Отработка режимов лазерного оплавления газо-термического покрытия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Применение меди и ее сплавов для создания деталей металлургического оборудования сопряжено с увеличением абразивного износа и высокотемпературной коррозии. В связи с этим возникает необходимость нанесения защитного покрытия. В частности, для предотвращения износа и преждевременного выкрашивания металла медных фурм производят упрочнение поверхности покрытием из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия методом газотермического напыления в атмосфере воздуха. Из- за разницы коэффициента термического расширения меди (при T = 300 К: 16.7 мкм/м оС и при T = 750 К: 19.7 мкм/м оС и ее низкой стойкости против газовой коррозии нанесение оксида циркония (производится по предварительно нанесенному промежуточному слою, играющему согласующую по коэффициенту термического расширения (КТР) роль между медной основой и керамическим покрытием. Кроме того, промежуточный слой защищает медь от газовой коррозии. При этом в качестве промежуточных слоев используются сплавы на основе никеля. Использование никеля в качестве основы промежуточных слоев обусловлено тем, что медь и никель образуют непрерывный ряд твердых растворов, таких как мельхиор или монель-металлподобные структуры. Это, в свою очередь, предполагает плавный переход теплофизических свойств от меди к никелевому сплаву. Для обеспечения повышенной адгезии переходного слоя с медью за счет увеличения площади взаимного контакта между медью и подслоем (кинжальное проплавление) и существенного повышения однородности материала промежуточного слоя из никелевого сплава применялось лазерное оплавление промежуточного подслоя (система Ni—B—Si) на лазерном комплексе на основе лазера ЛС-5 мощностью 5 кВт с роботом KUKA KR-60HA в атмосфере аргона. Для отработки режимов были проведены эксперименты на медных образцах плоской формы и тела вращения. Оптимальными параметрами процесса оплавления плоских образцов являлись: скорость обработки 33 мм/с, мощность от 400 до 3900 Вт, фокусное расстояние от 200 до 230 мм, шаг между треками: 0.25, 0.5 и 1 мм. Оптимальными параметрами процесса являлись: мощность лазерного излучения 400—450 Вт, шаг обработки 0.125; 0.5, фокусное расстояние от 200 до 210 мм.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. С. Бахтеев

Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Автор, ответственный за переписку.
Email: igor.bakhteev@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

К. И. Олейник

Институт металлургии УрО РАН

Email: igor.bakhteev@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

А. В. Шак

Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Email: igor.bakhteev@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Е. Л. Фурман

Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Email: igor.bakhteev@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Р. М. Валиев

Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина

Email: igor.bakhteev@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

А. А. Вопнерук

АО «НПП “Машпром”»

