कथील कांस्य हे पोशाख भागांसाठी मूलभूत सामग्री आहे आणि औद्योगिक क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणात वापरली जाते. CuSn12Ni2 टिन ब्राँझची मेटॅलोग्राफिक रचना आणि ऊर्जा स्पेक्ट्रमचे विश्लेषण केले गेले आणि CuSn12Ni2 टिन ब्रॉन्झ पावडर 42CrMo मिश्र धातु स्टील सब्सट्रेटवर एक हाय-स्पीड लेसर क्लेडिंग बाँडिंग ताकद चाचणी आयोजित करण्याची प्रक्रिया. संशोधन परिणाम दर्शवितात की CuSn12Ni2 टिन ब्रॉन्झ आणि 42CrMo मिश्र धातु स्टील सब्सट्रेट दरम्यान मेटलर्जिकल बाँडिंग प्राप्त होते.

1. संशोधन पार्श्वभूमी

घर्षण आणि पोशाख भागांसाठी मूलभूत सामग्रीपैकी एक म्हणून औद्योगिक क्षेत्रात कथील कांस्य मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. ही सामग्री कमी-स्पीड आणि जड-लोड परिस्थितीसाठी विशेषतः योग्य आहे. स्लाइडिंग बियरिंग्समध्ये वापरल्या जाणाऱ्या मुख्य प्रकारांमध्ये सिंगल मेटल स्लीव्हज आणि थ्रस्ट बेअरिंग्स, पावडर सिंटर्ड बायमेटल स्लीव्हज आणि थ्रस्ट बेअरिंग्स, सेंट्रीफ्यूगली कास्ट बायमेटल स्लीव्हज आणि थ्रस्ट बेअरिंग्स, स्पिनिंग सिंगल मेटल स्लीव्हज, पावडर मेटलर्जी सिंगल मेटल स्लीव्हज इ. सब्सट्रेटसह चांगले बाँडिंग, कमी सौम्यता दर आणि लहान उष्णता-प्रभावित क्षेत्राच्या फायद्यांसह दुरुस्ती तंत्रज्ञान मजबूत करणे आणि पुनर्निर्मित करणे. लेझर क्लेडिंग ही मल्टी-पॅरामीटर कपलिंगची जटिल प्रक्रिया आहे. लेसर पॉवर, लेसर स्कॅनिंग स्पीड, पावडर फीडिंग स्पीड आणि स्पॉट डायमीटर हे पॅरामीटर्स क्लॅडिंग लेयरच्या गुणवत्तेसाठी खूप महत्वाचे आहेत. लेझर क्लेडिंग ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगचा देश आणि परदेशात अनेक पैलूंमध्ये अभ्यास केला गेला आहे. तथापि, पारंपारिक लेसर क्लेडिंगसाठी, पावडर 20% उर्जा शोषून घेते, उर्जेचा वापर दर कमी आहे, सौम्यता दर 5% ~ 15% आहे आणि क्लॅडिंग पूर्ण झाल्यानंतर त्यानंतरच्या प्रक्रियेची मात्रा मोठी आहे आणि प्रक्रिया खर्च उच्च आहे. हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंगसाठी, पावडर 80% उर्जा शोषून घेऊ शकते, उर्जेचा वापर दर जास्त आहे, सौम्यता दर 3% पेक्षा कमी असू शकतो आणि क्लॅडिंग पूर्ण झाल्यानंतर त्यानंतरच्या प्रक्रियेची मात्रा लहान असते आणि प्रक्रिया पूर्ण होते. खर्च कमी आहे. हाय-स्पीड किंवा अगदी अल्ट्रा-हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंग तंत्रज्ञान पावडरचे वितळण्याचे स्वरूप आणि ऊर्जा शोषण्याचे प्रमाण अनुकूल करते, सामग्री जमा होण्याचे प्रमाण वाढवते आणि उच्च-कार्यक्षमता, दोष-मुक्त, उच्च-बंधन शक्ती आणि कमी- डायल्युशन रेट क्लॅडिंग लेयर, जे पारंपारिक लेसर क्लॅडिंगपेक्षा अधिक फायदेशीर आहे. स्टील शाफ्ट सब्सट्रेटवर कथील-कांस्य मिश्रधातूचा थर तयार करण्यासाठी हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंग तयार करण्याची प्रक्रिया वापरली जाते, ज्यामुळे शाफ्ट स्लीव्ह आणि स्टील यांच्यामध्ये दीर्घकालीन हस्तक्षेपामुळे होणारी रेंगाळणारी वर्तुळे चालू होण्याची समस्या सोडवता येते. थर आणि कथील कांस्य मिश्र धातुचा थर अयशस्वी झाल्यानंतर, त्यावर प्रक्रिया केली जाऊ शकते आणि काढून टाकली जाऊ शकते आणि नंतर पुनर्निर्मिती साध्य करण्यासाठी पुन्हा कपडे घातले जाऊ शकतात. सध्या, स्टील शाफ्ट सब्सट्रेट्सवर टिन ब्राँझ पावडरच्या हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंगवर तुलनेने कमी अभ्यास आहेत. लेखकाने 12CrMo मिश्र धातु स्टील सब्सट्रेटवर CuSn2Ni42 टिन ब्रॉन्झ पावडर क्लॅड करण्यासाठी हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंग तंत्रज्ञान लागू केले आहे जेणेकरून सामग्रीची सूक्ष्म रचना आणि संघटना आणि दुहेरी-लेयर मेटल सामग्रीच्या मॅक्रो-बॉन्डिंग ताकदीचा अभ्यास केला जाईल. संशोधन परिणाम दर्शवितात की CuSn12Ni2 टिन कांस्य आणि 42CrMo मिश्र धातु स्टील सब्सट्रेटने मेटलर्जिकल बाँडिंग प्राप्त केले आहे.

