por grietas en la capa de revestimiento obviamente mejora. Cuando la potencia es de 290 W, sólo se producen unas pocas grietas en la capa de revestimiento y se mantienen buenas propiedades mecánicas. Cuando se aumenta aún más la potencia, la tasa de dilución de la capa de revestimiento es demasiado grande, lo que resulta en una reducción de su rendimiento.

3. Con el aumento de la temperatura de precalentamiento, la rotura de grietas en la capa de revestimiento disminuye gradualmente. Cuando la temperatura de precalentamiento es de 270 grados, solo queda una pequeña cantidad de grietas en la capa de revestimiento, pero una temperatura de precalentamiento demasiado alta destruirá el rendimiento del sustrato y de la capa de revestimiento, por lo que no se lleva a cabo un precalentamiento a temperatura más alta.

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