Principe et introduction du revêtement laser

Processus de revêtement : Le revêtement laser peut être grossièrement divisé en deux catégories selon la méthode d'approvisionnement en matériaux de revêtement, à savoir le revêtement laser prédéfini et le revêtement laser synchrone.

Le revêtement laser prédéfini consiste à placer le matériau de revêtement sur la partie de revêtement de la surface du substrat à l'avance, puis à utiliser l'irradiation par faisceau laser pour numériser et fondre. Le matériau de revêtement est ajouté sous forme de poudre ou de fil, et la forme de poudre est la plus couramment utilisée.

Le revêtement laser synchrone consiste à envoyer des matériaux de revêtement en poudre ou en fil dans le bain de fusion de manière synchrone à travers la buse pendant le processus de revêtement. Le matériau de revêtement est ajouté sous forme de poudre ou de fil, parmi lesquels la forme de poudre est la plus couramment utilisée.

Le processus principal de revêtement laser prédéfini est le suivant : prétraitement de la surface du revêtement du substrat --- matériau de revêtement prédéfini --- préchauffage --- revêtement laser --- post-traitement thermique.

Le flux de processus principal du revêtement laser synchrone est le suivant : prétraitement de la surface du revêtement du substrat --- préchauffage --- revêtement laser synchrone --- post-traitement thermique.

Selon le flux de processus, les processus liés au revêtement laser sont principalement la méthode de prétraitement de la surface du substrat, la méthode d'alimentation en matériau de revêtement, le préchauffage et le post-traitement thermique.

Principe de fonctionnement du laser :

L'ensemble complet d'équipement de revêtement laser comprend : un laser, une unité de refroidissement, un mécanisme d'alimentation en poudre, une table de traitement, etc.

Sélection de lasers : les types de laser courants prennent en charge le processus de revêtement laser, tels que les lasers CO2, les lasers à semi-conducteurs, les lasers à fibre, les lasers à semi-conducteurs, etc.

Paramètres du processus

Les paramètres de processus du revêtement laser comprennent principalement la puissance du laser, le diamètre du spot, la vitesse de revêtement, la quantité de défocalisation, la vitesse d'alimentation en poudre, la vitesse de balayage, la température de préchauffage, etc. Ces paramètres ont une grande influence sur le taux de dilution de la couche de revêtement, les fissures, la rugosité de la surface. et la compacité des pièces de revêtement. Les paramètres s'influencent également les uns les autres, ce qui constitue un processus très compliqué, et des méthodes de contrôle raisonnables doivent être utilisées pour contrôler ces paramètres dans la plage autorisée du processus de revêtement laser.

Le revêtement laser a 3 paramètres de processus importants

puissance laser

Plus la puissance du laser est élevée, plus la quantité de métal de revêtement fondu est grande et plus la probabilité de porosité est grande. À mesure que la puissance du laser augmente, la profondeur de la couche de revêtement augmente, le métal liquide environnant fluctue violemment et la solidification dynamique se cristallise, de sorte que le nombre de pores est progressivement réduit, voire éliminé, et les fissures sont également progressivement réduites. Lorsque la profondeur de la couche de revêtement atteint la profondeur limite, à mesure que la puissance augmente, la température de surface du substrat augmente et le phénomène de déformation et de fissuration s'intensifie. Si la puissance du laser est trop faible, seul le revêtement de surface fond et le substrat ne fond pas. A ce moment, des fissures locales se produisent à la surface de la couche de revêtement. Le boulochage, les vides, etc. ne parviennent pas à atteindre l’objectif du revêtement de surface.

Diamètre du spot

Le faisceau laser est généralement circulaire. La largeur de la couche de gaine dépend principalement du diamètre du spot du faisceau laser, le diamètre du spot augmente et la couche de gaine devient plus large. Différentes tailles de points entraîneront des changements dans la distribution d'énergie à la surface de la couche de revêtement, et la morphologie et les propriétés de microstructure de la couche de revêtement obtenues sont très différentes. D'une manière générale, la qualité de la couche de revêtement est meilleure lorsque la taille du spot est petite, et la qualité de la couche de revêtement diminue à mesure que la taille du spot augmente. Cependant, le diamètre du spot est trop petit, ce qui ne permet pas d'obtenir une couche de revêtement de grande surface. [3]

Vitesse de bardage

La vitesse de gainage V a un effet similaire à la puissance du laser P. Si la vitesse de gainage est trop élevée,la poudre d'alliagene peut pas fondre complètement et l'effet d'un revêtement de haute qualité n'est pas obtenu ; si la vitesse de gainage est trop faible, le bain de fusion existe trop longtemps, la poudre est trop brûlée, les éléments d'alliage sont perdus et l'apport thermique de la matrice est important. augmentera la quantité de déformation.

Les paramètres de revêtement laser n'affectent pas indépendamment la qualité macroscopique et microscopique de la couche de revêtement, mais s'influencent mutuellement. Afin d'illustrer l'effet global de la puissance laser P, du diamètre du spot D et de la vitesse de gainage V, la notion d'énergie spécifique Es est proposée, à savoir :

Es=P/(DV)

C'est-à-dire l'énergie d'irradiation par unité de surface et des facteurs tels que le laserdensité de puissanceet la vitesse de gainage peuvent être considérées ensemble.

La réduction de l'énergie spécifique est bénéfique pour réduire le taux de dilution et a également une certaine relation avec l'épaisseur de la couche de revêtement. Dans des conditions de puissance laser constante, le taux de dilution de la couche de revêtement diminue avec l'augmentation du diamètre du point, et lorsque la vitesse de revêtement et le diamètre du point sont constants, le taux de dilution de la couche de revêtement augmente avec l'augmentation de la puissance du faisceau laser. De plus, à mesure que la vitesse de revêtement augmente, la profondeur de fusion du substrat diminue et le taux de dilution de la couche de revêtement à partir du matériau du substrat diminue.

Dans le revêtement laser multi-passes, le taux de chevauchement est le principal facteur affectantla rugosité de la surfacede la couche de revêtement. Lorsque le taux de recouvrement augmente, la rugosité de surface de la couche de revêtement diminue, mais l'uniformité de la partie recouverte est difficile à garantir. La profondeur de la zone de chevauchement entre les pistes de revêtement est différente de la profondeur du centre des pistes de revêtement, ce qui affecte l'uniformité de l'ensemble de la couche de revêtement. De plus, la contrainte de traction résiduelle du revêtement multi-passes sera superposée, ce qui augmentera la valeur de contrainte totale locale et augmentera la sensibilité aux fissures de la couche de revêtement. Le préchauffage et le revenu peuvent réduire la tendance à la fissuration de la couche de revêtement.