Қалайы қола тозу бөлшектері үшін негізгі материал болып табылады және өнеркәсіп саласында кеңінен қолданылады. CuSn12Ni2 қалайы қоласының металлографиялық құрылымы мен энергетикалық спектрі талданды және CuSn12Ni2 қалайы қола ұнтағы 42CrMo легирленген болат субстратында жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау байланыстыру беріктігін тексеру процесі. Зерттеу нәтижелері металлургиялық байланысқа CuSn12Ni2 қалайы қола мен 42CrMo легирленген болат субстраты арасында қол жеткізілетінін көрсетеді.

1. Зерттеулер

Қалайы қола үйкеліс және тозу бөлшектері үшін негізгі материалдардың бірі ретінде өнеркәсіп саласында кеңінен қолданылады. Бұл материал әсіресе төмен жылдамдықта және ауыр жүктеме жағдайларында қолайлы. Жылжымалы мойынтіректерде қолданылатын негізгі формаларға бір металл төлкелер мен тірек мойынтіректері, ұнтақты агломерленген биметалл төлкелер және тірек мойынтіректері, центрифугалық құйылған биметалл төлкелер және тіреуіш мойынтіректері, бір металл төлкелерді айналдыру, ұнтақты металлургияда бір металдан жасалған тиімді беті, т.б. жатады. субстратпен жақсы байланыстырудың, төмен сұйылту жылдамдығының және шағын жылу әсер ететін аймақтың артықшылықтары бар жөндеу технологиясын нығайту және қайта өңдеу. Лазерлік қаптау - көп параметрлі байланыстырудың күрделі процесі. Лазер қуаты, лазерлік сканерлеу жылдамдығы, ұнтақты беру жылдамдығы және нүктенің диаметрі сияқты параметрлер қаптау қабатының сапасы үшін өте маңызды. Лазерлік қаптаманың қосымша өндірісі үйде және шетелде көптеген аспектілерде зерттелді. Дегенмен, кәдімгі лазерлік қаптау үшін ұнтақ энергияның 20% -ын сіңіреді, энергияны пайдалану жылдамдығы төмен, сұйылту жылдамдығы 5% ~ 15%, ал қаптау аяқталғаннан кейін кейінгі өңдеу көлемі үлкен болады және өңдеу құны жоғары. Жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау үшін ұнтақ энергияның 80% сіңіре алады, энергияны пайдалану жылдамдығы жоғары, сұйылту жылдамдығы 3% -дан аз болуы мүмкін және қаптау аяқталғаннан кейін кейінгі өңдеу көлемі аз болады және өңдеу құны төмен. Жоғары жылдамдықты немесе тіпті ультра жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау технологиясы ұнтақтың балқу формасы мен энергияны сіңіру коэффициентін оңтайландырады, материалдың тұндыру жылдамдығын арттырады және жоғары тиімділікті, ақаусыз, жоғары байланыстыру беріктігін және төмен сұйылту жылдамдығы қаптама қабаты, бұл дәстүрлі лазерлік қаптамаға қарағанда тиімдірек. Жоғары жылдамдықты лазерлі қаптаманы дайындау процесі болат білігінің астарындағы қалайы-қола қорытпасының қабатын дайындау үшін қолданылады, ол білік жеңі мен болат арасындағы ұзақ мерзімді кедергіден туындаған сусымалы шеңберлер мәселесін шеше алады. субстрат. Ал қалайы қола қорытпасының қабаты істен шыққаннан кейін, оны өңдеуге және алып тастауға, содан кейін қайта өңдеуге қол жеткізу үшін қайта жабуға болады. Қазіргі уақытта болат білік астарларына қалайы қола ұнтағын жоғары жылдамдықты лазермен қаптау бойынша салыстырмалы түрде аз зерттеулер бар. Автор 12CrMo легирленген болат субстратында CuSn2Ni42 қалайы қола ұнтағымен қапталған жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау технологиясын материалдың микро-композициясы мен ұйымдастырылуын және қос қабатты металл материалының макробайланыс беріктігін зерттеу үшін қолданады. Зерттеу нәтижелері CuSn12Ni2 қалайы қола мен 42CrMo легирленген болат субстратының металлургиялық байланысқа қол жеткізгенін көрсетеді.

2 Үлгіні дайындау

Материалдың жабысу беріктігін толық зерттеу үшін алдымен зерттеу үлгілері дайындалады, оның ішінде материал ақауларын және материалды байланыстыру бетінің жанында химиялық құрамын сынау үшін қолданылатын жазық үлгілер және материалдың байланыс беріктігін тексеру үшін қолданылатын дөңгелек үлгілер.