Email: igor.bakhteev@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Жук В.И. Анализ тепловой работы воздушных фурм доменной печи // Вестник Приазовского государственного технического университета. 2002. № 12. С. 25–30.
  2. Li G., Huang P., Cheng P., Wu W., Zhang Y., Pang Zh., Xu Q., Zhu K., Zou X., Li R. // Engineering Failure Analysis. 2023. 153. 107537 https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.1075373.
  3. Chai Y.-F., Zhang J., Ning X.-J., Wei G.-Y., Chen Y.-T. // High Temperature Materials and Processes. 2015. № 4. https://doi.org/10.1515/htmp-2014-0149
  4. Олейник К.И., Бахтеев И.С., Русских А.С., Осинкина Т.В., Жилина Е.М. Наплав- ление многокомпонентных сплавов, содержащих тугоплавкие металлы // Расплавы. 2024. № 1. С. 106–113.
  5. Маншилин А.Г., Складановский Е.Н., Нецветов В.И., Туник О.А. Дутьевая фурма доменной печи и способ нанесения зашитного покрытия на дутьевую фурму до- менной печи. Патент РФ №2235789 РФ. Заяв. 04.11.2002. Опубл. 27.05.2004.
  6. Самедов Э.М. Повышение износостойкости воздушных фурм доменных печей пу- тем создания защитного алюминиевого газотермического покрытия. Дисс…канд. техн. наук: 05.02.2013. Москва, 2007.
  7. Материалы в машиностроении. Машиностроение: Энциклопедия / Под ред. Фро- лова К.В. М.: Машиностроение, 1994.
  8. Комоликов Ю.И., Кащеев И.Д., Хрустов В.Р. // Новые огнеупоры. 2016. № 9. С. 59–62. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2016-9-59-62
  9. Huang, Hongshou & Singh, Surinder & Juhasz, Albert & Roccisano, Anthony & Ang, Andrew & Stanford, Nikki. (2023). Influence of Copper Distribution in Thermally Sprayed Cu-Bearing Coatings on Corrosion and Microbial Activity. 10.2139/ssrn.4613064.
  10. Hu, Dengwen & Yan, Liu & Chen, Hui & Liu, Jin & Mengchao, Wang & Deng, Lin. (2021). Microstructure and properties of Ta-reinforced NiCuBSi + WC composite coating deposited on 5Cr5MoSiV1 steel substrate by laser cladding. Optics & Laser Technology. 142. 107210.10.1016/j.optlastec.2021.107210.
  11. Павлов, А. Ю. Основы газотермического напыления защитных покрытий : учебное пособие / А. Ю. Павлов, В. В. Овчинников, А. Д. Шляпин. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 300 с. - ISBN 978-5-9729-0500-3.
  12. Gu, D & Meiners, Wilhelm & Wissenbach, K & Poprawe, Reinhart. (2012). Laser additive manufacturing of metallic components: Materials, processes and mechanisms. International Materials Reviews. 57. 133-164. 10.1179/1743280411Y.0000000014.
  13. Kefeni K., Msagati T., Alfred M., Mamba B. Ferrite nanoparticles: Synthesis, charac- terisation and applications in electronic device // Materials Science and Engineering: B. 2017. 215. Р. 37–55.
  14. Wang T., Zhang J., Zhang Y., Chen S., Luo Z., Wu J., Zhu L., Lei J. Improving wear and corrosion resistance of LDEDed CrFeNi MEA through addition of B and Si // J. Alloy. Compd. 2023. 968. 172223.
  15. Lyu Y., Sun Y., Yang Y. Non-vacuum sintering process of WC/W2C reinforced Nibased coating on steel // Metals and Materials International. 2016. 22. Р. 311–318.
  16. Kılıçay K., Buytoz S., Ulutan M. Microstructural and tribological properties of induc- tion cladded NiCrBSi/WC composite coatings // Surface and Coatings Technology. 2020. 397. 125974.
  17. Логинов Ю.Н. Медь и деформируемые медные сплавы: Учеб. пособие. УПИ. Ека- теринбург: УГТУ-УПИ, 2004.
  18. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. М.: Метал лургия, 1986.
  19. О. Г. Девойно. Технология формирования износостойких покрытий на железной основе методами лазерной обработки. Минск: БНТУ, 2020.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Внешний вид фурмы доменной и зоны напыления.

Скачать (115KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Стратегия обработки медного стержня по спиральной траектории.

Скачать (72KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микрошлиф образца, режим 1. а – панорамный снимок; б, в – дефекты покрытия; 1 – пористость внутри зоны сплавления, 2 – неоплавленное покрытие.

Скачать (316KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микрошлиф образца, режим 1. а – панорамный снимок; б – дефекты покрытия; в – снимок в режиме косого света; 1 – пористость внутри зоны сплавления, 2 – не оплавленное покрытие.

Скачать (428KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Микрошлиф образца, режим 5. а — панорамный снимок; б, в — дефекты покрытия. 1 — не оплавленное покрытие, 2 — пористость оплавленного слоя.

Скачать (354KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Размеры обрабатываемой области и стратегия обработки.

Скачать (82KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Модель обработки.

Скачать (68KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Показательная диаграмма технологических параметров для оплавления самофлюсующегося покрытия системы Ni–B–Si.

Скачать (110KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Внешний вид образцов: а, б – зона 1; в – зона 2; г, д – зона 3.

Скачать (568KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024