بخشی از مقاله
چکیده
روکشکاری لیزری یک روش سریع و پیشرفته جهت بهبود خواص و ویژگیهای سطحی نظیر بهبود مقاومت خوردگی و استحکام مکانیکی است. فولاد زنگ نزن بهدلیل ویژگیهای مطلوب یکی از مهمترین موادی است که در سالهای اخیر جهت روکشکاری لیزری مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، پودر فولاد زنگ نزن 316L جهت روکشکاری لیزر روی زیرلایهای از همان جنس و بهبود خواص سطحی آن مورد استفاده قرار گرفت. بهعلاوه، تاثیر پارامترهای اپراتوری شامل توان لیزر، سرعت روبش و نرخ تغذیه پودر بر خصوصیات ریزساختاری و خواص مکانیکی سطح مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که سرعت روبش و نرخ تغذیه پودر مهمترین پارامترها در تعیین کیفیت پوشش اعمالی روی سطح هستند. در نهایت ملاحظه شد که کمترین میزان ترک و تخلخل در مقطع لایه روکش مربوط به نمونههای لیزرکاری شده در بالاترین سرعت روبش - 6 mm/s - بود . این مشاهده بیانگر آن است که در سرعت روبش بالا، کمترین میزان عیوب پوشش و همچنین بالاترین میزان سختی در پوشش بیانگرا ایجاد میشود و از این حیث بهعنوان پارامتر بهینه در نظر گرفته شد.
واژههای کلیدی: روکشکاری لیزری، فولاد زنگ نزن 316L، ریزسختی، رقت.
-1 مقدمه
رسوب دهی مستقیم فلز یک تکنولوژی جدید تولید سریع قطعات با استفاده از رسوب دهی پودر فلز بصورت لایه به لایه روی هم می باشد. در این تحقیق، از پودر فولاد زنگ نزن 31L جهت ساخت یک قطعه فولادی به روش رسوب دهی توسط لیزر استفاده شده است. همچنین از مشخصه یابی های SEM و EDSجهت بررسی ریزساختار و ترکیب لایه رسوب داده شده استفاده شد.با توجه به خصوصیات مکانیکی مطلوب فولاد زنگ نزن بخصوص در دماهای بالا، این فلز بعنوان بهترین ماده جهت استفاده در فرآیند رسوب مستقیم فلز می باشد. محمود و همکاران [1] به بررسی نقش اندازه دانه و مورفولوژی بر خواص نهایی رسوب مستقیم فولاد زنگ نزن به روش روکش کاری لیزری پرداختند. گانش و همکاران [2] خوردگی حفره ای را در رسوب مستقیم فولاد زنگ نزن بررسی کرد . علیمردانی و همکاران [3] نیز به بررسی تاثیر پارامترهای لیزر بر روی کیفیت نهایی سطح پوشش بر روی فولاد زنگ نزن 303L پرداختند . مهندسی سطح به روش روکش کاری لیزری با توجه به خصوصیاتی نظیر مقاومت به اکسیداسیون دما بالا، خزش و خستگی حرارتی و تولید پوشش هایی با یکنواختی و تراکم بالا، جهت گیری مرجح کریستالی و باندهای متالورژیکی مستحکم با زیرلایه، می تواند جایگزین مناسبی برای روش های پاشش محسوب شود .[4]
-2 مواد و روش تحقیق
دیاگرام شماتیکی از روش روکش کاری لیزری در شکل 1 نشان داده شده اند. همانگونه که مشاهده می گردد تجهیزات این فرآیند از چهار قسمت شامل سیستم تامین انرژی، سیستم کنترل حرکتی، سیستم تغذیه پودر و سیستم کنترل رایانه ای تشکیل شده است . سیستم لیزر مورد استفاده مدل Nd-YAG پالسی و پیوسته با توان متوسط 750 وات، فرکانس 1-250 Hzو انرژی پالس 70 ژول بود. بعلاوه، یک لیزر نیمه هادی بعنوان نشانگر کالیبراسیون قرمز رنگ استفاده شده است. همچنین سیستم کنترل حرکتی نمونه زیر پرتو لییزر شامل یک دستگاه CNC چهار محوره بود.