2.1 Ұнтақты дайындау

Бөлшектердің мөлшері неғұрлым концентрленген болса, соғұрлым сфералық пішін жақсырақ болады және жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау үшін қолданылатын ұнтақтың құрамының таралуы неғұрлым біркелкі болса, ұнтақтың өтімділігі соғұрлым жақсы болады және қаптаудан кейін, әсіресе байланыстыру үшін ақаулар аз болады. бетінде ақаулар аз болады. Автор пайдаланған CuSn12Ni2 қалайы қола ұнтағы газды атомизациялау арқылы алынған. Принцип - мыс қорытпасының сұйықтығын ұсақ тамшыларға бөлу үшін жоғары жылдамдықтағы ауа ағынын пайдалану, содан кейін сфералық металл бөлшектерін қалыптастыру үшін оны тез салқындату. Бөлшектердің мөлшері негізінен 50~150мкм-де шоғырланған, ал сфералық жақсы, 1-суретте көрсетілгендей. Қалайы қола ұнтағының ішіндегі металлографиялық түйіршіктер жақсы. 2 (а) суретте тең осьті кристалдардың көпшілігі, ал 2 (b) суретте дендриттердің аз бөлігі көрсетілген. Сонымен қатар, қалайы қола ұнтағының көлденең қимасының энергетикалық спектрінің талдауы мыс, қалайы және никель элементтерінің таралуы салыстырмалы түрде біркелкі және сегрегация болмайды.

2.2 Үлгіні дайындау

Үлгіні дайындау жоғары жылдамдықты лазермен қаптау процесін қолданады, онда лазерлік қаптау жабдығының жарық көзі лазер толқын ұзындығы шамамен 1.06 мкм және максималды қуаты 6 кВт болатын талшықты лазер болып табылады. Лазер талшықты қосқыштан шығарылғаннан кейін, ол коллимациялық линза арқылы параллельді жарыққа айналады, содан кейін энергияны бір нүктеге шоғырландыру үшін фокустау линзасы арқылы фокусталады және лазерлік қаптаманы өңдеуге қол жеткізу үшін металл фокуста балқытылады. Коаксиалды сақиналы газ тасығыш ұнтақты біркелкі жеткізу үшін қолданылады. Ұнтақты жеткізу газы - аргон. Сонымен қатар, лазерлік қаптау кезінде материалдардың тотығуын азайту үшін қорғаныс газы ретінде аргон қолданылады. Электр энергиясын жарық энергиясына түрлендіру процесінде лазер тудыратын артық жылуды кетіру және сыртқы оптикалық жолдағы лазер сәулесін көрсететін линза жұтқан жылудың бір бөлігін жою үшін суды салқындату жүйесі қарастырылған. лазер.

Авторлық зерттеудегі қаптама қабатының қалыңдығы 1.2мм, қаптау жылдамдығы 60~100мм/с, дақ диаметрі 2мм, ұнтақты беру мөлшері 40~50г/мин, лазер қуаты 4500кВт~4800кВт.

Жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау процесі арқылы дайындалған жазықтық үлгісі CuSn3Ni12 қалайы қоласының және 2CrMo легирленген болат субстратының байланыстырушы бетінің жанында материалды сипаттау және талдау үшін пайдаланылатын 42-суретте көрсетілген. Нақты операцияда жазық үлгіден үлгілер алу қажет, содан кейін үлгіні металлографиялық құрылымды талдауға және энергетикалық спектрді талдауға дайындау керек. Жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау процесі арқылы дайындалған қалыпты байланыс беріктігі сынақ үлгісі CuSn4Ni12 қалайы қола мен 2CrMo легирленген болат субстрат арасындағы байланыс беріктігін анықтау үшін пайдаланылатын 42-суретте көрсетілген.

3 Жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау материалдарының сипаттамасы және талдауы

3.1 Металлографиялық құрылым

Үлгі металлографиялық талдауға ұшырады. Талдау жабдығы ультра тереңдіктегі далалық микроскопты пайдаланды. 5-суретте үлгінің коррозияға дейінгі микроқұрылымдық морфологиясы, ал 6-суретте коррозиядан кейінгі үлгінің металлографиялық құрылымы көрсетілген. Коррозия үлгісі үшін қолданылатын ерітінді үш заттың қоспасынан тұрады: 10gFeCl, 6H, 0, 2мл тұз қышқылы ерітіндісі тығыздығы 1.16г/мл және көлемдік үлесі 98% 95мл этанол ерітіндісі. 5-суреттен жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау процесі арқылы дайындалған CuSn12Ni2 қалайы қоласының әлі де белгілі бір кеуектері бар екенін және ең үлкен тесік диаметрі 97.14 мкм екенін көруге болады. Коррозиядан кейінгі үлгінің металлографиялық құрылымы негізінен байланыстырушы бетке жақын дендриттер, ал тең осьті түйіршіктер негізінен CuSn6Ni12 қалайы қоласының бетіне жақынырақ түзілетінін 2-суреттен көруге болады. Оның негізгі себебі, бетке жақын болған сайын асқын салқындату дәрежесі соғұрлым жоғары болады, соғұрлым тең осьті түйіршіктер түзілу оңай, ал байланыстырушы бетке жақын болған сайын асқын салқындату дәрежесі соғұрлым аз болады, бұл оның түзілуіне қолайлы. дендрит дәндері.

