Công nghệ phủ laser mới ra mắt có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống mài mòn của lớp phủ composite!_Blog PTJ

Dịch vụ gia công CNC Trung Quốc

Công nghệ ốp laze mới ra mắt có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống mài mòn của lớp phủ composite!

2021-11-24

Để cải thiện hiệu suất của lớp ốp, nghiên cứu này sử dụng thiết kế Taguchi để nghiên cứu ảnh hưởng của công suất laser, tốc độ quét, dòng khí và tỷ lệ bột SiC đến độ cứng siêu nhỏ và khối lượng mòn của lớp ốp.

Kết quả cho thấy tỷ lệ bột SiC là yếu tố chính ảnh hưởng đến độ cứng tế vi và độ mài mòn của lớp phủ. Sự đóng góp của tỷ lệ bột cacbua silic vào độ cứng vi mô và khối lượng mài mòn lần lượt là 92.08% và 79.39%. Thông qua việc chuyển đổi tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và phân tích tương quan mức xám, việc tối ưu hóa đa mục tiêu được thực hiện.

Công nghệ ốp laze mới ra mắt có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống mài mòn của lớp phủ composite!

Lấy độ cứng vi mô tối đa và độ mài mòn tối thiểu làm mục tiêu, phương pháp phân tích tương quan màu xám được sử dụng để thu được bộ tham số xử lý tốt nhất và dự đoán mức tương quan màu xám tương ứng. Tỷ lệ sai sót trong dự đoán và xác minh bằng thực nghiệm là 5.3%. Nghiên cứu này cung cấp hướng dẫn ứng dụng phương pháp phân tích tương quan màu xám cho hiệu suất của lớp phủ phủ laser trong các ứng dụng công nghiệp thực tế nhằm tối ưu hóa nhiều mục tiêu cùng lúc, đồng thời cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc tối ưu hóa các thông số quy trình với mục tiêu độ cứng vi mô và hao mòn điện trở.

Phủ laser là công nghệ phủ sử dụng chùm tia laser năng lượng cao chiếu xạ lên bề mặt nền và bề mặt bột để làm nóng chảy và làm nguội nhanh bột để tạo thành lớp phủ liên kết kim loại cần thiết với nền. Do mật độ năng lượng cao, hiệu suất cao, tính chất cơ lý tuyệt vời, lớp phủ laser được sử dụng rộng rãi trong sửa chữa bề mặt để tạo thành lớp phủ gắn kết đa năng có độ pha loãng thấp. Sửa chữa lớp phủ composite đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây. Bột thép không gỉ 316L đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì chi phí thấp, khả năng chống ăn mòn và khả năng tự hòa tan. Tuy nhiên, 316L cũng có hạn chế là độ cứng thấp và khả năng chống mài mòn không đủ. Với sự phát triển của vật liệu composite, những hạn chế này có thể được cải thiện bằng cách bổ sung thêm các hạt gia cố. Các hạt cacbua silic có ưu điểm là độ cứng vi mô cao và khả năng chống mài mòn tốt. Vì vậy SiC là vật liệu gia cường tốt cho vật liệu composite. Họ cũng nghiên cứu độ cứng vi mô và khả năng chống mài mòn của lớp phủ bột thép không gỉ 316L được gia cố bằng SiC trong quá trình phủ bằng laser.

