Influența tehnologiei de pre-oxidare asupra NiAl placare cu laser acoperirea este profund discutată, inclusiv indicatorii cheie de performanță, cum ar fi microstructura și duritatea, coeficientul de frecare și rezistența la uzură a acoperirii. Rezultatele experimentale arată că, după tratarea tehnologiei de pre-oxidare, stratul de placare cu laser NiAl are o nouă fază Al2O3 în plus față de faza principală NiAl, iar duritatea acoperirii este crescută cu aproximativ 20% pe baza stratului de NiAl, coeficientul de frecare este redus cu aproximativ 23%, iar rezistența la uzură este îmbunătățită semnificativ. Se poate concluziona că NiAl placare cu laser acoperirea a realizat o transformare benignă de la microstructură la performanță prin tehnologia de pre-oxidare și are o valoare mare de aplicare practică.

În domeniul științei și ingineriei materialelor moderne, acoperirile de placare cu laser NiAl au primit o atenție pe scară largă datorită rezistenței excelente la temperaturi ridicate, rezistenței la oxidare și rezistenței la uzură. Astfel de acoperiri sunt utilizate pe scară largă în industria aviației, aerospațială, auto și energetică și joacă un rol cheie în îmbunătățirea duratei de viață și a fiabilității diferitelor componente de inginerie.

Ca metodă eficientă de tratare a suprafeței, tehnologia de pre-oxidare a fost aplicată cu succes la o varietate de materiale metalice în ultimii ani pentru a optimiza microstructura și proprietățile macroscopice ale materialelor. Prin urmare, această lucrare își propune să exploreze în profunzime influența tehnologiei de pre-oxidare asupra stratului de acoperire cu laser NiAl, inclusiv indicatorii cheie de performanță, cum ar fi microstructura și duritatea, coeficientul de frecare și rezistența la uzură a acoperirii. Rezultatele acestui studiu pot ajuta la obținerea unei înțelegeri mai profunde a potențialei aplicări a tratamentului de pre-oxidare în domeniul științei și ingineriei materialelor și pot oferi, de asemenea, îndrumări teoretice și referințe pentru optimizarea acoperirii cu laser NiAl în producția reală, care are o importantă valoare academică şi practică.

1 Materiale și metode experimentale

1.1 Pregătirea materialului și a acoperirii
În acest experiment, oțelul Q235 utilizat în mod obișnuit în industrie a fost selectat ca material de bază, iar dimensiunea sa a fost specificată ca 80 mm × 80 mm × 10 mm. Pentru a obține un strat de acoperire de înaltă calitate NiAl, ca materie primă de placare a fost selectată pulbere sferică de NiAl. Dimensiunea particulelor acestei pulberi de NiAl este distribuită în 80 ~ 250 de ochiuri, asigurându-se că stratul de acoperire are o textură uniformă și o bună legătură cu materialul de bază. În primul rând, pulberea de NiAl a fost pre-oxidată folosind un cuptor cu cutie de temperatură înaltă KT1800. Când temperatura cuptorului atinge 750 ℃, pulberea de NiAl este răspândită uniform în creuzet și apoi plasată în cuptor pentru oxidare. Timpul de menținere a pre-oxidării este setat la 25 de minute, iar apoi cuptorul este răcit în mod natural la temperatura camerei. Pentru a se asigura că nu există defecte cauzate de impurități sau umiditate în timpul pregătirii stratului de acoperire, pulberea de NiAl pre-oxidată este plasată într-un cuptor de uscare în vid la 110 ℃ timp de 45 de minute pentru a elimina eficient umiditatea care poate exista în pulberea.

În timpul etapei de pregătire a acoperirii, echipamentul de placare cu laser RF-LCD-3500 a fost utilizat pentru a acoperi suprafața oțelului Q235. Două acoperiri diferite de NiAl au fost pregătite în timpul procesului de pregătire a acoperirii: unul este acoperirea direct placată cu pulberea originală de NiAl, iar cealaltă este acoperirea acoperită cu pulberea de NiAl după pre-oxidare.

1.2 Metodă experimentală
Învelișul de placare cu laser NiAl pregătit a fost tăiat la dimensiunea de testare necesară prin tehnologia de tăiere a firului cu scânteie electrică de mare viteză, apoi măcinat fin și lustruit pentru a se asigura că suprafața de testat este plană și fără defecte. Morfologia de suprafață a acoperirii a fost observată cu microscopul optic JM-4KT și microscopul ultraprofund VHX-2000E. Structura detaliată și semnele de uzură au fost observate cu microscopul electronic cu scanare ZEISSUltra55 și microscopul Zeiss AxioScope.A1. Difractometrul de raze X XpertPro a fost utilizat pentru analiza de fază a acoperirii. În același timp, pentru a verifica teoretic, compoziția de fază așteptată a acoperirii a fost calculată prin software-ul Thermo-Calc și comparată cu datele experimentale. Dimensiunea dendritei a fost măsurată cu software-ul ImagePro Plus, iar testul de duritate de la suprafața de acoperire la substrat a fost efectuat cu testerul de microduritate HXS-2000Z. În cele din urmă, acoperirea a fost supusă unui test de frecare alternativă folosind un tester de frecare și uzură Bruker UMT-8. Obiectul de frecare a fost o bilă de SiO2 cu un diametru de 5 mm, sarcina a fost setată la 6 N, iar timpul de frecare a fost setat la 1 oră. Urmele de uzură ale acoperirii au fost observate în detaliu cu ajutorul analizorului tridimensional de morfologie a suprafeței Bruker ContourElite-X, iar volumul de uzură al acoperirii a fost calculat cu precizie pe baza acestui fapt. Rezultatele experimentale au furnizat date solide pentru analiza ulterioară a performanței.