2 नमुना तयार करणे

सामग्रीच्या बाँडिंग मजबुतीचा पूर्णपणे अभ्यास करण्यासाठी, प्रथम संशोधन नमुने तयार केले जातात, ज्यामध्ये सामग्रीचे दोष आणि मटेरियल बाँडिंग पृष्ठभागाजवळील रासायनिक रचना तपासण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या विमानाचे नमुने आणि मटेरियल बाँडिंग स्ट्रेंथ तपासण्यासाठी वापरलेले वर्तुळाकार नमुने यांचा समावेश होतो.

2.1 पावडर तयार करणे

कणांचा आकार जितका अधिक केंद्रित असेल तितका गोलाकार आकार चांगला असेल आणि हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंगसाठी वापरल्या जाणाऱ्या पावडरचे रचना वितरण जितके एकसमान असेल तितकी पावडरची तरलता चांगली असेल आणि क्लेडिंगनंतर कमी दोष, विशेषतः बाँडिंगसाठी. पृष्ठभाग, कमी दोष असतील. लेखकाने वापरलेली CuSn12Ni2 कथील कांस्य पावडर गॅस अणूकरण प्रक्रियेद्वारे प्राप्त केली जाते. तांब्याच्या मिश्रधातूच्या द्रवाचे लहान थेंबांमध्ये विभाजन करण्यासाठी आणि नंतर गोलाकार धातूचे कण तयार करण्यासाठी ते द्रुतगतीने थंड करण्यासाठी हाय-स्पीड एअरफ्लो वापरणे हे तत्त्व आहे. कणाचा आकार प्रामुख्याने 50~150μm मध्ये केंद्रित आहे, आणि गोलाकारपणा चांगला आहे, आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. कथील कांस्य पावडरच्या आत मेटॅलोग्राफिक धान्य चांगले आहेत. आकृती 2 (a) बहुतेक इक्वेक्स केलेले क्रिस्टल्स दाखवते आणि आकृती 2 (b) डेंड्राइट्सचा एक छोटासा भाग दर्शविते. याव्यतिरिक्त, कथील कांस्य पावडरचे क्रॉस-सेक्शनल एनर्जी स्पेक्ट्रम विश्लेषण असे दर्शविते की तांबे, कथील आणि निकेल घटकांचे वितरण तुलनेने एकसमान आहे आणि कोणतेही पृथक्करण होत नाही.

