Qalay bronza aşınma qismlari uchun asosiy material bo'lib, sanoat sohasida keng qo'llaniladi. CuSn12Ni2 qalay bronzasining metallografik tuzilishi va energiya spektri tahlil qilindi va CuSn12Ni2 qalay bronza kukuni 42CrMo qotishma po'latdan yasalgan substratga qo'llaniladi. yuqori tezlikda lazer qoplamasi bog'lanish kuchi sinovini o'tkazish jarayoni. Tadqiqot natijalari shuni ko'rsatadiki, CuSn12Ni2 qalay bronza va 42CrMo qotishma po'lat substrat o'rtasida metallurgiya bog'lanishiga erishiladi.

1. Tadqiqot tarixi

Qalay bronza sanoat sohasida ishqalanish va aşınma qismlari uchun asosiy materiallardan biri sifatida keng qo'llaniladi. Ushbu material, ayniqsa, past tezlik va og'ir yuk sharoitlari uchun javob beradi. Sürgülü rulmanlarda ishlatiladigan asosiy shakllar orasida bitta metall gilzalar va surish podshipniklari, chang sinterlangan bimetal rulmanlar va rulmanlar, markazdan qochirma bimetalik gilzalar va rulmanlar, yigiruv yagona metall gilzalar, chang metallurgiya yagona metall gilzalar va boshqalar kiradi. substrat bilan yaxshi bog'lanish, past suyultirish tezligi va kichik issiqlik ta'sir zonasining afzalliklari bilan ta'mirlash texnologiyasini mustahkamlash va qayta ishlab chiqarish. Lazer qoplamasi ko'p parametrli ulanishning murakkab jarayonidir. Lazer kuchi, lazerni skanerlash tezligi, kukunni oziqlantirish tezligi va nuqta diametri kabi parametrlar qoplama qatlamining sifati uchun juda muhimdir. Lazerli qoplama qo'shimchalarini ishlab chiqarish uyda va chet elda ko'p jihatdan o'rganilgan. Biroq, an'anaviy lazer qoplamasi uchun kukun energiyaning 20% ​​ni o'zlashtiradi, energiyadan foydalanish darajasi past, suyultirish darajasi 5% ~ 15% ni tashkil qiladi va qoplama tugagandan so'ng keyingi ishlov berish hajmi katta bo'ladi va ishlov berish narxi. yuqori. Yuqori tezlikda lazer qoplamasi uchun kukun energiyaning 80% ni o'zlashtirishi mumkin, energiyadan foydalanish darajasi yuqori, suyultirish darajasi 3% dan kam bo'lishi mumkin va qoplama tugagandan so'ng keyingi ishlov berish hajmi kichik bo'ladi va ishlov berish narxi past. Yuqori tezlikda yoki hatto o'ta yuqori tezlikda lazerli qoplama texnologiyasi kukunning erish shakli va energiya assimilyatsiya qilish nisbatini optimallashtiradi, materialning cho'kish tezligini oshiradi va yuqori samarali, nuqsonsiz, yuqori bog'lanish kuchiga ega bo'ladi. an'anaviy lazer qoplamasidan ko'ra foydaliroq bo'lgan suyultirish tezligi qoplama qatlami. Yuqori tezlikda lazer qoplamasini tayyorlash jarayoni po'lat val tagida qalay-bronza qotishma qatlamini tayyorlash uchun ishlatiladi, bu milya gilzasi va po'lat o'rtasidagi uzoq muddatli shovqin tufayli kelib chiqadigan siljish natijasida kelib chiqadigan aylanalar muammosini hal qilishi mumkin. substrat. Va qalay bronza qotishma qatlami ishlamay qolgandan so'ng, uni qayta ishlash va olib tashlash va qayta ishlab chiqarishga erishish uchun qayta qoplash mumkin. Hozirgi vaqtda po'lat shaft tagliklarida qalay bronza kukunini yuqori tezlikda lazer bilan qoplash bo'yicha nisbatan kam tadqiqotlar mavjud. Muallif 12CrMo qotishma po'latdan yasalgan substratda CuSn2Ni42 qalay bronza kukunini qoplash uchun yuqori tezlikda lazerli qoplama texnologiyasini qo'llaydi, bu materialning mikro-tarkibi va tashkil etilishini va ikki qatlamli metall materialning so'l bog'lanish kuchini o'rganadi. Tadqiqot natijalari shuni ko'rsatadiki, CuSn12Ni2 qalay bronza va 42CrMo qotishma po'latdan yasalgan substrat metallurgik bog'lanishga erishdi.