3.2 Энергия спектрін талдау

Лазерлік қаптау процесі кезінде CuSn12Ni2 қалайы қоладағы элементтердің белгілі бір мөлшері 42CrMo легирленген болат матрицасына еніп, байланыстыру бетінің жанында металлургиялық байланыс түзеді. Байланыс бетіндегі энергетикалық спектрді талдаудың мақсаты: CuSn12Ni2 қалайы қоласының сұйылту жылдамдығы жоғары емес, сондықтан процесс қалайы қоланың құрамына және механикалық қасиеттеріне аз әсер етеді. Сұйылту жылдамдығы жоғары болмаса да, легирленген болат матрицасына элементтердің аз мөлшері түседі, бұл металлургиялық байланыстың байланыс бетіне жақын жерде болатынын көрсетеді.

4 Байланыс беріктігін тексеру

CuSn12Ni2 қаңылтыр қола материалы 42CrMo легирленген болат матрицасына жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау процесі арқылы қапталғаннан кейін, сырғанаудың үйкелісті азайтатын және тозуға төзімді қабаты ретінде пайдаланылған кезде ол матрицамен жоғары беріктікке ие болуы керек. подшипник. Мұны жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау процесінің параметрлерін реттеу арқылы алуға болады. Автор GB/T12948-1991 ұлттық стандартына сәйкес «Сырғымалы мойынтіректердің биметалл байланысының беріктігін бұзушы сынау әдісі» бойынша үлгілерді біріктіру беріктігін сынауға дайындады және біріктіру беріктігін сынауды жүргізді. CuSn12Ni2 қалайы қола материалының шығымдылығы 140МПа~150МПа, ал созылу күші 260МПа~300МПа. Байланыс күші аққыштық шегінен аз болса, байланыс бетінде сыну пайда болады. Байланыстыру беріктігі аққыштық пен созылу күші арасында болғанда, байланыс бетінде сыну әлі де орын алады, бірақ CuSn12 қалайы қола корпусы шығымды болды. Байланыс күші созылу беріктігінен жоғары болған кезде CuSn12Ni2 қалайы қола материалының корпусында сыну орын алады. Қалыпты байланыс беріктігі сынағы 8-суретте, ал сынақ нәтижелері 9-суретте көрсетілген. 9-суреттен көрініп тұрғандай, сынақтан кейінгі екі үлгінің қалыпты байланыс беріктігі сәйкесінше 429.5МПа және 326.6МПа құрайды, олар материалдың созылу беріктігінен үлкен, бұл байланыстыру бетінің жабысу күші CuSn12Ni2 қалайы қоласының созылу беріктігінен асып түсетінін көрсетеді. Үлгінің сыну беті сынақтан CuSn12Ni2 қалайы қола корпусы екені 10-суретте көрсетілгендей белгілі, бұл да байланыстырушы беттің жабысу күші CuSn12Ni2 қалайы қоласының созылу беріктігінен асып түсетінін растайды. Байланыстыру беріктігін сынау нәтижелері сонымен қатар CuSn12Ni2 қалайы қола мен 42CrMo легирленген болат матрицасының металлургиялық байланысы бар екенін көрсетеді.

5 Қорытынды

Автор CuSn12Ni2 қалайы қоласының және легирленген болат матрицасының жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау процесі арқылы дайындалған байланыстыру өнімділігін зерттеп, CuSn12Ni2 қалайы қола мен 42CrMo легирленген болат матрицасы металлургиялық байланыстыру тудыратынын анықтады.

Байланыс бетінің жанында CuSn12Ni2 қалайы қола негізінен дендрит болып табылады. CuSn12Ni2 қалайы қоласының бетінде негізінен тең осьті кристалдар бар. Бұл байланыстыру бетінің жанындағы төмен салқындаудың аз екенін және бетіндегі төмен салқындаудың үлкен екенін көрсетеді.

CuSn12Ni2 қалайы қоласының жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау процесі арқылы сұйылту жылдамдығы өте жоғары емес, сондықтан процесс қалайы қоланың құрамына және механикалық қасиеттеріне аз әсер етеді.

Жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау процесінің параметрлері сәйкес параметрлерге реттелетін кезде, байланыстыру бетінің жабысу күші CuSn12Ni2 қалайы қоласының созылу беріктігінен асып кетуі мүмкін.