Микроструктура и износостойкость композитных WC/SS316L покрытий, полученных методом газодинамического напыления с применением лазерного нагрева

Abstract

Метод газодинамического напыления с применением лазерного нагрева (ЛГДН ) является новым разработанным методом напыления покрытий, который объединяет сверхзвуковую порошковую струю, формируемую путем газодинамического напыления, с синхронным лазерным нагревом зоны формирования покрытия (ЛГДН ). Добавка тепловой энергии лазера в процесс газодинамического напыления вносит изменение в термодинамическое состояние напыляемых частиц и подложки, значительно снижая таким путем критические скорости напыляемых частиц, необходимые для эффективного формирования покрытия, что позволяет расширить перечень материалов, напыляемых способом ГДН. В работе, изложенной в этой статье, представлена возможность применения техники ЛГДН для нанесения композитных покрытий с металлической матрицей (КММ), таких как WC/SS316L. Цель этого исследования состоит в сравнении композитных покрытий, полученных методами обычного ГДН и ЛГДН. Формирование структуры, механизмы механической деформации, связь между функциональными свойствами были рассмотрены детально. Результаты экспериментов показали превосходство ЛГДН в сравнении с ГДН, поскольку в этом случае возможно повысить степень использования напыляемого материала, плотность покрытия, его когезионную прочность благодаря повышению пластичности частиц и основы путем лазерного нагрева. Было установлено, что метод ЛГДН пригоден для нанесения высокопрочных КММ покрытий, обладающих высоким качеством и представляющих высокий потенциал в области 3D-печати металлических изделий.

Supersonic laser deposition (SLD) is a newly developed coating method which combines the supersonic powder jet found in cold spray (CS) with synchronous laser heating of the deposition zone. The addition of laser heat energy into CS enables a change in the thermodynamic state of impacting particles and substrate, thereby significantly lowering the critical deposition velocities required for effective coating formation and allowing the range of materials deposited to expand to higher strength materials which are of considerable engineering interest. This paper presents the ability of SLD technique to deposit hard metal matrix composite (MMC) coatings, such as WC/SS316L. The focus of this research is on the comparison between composite coatings produced with conventional CS and those produced with SLD. The microstructure evolution, mechanical deformation mechanisms, correlation between functional properties and process parameters were elaborated in detail. The experimental results show that with the assistance of laser irradiation, WC/SS316L composite coatings can be successfully deposited using SLD. The obtained coatings are superior to that processed with CS, because SLD can improve the deposition efficiency, coating density, interface bonding as compared to CS due to the softening of particle and substrate by laser irradiation. It can be found that SLD is capable of depositing high strength MMC coatings with good quality, thus exhibiting great potential in the field of metal 3D printing.