Văn và cộng sự. nhận thấy rằng lớp phủ laser trong dung dịch NaCl 3.5% trọng lượng có thể cải thiện hiệu quả độ cứng vi mô và khả năng chống ăn mòn của 316L. Mei và cộng sự. đã nghiên cứu lớp phủ laser chọn lọc của 316L và Inconel 718. Họ phát hiện ra rằng vùng tiếp xúc của hai vật liệu này có độ cứng vi mô và cấu trúc vi mô, lỗ chân lông và vết nứt khác nhau. Murkute và cộng sự. đã nghiên cứu lớp phủ 316L trên nền thép AISI 1018 và nhận thấy rằng độ cứng của vết lõm nano giảm khi tốc độ quét tăng. Riquelme và cộng sự. lắng đọng các lớp phủ composite Al, Si, Ti và SiC trên hợp kim magie ZE41. Người ta nhận thấy rằng tỷ lệ nguyên tố hợp kim có thể cải thiện độ cứng vi mô và tính chất cơ học của hợp kim. Ramakrishnan và những người khác đã sản xuất siêu hợp kim Haynes 282 (HY282) được gia cố bằng cacbua silic với các thành phần, cấu trúc và tính chất cacbua silic khác nhau. Nghiên cứu cho thấy rằng với sự gia tăng của các hạt cacbua silic, độ cứng vi mô và khả năng chống mài mòn của siêu hợp kim đã được cải thiện đáng kể. Zhao và cộng sự. đã chuẩn bị vật liệu tổng hợp ma trận nhôm gia cố gốm 8.5% SiC/AlSi10 Mg SiC bằng phương pháp nấu chảy laser chọn lọc. Họ chỉ ra rằng độ cứng nano và mô đun đàn hồi vượt trội hơn so với vật liệu truyền thống ở trung tâm và ranh giới.

Hiện nay, nghiên cứu của các nhà nghiên cứu về lớp phủ laser của bột thép không gỉ 316L chủ yếu tập trung vào việc cải thiện độ cứng vi mô và khả năng chống mài mòn bằng cách thêm vật liệu gia cố. Ảnh hưởng của các thông số quy trình phủ laser và vật liệu composite tăng cường đến độ cứng vi mô và lượng mài mòn của lớp phủ hiếm khi được tìm thấy. Hiệu suất của lớp ốp quyết định sự thành công hay thất bại của việc sửa chữa. Độ cứng vi mô và khả năng chống mài mòn của lớp ốp là những chỉ số quan trọng để đo lường hiệu suất của lớp ốp. Trong nghiên cứu này, thiết kế Taguchi được sử dụng cho các thí nghiệm sơ bộ. Sau khi phân tích các thông số quy trình, phân tích tương quan màu xám được sử dụng để tối ưu hóa và dự đoán độ cứng vi mô tối đa và độ mài mòn tối thiểu của lớp ốp bằng thép không gỉ 316L và composite SiC.

Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, thép ASTM-5140 được chọn làm ma trận, có kích thước 40mm×20mm×10mm, nền là tay quay công nghiệp.thân cây ứng dụng sửa chữa; thành phần nguyên tố của nó được thể hiện trong Bảng 1. Bột được sử dụng trong quy trình phủ laze là hỗn hợp giữa bột thép không gỉ 316L và bột SiC do Công ty TNHH Sản phẩm gốm XiangThành Yuteng sản xuất. Kích thước hạt của hai loại bột này nằm trong khoảng từ 48 đến 106. 1°m, đáp ứng các thông số kỹ thuật của thiết bị. Bảng XNUMX cũng cho thấy thành phần nguyên tố của hai loại bột phủ trên.

Hệ thống phủ laser được sử dụng trong nghiên cứu này. Toàn bộ hệ thống bao gồm bốn hệ thống con, đó là hệ thống điều khiển, hệ thống laser, hệ thống buồng đốt và hệ thống phân phối khí bột. Toàn bộ hệ thống chạy theo hệ thống điều khiển PLC của tập đoàn Mitsubishi của Nhật Bản. Hệ thống laser bao gồm máy phát laser YLS-3000 và bộ điều khiển xung laser xung sx14 -012 do IPG Optoelectronics sản xuất. Năng lượng laser tạo ra được truyền đến vòi phun phủ laser FDH0273 và phòng có tiêu cự 300 mm để hoàn thiện hệ thống xử lý lớp phủ laser, trong robot công nghiệp m-710 ic/50 và làm mát bằng nước tflw-4000 World Development Report-01-3385 thiết bị hệ thống. Trong quá trình ốp, hệ thống phân phối khí bột CR-PGF-D-2 sử dụng argon làm chất mang và khí bảo vệ.