2.2 नमुना तयार करणे

नमुना तयार करण्यासाठी हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंग प्रक्रिया स्वीकारली जाते, ज्यामध्ये लेसर क्लेडिंग उपकरणाचा प्रकाश स्रोत सुमारे 1.06μm लेसर तरंगलांबी आणि 6kW ची कमाल शक्ती असलेला फायबर लेसर आहे. फायबर कनेक्टरमधून लेसर उत्सर्जित झाल्यानंतर, ते समांतर प्रकाशात कोलिमेटिंग लेन्सद्वारे रूपांतरित केले जाते आणि नंतर एका बिंदूवर ऊर्जा केंद्रित करण्यासाठी फोकसिंग लेन्सद्वारे फोकस केले जाते आणि लेसर क्लॅडिंग प्रक्रिया साध्य करण्यासाठी फोकसमध्ये धातू वितळली जाते. समाक्षीय कंकणाकृती गॅस वाहक पावडर समान रीतीने वितरीत करण्यासाठी वापरला जातो. पावडर वितरण वायू आर्गॉन आहे. त्याच वेळी, लेसर क्लॅडिंग दरम्यान सामग्रीचे ऑक्सिडेशन कमी करण्यासाठी आर्गॉनचा वापर संरक्षणात्मक वायू म्हणून केला जातो. विद्युत ऊर्जेचे प्रकाश उर्जेमध्ये रूपांतर करण्याच्या प्रक्रियेत लेसरद्वारे निर्माण होणारी अतिरिक्त उष्णता काढून टाकण्यासाठी आणि बाह्य ऑप्टिकल मार्गामध्ये लेसर बीम प्रतिबिंबित करणाऱ्या लेन्सद्वारे शोषलेल्या उष्णतेचा काही भाग काढून टाकण्यासाठी, वॉटर कूलिंग सिस्टम प्रदान केली जाते. लेसर

लेखकाच्या अभ्यासात क्लॅडिंग लेयरची जाडी 1.2 मिमी आहे, क्लॅडिंगची गती 60 ~ 100 मिमी/से आहे, स्पॉट व्यास 2 मिमी आहे, पावडर फीडिंग रक्कम 40 ~ 50 ग्रॅम / मिनिट आहे आणि लेसर पॉवर 4500kW ~ 4800kW आहे.

हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंग प्रक्रियेद्वारे तयार केलेला विमान नमुना आकृती 3 मध्ये दर्शविला आहे, ज्याचा उपयोग CuSn12Ni2 टिन कांस्य आणि 42CrMo मिश्र धातु स्टील सब्सट्रेटच्या बाँडिंग पृष्ठभागाजवळील सामग्रीचे वैशिष्ट्य आणि विश्लेषण करण्यासाठी केला जातो. विशिष्ट ऑपरेशनमध्ये, विमानाच्या नमुन्यातून नमुने घेणे आवश्यक आहे आणि नंतर मेटॅलोग्राफिक संरचना विश्लेषण आणि ऊर्जा स्पेक्ट्रम विश्लेषणासाठी नमुना तयार करणे आवश्यक आहे. हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंग प्रक्रियेद्वारे तयार केलेला सामान्य बाँडिंग स्ट्रेंथ चाचणी नमुना आकृती 4 मध्ये दर्शविला आहे, ज्याचा उपयोग CuSn12Ni2 टिन कांस्य आणि 42CrMo मिश्रित स्टील सब्सट्रेटमधील बाँडिंग ताकद निश्चित करण्यासाठी केला जातो.

