Kulutus- korroosionkestävien materiaalien laserpinnoitus

Abstract

Diplomityössä tutkitaan kulutus- ja korrosionkestävien materiaalien laserpinnoitusta. Laserpinnoituksessa sulatetaan uutta materiaalia työkappaleen pintaan lasersäteen avulla. Tarkoituksena on yleensä parantaa pinnan korroosion, kulumisen tai pintapaineen kestävyyttä. Laserpinnoitukseen liittyy useita etuja verrattuna konventionaalisiin päällehitsausprosesseihin. Työssä tutkittavat pinnoitemateriaalit ovat kobolttipohjaiset Stellite 1 ja Stellite 6, työkaluteräkset WR 4 ja WR 6 sekä metallimatriisikomposiitti Anval50/50+30 % Cr3C2. Pinnoitettavat perusaineet ovat hiiliteräs Fe 52, ruostumaton teräs AISI 316 ja valurauta GRP 500. Työn tavoitteena on löytää kunkin pinnoite/perusaine-yhdistelmän pinnoitusparametrit. Pinnoituskokeissa käytettiin LTKK:n 6 kW:n CO2-laseria. Pinnoitetuille koekappeleille tehtiin kovuusmittaukset ja kulutuskokeet. Pinnoitteiden mikrorakenteet analysoitiin ja sekoittumisasteet laskettiin. Virheitä tutkittiin silmämääräisesti sekä radiografisella kuvauksella. Optimiparametreja pinnoitemateriaaleille ei löydetty. Pinnoitteiden sekoittumisasteet muodostuivat suuriksi liiallisen lasertehon ja/tai huonon lisäaineen kohdistuksen vuoksi. Suuri sekoittuminen alensi pinnoitteiden kovuutta ja kulumiskestävyyttä. Pinnoitusparametreja arvioidaan koetulosten perusteella ja niille annetaan korjausehdotuksia. Lopuksi esitetään suosituksia tutkimusprojektin jatkotoimille.

Laser cladding of wear and corrosion resistant materials is studied in this thesis. In laser cladding new material is melted to the surface of the base material with a laser beam. The aim is usually to improve wear, corrosion and surface pressure resistance. Laser cladding has many advantages compared to conventional processes. Studied clad materials are cobalt base alloys Stellite 1 and Stellite 6, tool steels WR 4 and WR 6 and metal matrix composite Anval50/50+30%Cr3C2. Substrate materials are mild steel Fe 52, stainless steel AISI 316 and cast iron GRP 500. The objective of this thesis is to examine cladding parametres for each clad/substrate-combination. LUT`s 6 kW CO2-laser was used for cladding. Hardness profiles and wear test were made for each test piece. Microstructures and degrees of dilution were examined. Imperfections were examined by visual and radiographic examination. The optimum parametres were not found. The degree of dilution in clad layers were too high because too much laser power were used. There was also difficulties with the alignment of the powder feed. Hardness and wear resistance of the high diluted clad layers were not good enough. Cladding parametres are evaluated by test results. Recommendations for parametres are given. Finally, the things that should be done in the research project are suggested.