2 Namuna tayyorlash

Materialning bog'lanish kuchini to'liq o'rganish uchun birinchi navbatda tadqiqot namunalari tayyorlanadi, shu jumladan materialning nuqsonlari va kimyoviy tarkibini tekshirish uchun ishlatiladigan tekis namunalar va materialni bog'lash yuzasi yaqinida va dumaloq namunalar materialning bog'lanish kuchini sinash uchun ishlatiladi.

2.1 Kukun tayyorlash

Zarrachalar o'lchami qanchalik konsentrlangan bo'lsa, sharsimon shakl shunchalik yaxshi bo'ladi va yuqori tezlikda lazer qoplamasi uchun ishlatiladigan kukun tarkibining taqsimlanishi qanchalik bir xil bo'lsa, kukunning suyuqligi shunchalik yaxshi bo'ladi va qoplamadan keyin kamroq nuqsonlar, ayniqsa yopishtirish uchun. sirt, kamroq nuqsonlar bo'ladi. Muallif tomonidan qo'llaniladigan CuSn12Ni2 qalay bronza kukuni gazni atomizatsiya qilish orqali olinadi. Ish printsipi mis qotishma suyuqligini mayda tomchilarga aylantirish uchun yuqori tezlikdagi havo oqimidan foydalanish va keyin uni sharsimon metall zarrachalarini hosil qilish uchun tezda sovutishdir. Zarrachalar hajmi asosan 50 ~ 150 mkm ga to'plangan va 1-rasmda ko'rsatilganidek, sharsimonlik yaxshi. Qalay bronza kukuni ichidagi metallografik donalar yaxshi. 2-rasmda (a) teng o'qli kristallarning ko'p qismi, 2-rasmda (b) dendritlarning kichik qismi ko'rsatilgan. Bundan tashqari, qalay bronza kukunining kesma energiya spektrini tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, mis, qalay va nikel elementlarining taqsimlanishi nisbatan bir xil bo'lib, hech qanday ajralish sodir bo'lmaydi.

2.2 Namuna tayyorlash

Namuna tayyorlash yuqori tezlikda lazerli qoplama jarayonini qo'llaydi, bunda lazer qoplama uskunasining yorug'lik manbai lazer to'lqin uzunligi taxminan 1.06 mkm va maksimal quvvati 6 kVt bo'lgan tolali lazerdir. Lazer tolali ulagichdan chiqarilgandan so'ng, u kollimator linzalari orqali parallel yorug'likka aylanadi va keyin energiyani bir nuqtada jamlash uchun fokuslash linzalari orqali yo'naltiriladi va lazer qoplamasini qayta ishlashga erishish uchun metall fokusda eritiladi. Koaksiyal halqali gaz tashuvchisi kukunni teng ravishda etkazib berish uchun ishlatiladi. Kukunli gaz argondir. Shu bilan birga, argon lazer qoplamasi paytida materiallarning oksidlanishini kamaytirish uchun himoya gaz sifatida ishlatiladi. Elektr energiyasini yorug'lik energiyasiga aylantirish jarayonida lazer tomonidan hosil bo'lgan ortiqcha issiqlikni olib tashlash va lazer nurini tashqi optik yo'lda aks ettiruvchi linza tomonidan so'rilgan issiqlikning bir qismini olib tashlash uchun suvni sovutish tizimi mavjud. lazer.

