研究目的
研究加工参数对激光熔覆获得的镍基合金与TiC复合涂层显微硬度和耐磨性的影响,并建立预测这些性能的数学模型。
研究成果
成功建立了数学模型,可高精度预测显微硬度和磨损体积(误差分别为1.87%和6.33%)。TiC粉末配比对这两项性能影响最为显著。优化参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s、气体流量1400 L/h、TiC配比27%)使耐磨性较基材提升6.17倍,磨损体积降低83.8%。该模型为工业应用中的参数优化提供了有效指导。
研究不足
该研究仅限于特定材料(Ni35A和TiC粉末、AISI/SAE 1045钢)及加工参数范围;设备设定点精度可能影响优化效果;假设熔覆过程中的化学反应可忽略不计,但实际情况可能并非总是如此。
1:实验设计与方法选择:
采用响应面法(RSM)结合中心复合设计(CCD),基于激光熔覆参数(激光功率、扫描速度、气体流量、TiC粉末比例)建立显微硬度和磨损体积的数学模型。
2:样本选择与数据来源:
AISI/SAE 1045钢基体(40 mm × 20 mm × 5 mm),使用Ni35A和TiC粉末(粒径48–106 μm)。
3:实验设备与材料清单:
激光系统(YLS-3000,IPG)、激光熔覆喷嘴(FDH0273,Lasermech)、工业机器人(M-710iC/50,FANUC)、水冷系统(TFLW-4000WDR-01-3385,三河通非)、送粉系统(CR-PGF-D-2,松兴)、控制系统(PLC,三菱)、激光脉冲控制系统(SX14-012PULSE,IPG)、球磨机(MITR-YXQM-2L,MITR)、显微硬度计(MVA-402TS,HDNS)、扫描电镜(TM3030Plus,日立)、能谱仪(A550I,IXRF)、划痕测试仪(UMT-2,布鲁克)、X射线衍射仪(Ultima IV,理学)。
4:实验流程与操作步骤:
基体用乙醇清洗;粉末经球磨混合并烘干;进行激光熔覆;样品切割、镶嵌、打磨、抛光、腐蚀;测量显微硬度;通过SEM和EDS观察微观结构;用划痕测试仪测试耐磨性;进行XRD分析;计算磨损体积。
5:数据分析方法:
方差分析(ANOVA)、多元回归分析、多项式回归函数建模。
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Laser System
YLS-3000
IPG
Used for laser cladding to melt the powder and substrate.
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Laser Pulse Control System
SX14-012PULSE
IPG
Controls laser pulses.
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Scanning Electron Microscope
TM3030Plus
HITACHI
Observes microstructure of samples.
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Scratch Tester
UMT-2
Bruker
Tests wear resistance.
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XRD Systems
Ultima IV
Rigaku
Conducts X-ray diffraction analysis.
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Laser Cladding Nozzle
FDH0273
Lasermech
Focuses the laser beam for cladding.
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Industrial Robot
M-710iC/50
FANUC
Automates the movement during laser cladding.
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Water Cooling System
TFLW-4000WDR-01-3385
Sanhe Tongfei
Cools the laser system during operation.
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Powder Feeding System
CR-PGF-D-2
Songxing
Feeds the powder during laser cladding.
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Control System
PLC
Mitsubishi
Controls the laser cladding process.
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Ball Mill Machine
MITR-YXQM-2L
MITR
Mixes Ni35A and TiC powders.
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Micro-hardness Tester
MVA-402TS
HDNS
Measures micro-hardness of the cladding layer.
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EDS System
A550I
IXRF
Performs element analysis.
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