2 Rezultate experimentale și analize

2.1 Modificări în morfologia acoperirii
Morfologia suprafeței acoperirii este prezentată în Figura 1. După cum se poate observa din Figura 1, structura de suprafață a acoperirii este clară, fără fisuri evidente sau alte defecte. Folosind un microscop cu ultra-profunzime de câmp, se constată că învelișul are o etanșeitate bună și fără defecte evidente. Părțile convexe și concave de pe suprafața sa sunt cauzate de tensiunea superficială a bazinului de lichid topit. După solidificare, în zona centrală a acoperirii se formează o parte proeminentă, iar la joncțiune se formează o parte scufundată.

2.2 Compoziția de fază a acoperirilor
Analiza de difracție cu raze X a fost efectuată atât pe stratul de NiAl, cât și pe cel preoxidat de NiAl, iar datele specifice sunt prezentate în Figura 2. Din datele din Figura 2-1, se poate observa că atât stratul original de NiAl, cât și stratul de NiAl pre-oxidat este compus în principal din NiAl. Motivul este că în diagrama de fază binară a Ni-Al, NiAl are o gamă largă de componente și se formează ușor prin anumite reacții. Prin urmare, faza dominantă a ambelor acoperiri este NiAl.

Cu toate acestea, în comparație cu acoperirea NiAl originală, acoperirea NiAl pre-oxidată are mai multe vârfuri de difracție de Al2O3, ceea ce indică faptul că a fost introdus o cantitate de oxigen în timpul procesului de pre-oxidare. În același timp, sub iradiere cu laser, pulberea suferă un proces de topire și solidificare, având ca rezultat existența stabilă a Al2O3 în acoperire. În plus, datele de calcul ale software-ului Thermo-Calc au verificat și existența fazei Al2O3 în acoperire. Rezultatele calculului specific arată că stratul original de NiAl este în principal o singură fază de NiAl, așa cum se arată în Figura 2-2, în timp ce acoperirea după tratamentul de pre-oxidare conține faza Al2O3 în plus față de faza NiAl, așa cum se arată în Figura 2-3. .

Analiza și certificarea ulterioară arată că elementul M din acoperire este Al. Comparând rezultatele datelor, se poate determina că în acoperirea tratată cu tehnologia de pre-oxidare, pe lângă faza principală de NiAl, se adaugă și faza Al2O3. Această descoperire poate oferi o bază teoretică importantă pentru cercetarea ulterioară a performanței acoperirii.

2.3 Analiza performanței acoperirii

2.3.1 Test de microduritate
Pentru a evalua cuprinzător efectul tehnologiei de pre-oxidare asupra durității acoperirii cu NiAl, testerul de microduritate HXS-2000Z a fost utilizat pentru a efectua teste de duritate de la suprafața acoperirii la substrat. Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate în tabelul 1.

După cum se poate observa din Tabelul 1, duritatea acoperirii NiAl după tratamentul de pre-oxidare este semnificativ crescută în comparație cu duritatea acoperirii NiAl originale, care este crescută cu aproximativ 20%. Acest lucru arată că stratul de NiAl după tratamentul de pre-oxidare are o duritate mai puternică și un efect tehnic mai bun în utilizarea efectivă.

2.3.2 Analiza performanței la frecare și uzură
Testul de frecare alternativă a fost efectuat de testerul de frecare și uzură Bruker UMT-8, iar performanța la frecare și la uzură a celor două acoperiri au fost comparate și analizate conform rezultatelor, așa cum se arată în Tabelul 2.

După cum se poate vedea din Tabelul 2, coeficientul de frecare al acoperirii cu NiAl după tratamentul de pre-oxidare este redus cu aproximativ 23% în comparație cu acoperirea originală cu NiAl. În același timp, volumul său de uzură este, de asemenea, redus de la 2.5 mm3 la 1.9 mm³, arătând rezistența superioară la uzură.

3 Concluzie
1) Pulberea compozită de NiAl este preparată într-o acoperire metalurgică prin placare cu laser tehnologie. Acoperirea este bine formată și nu are defecte microscopice, cum ar fi fisuri sau pori.

2) Rezultatele analizei de fază a acoperirii arată că tratamentul de pre-oxidare introduce faza Al2O3 în acoperire, dar faza dominantă este încă NiAl.
3) În comparație cu stratul original, duritatea stratului de NiAl pre-oxidat a crescut cu aproximativ 20%, coeficientul de frecare a scăzut cu aproximativ 23%, iar performanța la uzură a fost îmbunătățită semnificativ. Acest lucru oferă o nouă perspectivă pentru aplicarea practică a acoperirii NiAl și reflectă valoarea sa mai mare de aplicare.