فولاد زنگ نزن 316L آلیاژی مناسب جهت روکش کاری لیزری است. در این تحقیق پودر فولاد زنگ نزن 316L با مورفولوژی کروی و اندازه دانه 53- 105 P بعنوان پودر اولیه جهت روکش کاری لیزری روی سطح ورق از جنس فولاد زنگ نزن 316L استفاده شد. ترکیب شیمیایی پودر و زیرلایه مورد استفاده در جدول 1 نشان داده شده است. همچنین مورفولوژی پودر مورد استفاده در فرآیند روکش کاری لیزری درشکل 2 نشان داده شده است. مشخصه اصلی پودر مورد استفاده، مورفولوژی کروی آنها جهت توزیع یکنواخت توسط دستگاه پودر پاش وحصول کیفیت مطلوب لایه روکش کاری شده می باشد.
به منظور روکش کاری لیزری زیرلایه فولاد زنگ نزن 316L، سطح زیرلایه از جنس فولاد زنگ نزن 316L به-شکل دیسک به قطر 100 میلیمتر و ضخامت 10 میلیمتر توسط دستگاه وایرکات بریده شد و با استفاده از کاغذ سمباده با مش 80-1000 آماده سازی گردید. فرآیند روکش کاری لیزری ابتدا بصورت تک پاس با سیستم پودر پاش هم محور انجام شد. پارامترهای اپراتوری مورد استفاده شامل توان لیزر، نرخ تغذیه پودر و سرعت روبش پرتو لیزر مطابق جدول 2 مورد استفاده قرار گرفتند. در نهایت پارامترهای بهینه انتخاب و جهت روکش کاری بصورت اورلپ استفاده شدند. پس از انجام لیزرکاری بصورت تک پاس، جهت تعیین پارامترهای بهینه، با توجه به شکل مقطع جوش تک پاس، میزان رقت با با اندازه گیری ارتفاع و عرض جوش توسط میکروسکوپ نوری 1 محاسبه گردید. به این منظور، ابتدا نمونه های تهیه شده از مقطع توسط دستگاه وایرکات برش خورده و مانت شدند.
سپس عملیات متالوگرافی شامل سمباده زنی و پولیش روی نمونه ها انجام گردید. جهت مشاهده ریزساختار روکش اعمال شده، نمونه ها ابتدا در محلول اسیدنیتریک % 65 در حضور کاتد از جنس 316L و طی مدت زمان 15 ثانیه تحت ولتاژ مستقیم 10 V که توسط یک منبع تغذیه تامین میشد، الکترواچ شدند. به منظور چربی زدایی و حذف آلودگی های سطحی، نمونه ها در اتانول به مدت 15 دقیقه به روش فراصوت تمیزکاری سطحی شدند و نهایتاً شستشو با آب مقطر انجام گردید. همچنین میزان سختی مقطع جوش بخ روش آزمون سختی سنجی2 سطح پوشش توسط دستگاه سختی سنجی ویکرز مدل Koopa با بار 300 گرم و مدت زمان اعمال بار 15 ثانیه مطابق استاندارد ASTM E384-99 انجام گردید. مقادیر سختی محاسبه شده حاصل میانگین 3 مرتبه تکرار آزمون روی سطح پوشش است.
طی فرآیند روکش کاری لیزری پارامترهای اپراتوری شامل توان لیزر، نرخ تغذیه پودر و سرعت روبش پرتو لیزر بیشترین تاثیر را روی شکل و میزان رقت3 لایه های رسوب داشته و روی کیفیت، دقت، ریزساختار و خصوصیات لایه روکش شده تاثیر بسزایی دارند. بر همین اساس، دستیابی به پارامترهای بهینه با قیمت و مدت زمان کمتر بسیار مهم است. به منظور بررسی تاثیر پارامترهای یاد شده بر ریزساختار و خصوصیات پوشش حاصل، ریزساختار روکش لیزری توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفتند.بررسی های ریزساختاری روکش اعمال شده توسط لیزر با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM, 4