3 हाय-स्पीड लेसर क्लेडिंग सामग्रीचे वैशिष्ट्य आणि विश्लेषण

३.१ मेटॅलोग्राफिक रचना

नमुना मेटालोग्राफिक विश्लेषणाच्या अधीन होता. विश्लेषण उपकरणांमध्ये फील्ड मायक्रोस्कोपची अल्ट्रा-डेप्थ वापरली गेली. आकृती 5 गंज होण्यापूर्वी नमुन्याचे मायक्रोस्ट्रक्चर मॉर्फोलॉजी दाखवते आणि आकृती 6 गंजानंतर नमुन्याची मेटालोग्राफिक रचना दर्शवते. गंज नमुन्यासाठी वापरलेले द्रावण तीन पदार्थांच्या मिश्रणाने बनलेले आहे: 10gFeCl, 6H, 0, 2mL हायड्रोक्लोरिक ऍसिड द्रावण 1.16g/mL घनतेसह आणि 98mL इथेनॉल द्रावण 95% च्या व्हॉल्यूम अंशासह. हाय-स्पीड लेसर क्लेडिंग प्रक्रियेद्वारे तयार केलेल्या CuSn5Ni12 टिन ब्रॉन्झमध्ये अजूनही काही छिद्र आहेत आणि सर्वात मोठा छिद्र व्यास 2μm आहे हे आकृती 97.14 वरून पाहिले जाऊ शकते. आकृती 6 वरून असे दिसून येते की गंजानंतरच्या नमुन्याची मेटॅलोग्राफिक रचना मुख्यत: बाँडिंग पृष्ठभागाजवळील डेंड्राइट्स असते आणि समतोल दाणे प्रामुख्याने CuSn12Ni2 टिन ब्राँझच्या पृष्ठभागाच्या जवळ तयार होतात. मुख्य कारण म्हणजे पृष्ठभागाच्या जितके जवळ, सुपर कूलिंगची डिग्री जितकी जास्त असेल तितके समान कण तयार करणे सोपे होते आणि बाँडिंग पृष्ठभागाच्या जवळ, सुपर कूलिंगची डिग्री लहान असते, जी तयार होण्यास अधिक अनुकूल असते. डेंड्राइट धान्य.

3.2 ऊर्जा स्पेक्ट्रम विश्लेषण

लेसर क्लेडिंग प्रक्रियेदरम्यान, CuSn12Ni2 टिन ब्रॉन्झमधील घटकांची एक निश्चित मात्रा 42CrMo मिश्र धातुच्या स्टील मॅट्रिक्समध्ये प्रवेश करेल आणि बाँडिंग पृष्ठभागाजवळ एक धातूचा बंध तयार करेल. बाँडिंग पृष्ठभागावर एनर्जी स्पेक्ट्रम विश्लेषणाचा उद्देश असा आहे की CuSn12Ni2 टिन ब्राँझचा सौम्यता दर जास्त नाही, म्हणून प्रक्रियेचा टिन ब्राँझच्या रचना आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर थोडासा प्रभाव पडतो. सौम्यता दर जास्त नसला तरी, मिश्रधातूच्या स्टील मॅट्रिक्समध्ये कमी प्रमाणात घटक प्रवेश करतात, हे दर्शविते की मेटलर्जिकल बाँडिंग बाँडिंग पृष्ठभागाजवळ होते.