Trước khi phủ laser, bề mặt nền thép ASTM-5140 được làm sạch bằng axeton. Khi chuẩn bị hỗn hợp bột phủ laser, bột thép không gỉ 316L và bột SiC được trộn trong máy nghiền bi MITR-YXQM-2L với tốc độ 400 vòng/phút trong 30 phút, sau đó sấy khô trong máy sấy chân không ở 80°C trong 30 phút. Nghiên cứu này sử dụng sự kết hợp trực giao của năm yếu tố và bốn cấp độ, một trong số đó là trống. Bốn yếu tố còn lại là bốn thông số xử lý sẽ được nghiên cứu trong nghiên cứu này, như được trình bày trong Bảng 2. Một thiết kế thử nghiệm giai thừa hoàn chỉnh sẽ yêu cầu 44 = 256 lần chạy để bao gồm tất cả các kết hợp của bốn yếu tố và thiết kế bốn lớp. Thiết kế Taguchi là một phương pháp thiết kế thử nghiệm. So với thiết kế giai thừa đầy đủ, số lần chạy giảm đi và đạt được sự kết hợp tối ưu thông qua ma trận trực giao.

Quá trình phủ laze được thực hiện theo các cài đặt trong Bảng 3 và lấy một mẫu cho mỗi lần chạy. Sau khi hoàn thành, 16 mẫu được cắt tuyến tính, mài và nhúng nước cường toan để đo lường và thử nghiệm sau này. Sau khi mẫu được chuẩn bị, độ cứng vi mô của nó được đo bằng máy đo độ cứng vi mô 402TS (HDNS, Thượng Hải, Trung Quốc) và tác dụng lực 500g trong 30 giây. Vị trí đo nằm dưới lớp ốp để đảm bảo độ chính xác, do vật liệu nóng chảy không hoàn toàn nằm ở bề mặt trên cùng của lớp ốp, còn lớp dưới cùng của lớp ốp được khuếch tán bởi các nguyên tố Cr và C từ nền. Sử dụng chỉ số hao mòn để giải thích khả năng chống mài mòn của vật liệu. Mức độ mài mòn đã được kiểm tra bằng Máy kiểm tra vết xước chịu tải cao UMT-2 (Brook, MA, USA) và các vết xước chuyển động qua lại tiếp tục trong 30 phút. Sau đó, hình thái ba chiều của bề mặt trầy xước của từng mẫu được thu được bằng phép đo giao thoa ánh sáng trắng. Sau đó lấy lượng hao mòn cho từng mẫu.

phân tích phương sai

Trước khi thực hiện phân tích phương sai (ANOVA), cần phải kiểm tra tính quy tắc, vì nếu tập dữ liệu không tuân theo phân phối chuẩn, có thể xảy ra lỗi lớn. Minitab 17 sử dụng thử nghiệm Anderson-Darling để kiểm tra tính quy phạm và khi giá trị p lớn hơn 0.05 thì nó được phân phối chuẩn. Như có thể thấy trong Hình 2 bên dưới, các giá trị p chuyển đổi S/N của độ cứng vi mô và mức độ hao mòn trong thử nghiệm Anderson-Darling đều lớn hơn 0.05. Do đó, phân phối bình thường của hai phản hồi này đã được xác minh, sau đó là phân tích phương sai.

Phân tích hao mòn

Khi tỷ lệ bột SiC so với vật liệu tăng lên thì S/N của độ mài mòn cũng tăng lên. Vì S/N của lượng hao mòn có thể được chuyển đổi nên lượng hao mòn dự kiến ​​càng nhỏ thì càng tốt, do đó S/N của lượng hao mòn có tương quan nghịch với lượng hao mòn thực tế. Trong Hình 3, sự gia tăng tỷ lệ bột SiC dẫn đến sự gia tăng lượng mài mòn S/N, điều này thực sự thể hiện sự giảm lượng mài mòn thực tế của lớp composite. Người ta thường tin rằng khả năng chống mài mòn của vật liệu có liên quan đến độ cứng của vật liệu. Theo phương trình mài mòn Archard, khối lượng mài mòn có liên quan nghịch với độ cứng. Do sự gia tăng tỷ lệ bột cacbua silic, độ cứng vi mô của lớp phủ được cải thiện, do đó làm giảm diện tích tiếp xúc và ma sát thực tế của lớp phủ trong quá trình trầy xước, đồng thời cải thiện khả năng chống biến dạng của lớp phủ. Do đó, lượng hao mòn giảm.