Muallifning ishida qoplama qatlamining qalinligi 1.2 mm, qoplama tezligi 60 ~ 100 mm / s, nuqta diametri 2 mm, kukunni oziqlantirish miqdori 40 ~ 50 g / min, lazer quvvati esa 4500 kVt ~ 4800 kVt.

Yuqori tezlikda lazerli qoplama jarayoni bilan tayyorlangan tekislik namunasi 3-rasmda ko'rsatilgan, u CuSn12Ni2 qalay bronza va 42CrMo qotishma po'lat substratning biriktiruvchi yuzasi yaqinidagi materialni tavsiflash va tahlil qilish uchun ishlatiladi. Muayyan operatsiyada tekis namunadan namunalar olish kerak, so'ngra namunani metallografik struktura tahlili va energiya spektrini tahlil qilish uchun tayyorlash kerak. Yuqori tezlikda lazerli qoplama jarayoni tomonidan tayyorlangan normal bog'lanish kuchi sinov namunasi 4-rasmda ko'rsatilgan, u CuSn12Ni2 qalay bronza va 42CrMo qotishma po'lat substrat o'rtasidagi bog'lanish kuchini aniqlash uchun ishlatiladi.

3 Yuqori tezlikli lazerli qoplama materiallarini tavsiflash va tahlil qilish

3.1 Metallografik tuzilish

Namuna metallografik tahlildan o'tkazildi. Tahlil uskunasi ultra chuqurlikdagi dala mikroskopidan foydalangan. 5-rasmda korroziyaga qadar namunaning mikroyapı morfologiyasi, 6-rasmda korroziyadan keyingi namunaning metallografik tuzilishi ko'rsatilgan. Korroziya namunasi uchun ishlatiladigan eritma uchta moddaning aralashmasidan iborat: zichligi 10 g/ml bo'lgan 6 gFeCl, 0H, 2, 1.16 ml xlorid kislota eritmasi va hajm ulushi 98% bo'lgan 95 ml etanol eritmasi. 5-rasmdan ko'rinib turibdiki, yuqori tezlikda lazer bilan qoplash jarayoni bilan tayyorlangan CuSn12Ni2 qalay bronza hali ham ma'lum teshiklarga ega va eng katta teshik diametri 97.14 mkm. 6-rasmdan ko'rinib turibdiki, korroziyadan keyin namunaning metallografik tuzilishi asosan bog'lanish yuzasiga yaqin dendritlar bo'lib, teng o'qli donalar asosan CuSn12Ni2 qalay bronza yuzasiga yaqinroq hosil bo'ladi. Buning asosiy sababi shundaki, sirtga qanchalik yaqin bo'lsa, o'ta sovutish darajasi shunchalik yuqori bo'ladi, teng o'qli donalarni hosil qilish osonroq bo'ladi va bog'lanish yuzasiga qanchalik yaqin bo'lsa, o'ta sovutish darajasi shunchalik kichik bo'ladi, bu esa hosil bo'lishiga ko'proq yordam beradi. dendrit donalari.

3.2 Energiya spektrini tahlil qilish

Lazer qoplamasi jarayonida CuSn12Ni2 qalay bronza tarkibidagi ma'lum miqdordagi elementlar 42CrMo qotishma po'lat matritsaga kirib, bog'lash yuzasi yaqinida metallurgiya bog'lanish hosil qiladi. Bog'lanish yuzasida energiya spektrini tahlil qilishdan maqsad CuSn12Ni2 qalay bronzasining suyultirish tezligi yuqori emas, shuning uchun jarayon qalay bronzasining tarkibi va mexanik xususiyatlariga kam ta'sir qiladi. Suyultirish tezligi yuqori bo'lmasa-da, qotishma po'latdan yasalgan matritsaga oz miqdorda elementlar kiradi, bu metallurgiya bog'lanishning bog'lanish yuzasi yaqinida sodir bo'lishini ko'rsatadi.