4 बाँडिंग ताकद चाचणी

CuSn12Ni2 टिन ब्रॉन्झ मटेरियल हाय-स्पीड लेसर क्लेडिंग प्रक्रियेद्वारे 42CrMo मिश्र धातु स्टील मॅट्रिक्सवर क्लेड केल्यानंतर, जेव्हा ते स्लाइडिंगचा घर्षण-कमी करणारा आणि परिधान-प्रतिरोधक स्तर म्हणून वापरला जातो तेव्हा मॅट्रिक्ससह उच्च बंधन शक्ती असणे आवश्यक आहे. बेअरिंग हे हाय-स्पीड लेसर क्लेडिंग प्रक्रिया पॅरामीटर्स समायोजित करून प्राप्त केले जाऊ शकते. लेखकाने राष्ट्रीय मानक GB/T12948-1991 नुसार बाँडिंग स्ट्रेंथ चाचणीसाठी नमुने तयार केले “स्लाइडिंग बियरिंग्जच्या बिमेटेलिक बाँड स्ट्रेंथसाठी विनाशकारी चाचणी पद्धत” आणि बाँडिंग ताकद चाचणी घेतली. CuSn12Ni2 कथील कांस्य सामग्रीची उत्पन्न शक्ती 140MPa~150MPa आहे आणि तन्य शक्ती 260MPa~300MPa आहे. जेव्हा बाँडिंगची ताकद उत्पन्न शक्तीपेक्षा कमी असते, तेव्हा बाँडिंग पृष्ठभागावर फ्रॅक्चर होईल. जेव्हा बाँडिंग स्ट्रेंथ उत्पन्न शक्ती आणि तन्य सामर्थ्य यांच्यामध्ये असते, तेव्हा बाँडिंग पृष्ठभागावर फ्रॅक्चर होईल, परंतु CuSn12 टिन ब्राँझ बॉडी आधीच उत्पन्न झाली आहे. जेव्हा बाँडिंगची ताकद तन्य शक्तीपेक्षा जास्त असते, तेव्हा CuSn12Ni2 कथील कांस्य सामग्रीच्या शरीरात फ्रॅक्चर होईल. सामान्य बाँडिंग सामर्थ्य चाचणी आकृती 8 मध्ये दर्शविली आहे आणि चाचणीचे परिणाम आकृती 9 मध्ये दर्शविले आहेत. आकृती 9 मधून पाहिल्याप्रमाणे, चाचणीनंतर दोन नमुन्यांची सामान्य बाँडिंग ताकद अनुक्रमे 429.5MPa आणि 326.6MPa आहे, जी सामग्रीच्या तन्य सामर्थ्यापेक्षा जास्त आहेत, हे दर्शविते की बाँडिंग पृष्ठभागाची बाँडिंग ताकद CuSn12Ni2 टिन ब्राँझच्या तन्य शक्तीपेक्षा जास्त आहे. आकृती 12 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे नमुन्याचा फ्रॅक्चर पृष्ठभाग CuSn2Ni10 टिन ब्रॉन्झ बॉडी असल्याचे चाचणीवरून ओळखले जाते, जे हे देखील पुष्टी करते की बाँडिंग पृष्ठभागाची बाँडिंग मजबुती CuSn12Ni2 टिन ब्राँझच्या तन्य शक्तीपेक्षा जास्त आहे. बाँडिंग स्ट्रेंथ चाचणी परिणाम हे देखील दर्शवतात की CuSn12Ni2 टिन कांस्य आणि 42CrMo मिश्र धातु स्टील मॅट्रिक्समध्ये मेटलर्जिकल बाँडिंग आहे.

एक्सएनयूएमएक्स निष्कर्ष

लेखकाने हाय-स्पीड लेझर क्लेडिंग प्रक्रियेद्वारे तयार केलेल्या CuSn12Ni2 टिन ब्रॉन्झ आणि मिश्र धातु मॅट्रिक्सच्या बाँडिंग कार्यक्षमतेचा अभ्यास केला आणि असे आढळले की CuSn12Ni2 टिन ब्रॉन्झ आणि 42CrMo मिश्र धातु स्टील मॅट्रिक्सने मेटलर्जिकल बाँडिंग तयार केले.

बाँडिंग पृष्ठभागाजवळ, CuSn12Ni2 कथील कांस्य प्रामुख्याने डेंड्राइट्स आहे. CuSn12Ni2 कथील ब्राँझच्या पृष्ठभागाजवळ, इक्वेक्स्ड क्रिस्टल्स प्रामुख्याने उपस्थित असतात. हे सूचित करते की बाँडिंग पृष्ठभागाजवळील अंडरकूलिंग लहान आहे आणि पृष्ठभागावरील अंडरकूलिंग मोठे आहे.

हाय-स्पीड लेसर क्लेडिंग प्रक्रियेद्वारे CuSn12Ni2 टिन ब्रॉन्झचा सौम्य केलेला दर फार जास्त नाही, त्यामुळे या प्रक्रियेचा टिन ब्राँझच्या रचना आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर फारसा प्रभाव पडत नाही.

जेव्हा हाय-स्पीड लेसर क्लॅडिंग प्रक्रिया पॅरामीटर्स योग्य पॅरामीटर्समध्ये समायोजित केले जातात, तेव्हा बाँडिंग पृष्ठभागाची बाँडिंग ताकद CuSn12Ni2 टिन ब्राँझच्या तन्य शक्तीपेक्षा जास्त असू शकते.