cuối cùng

Trong bài báo này, thiết kế thí nghiệm Taguchi được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của công suất laser, tốc độ quét, dòng khí, tỷ lệ bột SiC và các yếu tố khác đến độ cứng vi mô và khối lượng mài mòn của lớp phủ. Trên cơ sở chuyển đổi tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, phương pháp phân tích quan hệ xám được áp dụng để đạt được tối ưu hóa đồng thời đa mục tiêu. Bộ thông số xử lý dự đoán được kiểm chứng thông qua thực nghiệm. kết luận như sau:

·Chỉ phân tích độ cứng vi mô cho thấy nó chủ yếu bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ bột cacbua silic và ảnh hưởng của các thông số quy trình khác không có ý nghĩa thống kê. Độ cứng vi mô của lớp phủ tăng lên khi tăng tỷ lệ bột cacbua silic.

·Từ việc phân tích khối lượng mài mòn, có thể thấy rằng yếu tố chính ảnh hưởng đến khối lượng mài mòn là tỷ lệ bột cacbua silic và ảnh hưởng của các thông số quy trình khác không có ý nghĩa thống kê. Khối lượng mài mòn của lớp phủ giảm khi tăng tỷ lệ bột cacbua silic.

·Tỷ lệ bột SiC đóng góp vào độ cứng vi mô và độ mài mòn lần lượt là 92.08% và 79.39%. Nó cho thấy độ cứng vi mô và lượng mài mòn chủ yếu bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ bột cacbua silic và các thông số quy trình khác ít bị ảnh hưởng hơn.

·Sử dụng phương pháp phân tích quan hệ màu xám, đạt được mục tiêu về độ cứng vi mô tối đa và độ mài mòn tối thiểu. Các thông số xử lý được thiết lập để đạt được mục tiêu này là: công suất laser 1800 W, tốc độ quét 6 mm/s, tốc độ dòng khí 110 L/h, tỷ lệ bột SiC 30%.

·Dự đoán mức độ tương quan màu xám và thực hiện xác minh thử nghiệm trong phân tích tương quan màu xám đa mục tiêu. Tỷ lệ sai số giữa giá trị dự đoán và giá trị thực tế là 5.3%. Khả năng ứng dụng của phân tích quan hệ xám trong bài toán tối ưu đa mục tiêu đã được kiểm chứng.

Liên kết đến bài viết này : 

Công nghệ ốp laze mới ra mắt có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống mài mòn của lớp phủ composite!

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com


cửa hàng gia công cncPTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Dịch vụ. Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100.
Xưởng gia công chuyên gia công các dịch vụ phục vụ ngành xây dựng và giao thông vận tải. Khả năng bao gồm cắt plasma và oxy-nhiên liệu, Gia công phù hợp, MIG và Đồ gá hàn phay chính xác Cnc nhôm tùy chỉnh, cuộn, lắp ráp, Máy cnc inox gia công tiện trục, cắt, và Dịch vụ gia công CNC Thụy Sĩ. Vật liệu được xử lý bao gồm carbon và Bộ phận tấm che gia công bằng thép không gỉ thụ động.
Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi ( sales@pintejin.com ).


Trả lời trong vòng 24 giờ

Hotline: + 86-769-88033280 Email: sales@pintejin.com

Vui lòng đặt (các) tệp để chuyển trong cùng một thư mục và ZIP hoặc RAR trước khi đính kèm. Các tệp đính kèm lớn hơn có thể mất vài phút để chuyển tùy thuộc vào tốc độ internet cục bộ của bạn :) Đối với các tệp đính kèm trên 20MB, hãy nhấp vào  WeTransfer và gửi đến sales@pintejin.com.

Khi tất cả các trường được điền, bạn sẽ có thể gửi tin nhắn / tệp của mình :)