4 Bog'lanish kuchi sinovi

CuSn12Ni2 qalay bronza materiali 42CrMo qotishma po'latdan yasalgan matritsaga yuqori tezlikda lazer qoplamasi bilan qoplanganidan so'ng, u surmaning ishqalanishni kamaytiradigan va aşınmaya bardoshli qatlami sifatida foydalanilganda matritsa bilan yuqori bog'lanish kuchiga ega bo'lishi kerak. rulman. Bunga yuqori tezlikda lazerli qoplama jarayoni parametrlarini sozlash orqali erishish mumkin. Muallif milliy standart GB / T12948-1991 "Siluvchi podshipniklarning bimetalik bog'lanish mustahkamligi uchun halokatli sinov usuli" bo'yicha namunalarni biriktirish kuchi sinovi uchun tayyorladi va bog'lanish kuchi sinovini o'tkazdi. CuSn12Ni2 qalay bronza materialining oqish quvvati 140MPa ~ 150MPa, kuchlanish kuchi esa 260MPa ~ 300MPa. Bog'lanish kuchi oqish kuchidan kamroq bo'lsa, bog'lash yuzasida sinish paydo bo'ladi. Bog'lanish kuchi cho'zilish kuchi va cho'zilish kuchi o'rtasida bo'lsa, ulanish yuzasida sinish hali ham sodir bo'ladi, lekin CuSn12 qalay bronza tanasi allaqachon hosil bo'lgan. Bog'lanish kuchi valentlik kuchidan kattaroq bo'lsa, CuSn12Ni2 qalay bronza material tanasida sinish sodir bo'ladi. Oddiy bog'lanish kuchi sinovi 8-rasmda va sinov natijalari 9-rasmda ko'rsatilgan. 9-rasmdan ko'rinib turibdiki, sinovdan keyin ikkita namunaning normal bog'lanish kuchlari mos ravishda 429.5MPa va 326.6MPa ni tashkil qiladi. materialning kuchlanish kuchidan kattaroqdir, bu bog'lovchi sirtning bog'lanish kuchi CuSn12Ni2 qalay bronzasining kuchlanish kuchidan oshib ketishini ko'rsatadi. Namunaning sinish yuzasi sinovdan ma'lumki, CuSn12Ni2 qalay bronza tanasi, 10-rasmda ko'rsatilganidek, bu ham bog'lash yuzasining bog'lanish kuchi CuSn12Ni2 qalay bronzasining kuchlanish kuchidan oshib ketishini tasdiqlaydi. Bog'lanish kuchi sinovi natijalari, shuningdek, CuSn12Ni2 qalay bronza va 42CrMo qotishma po'lat matritsasi metallurgik bog'lanishga ega ekanligini ko'rsatadi.

5 ta natija

Muallif CuSn12Ni2 qalay bronza va qotishma po'latdan yasalgan matritsaning yuqori tezlikda lazerli qoplama jarayoni bilan tayyorlangan bog'lanish ko'rsatkichlarini o'rganib chiqdi va CuSn12Ni2 qalay bronza va 42CrMo qotishma po'lat matritsasi metallurgik bog'lanish hosil qilganligini aniqladi.

Bog'lanish yuzasi yaqinida CuSn12Ni2 qalay bronza asosan dendritlardir. CuSn12Ni2 qalay bronza yuzasi yaqinida, asosan, teng o'qli kristallar mavjud. Bu bog'lovchi sirt yaqinidagi past sovutish kichik ekanligini va sirtdagi past sovutish katta ekanligini ko'rsatadi.

CuSn12Ni2 qalay bronzasining yuqori tezlikda lazerli qoplama jarayoni bilan suyultirish tezligi juda yuqori emas, shuning uchun jarayon qalay bronzasining tarkibi va mexanik xususiyatlariga juda oz ta'sir qiladi.

Yuqori tezlikda lazerli qoplama jarayoni parametrlari tegishli parametrlarga moslashtirilganda, bog'lash yuzasining bog'lanish kuchi CuSn12Ni2 qalay bronzasining kuchlanish kuchidan oshib ketishi mumkin.