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激光熔覆的原理和工艺

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激光熔覆的原理和工艺

发布日期:2018-09-13 作者: 点击:

一、激光熔覆的原理

激光溶覆是利用高能激光束辐照,通过迅速熔化、扩展和凝固,在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料,构成一种新的复合材料,以弥补基体所缺少的高性能。能充分发挥二者的优势,克服彼此的不足。

可以根据工件的工况要求,熔覆各种(设计)成分的金属或非金属,制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面覆层。通过激光熔覆,可在低熔点材料上熔覆一层高熔点的合金,亦可使非相变材料(AI、Cu、Ni等)和非金属材料的表面得到强化。

在工件表面制备覆层以改善表面性能的方法很多,在工业中应用较多的是堆焊、热喷涂和等离子喷焊等,与上述表面强化技术相比,激光熔覆具有下述优点:

(1)熔覆层晶粒细小,结构致密,因而硬度一般较高,耐磨、耐蚀等性能亦更为优异。

(2)熔覆层稀释率低,由于激光作用时间短,基材的熔化量小,对熔覆层的冲淡率低(一般仅为5%-8%),因此可在熔覆层较薄的情况下,获得所要求的成分与性能,节约昂贵的覆层材料。

(3)激光熔覆热影响区小,工件变形小,熔覆成品率高。

(4)激光熔覆过程易实现自动化生产,覆层质量稳定,如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节,这在其他工艺中是难以实现的。

由于激光熔覆的上述优点,它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景,已成为当今材料领域研究和开发的热点。

激光熔覆技术应用过程中的关键问题之一是熔覆层的开裂问题,尤其是大工件的熔覆层,裂缝几乎难以避免,为此,研究者们除了改进设备,探索合适工艺,还在研制适合激光熔覆工艺特点的熔覆用合金粉末和其他熔覆材料。

二、激光熔覆工艺方法

激光熔覆工艺方法有两种类型:

1、二步法(预置法)

该法是在激光熔覆处理前,先将熔覆材料置于工作表面,然后采用激光将其熔化,冷凝后形成熔覆层。预置熔覆材料的方式包括:

(1)预置涂覆层:通常是应用手工涂敷,最为经济、方便、它是用粘结剂将熔覆用粉末调成糊状置于工件表面,干燥后再进行激光熔覆处理。但此法生产效率低,熔覆厚度不一致,不宜用于大批量生产。

(2)预置片:将熔覆材料的粉末加入少量粘结剂模压成片,置于工件需熔覆部位,再进行激光处理。此法粉末利用率高,且质量稳定,适宜于一些深孔零件,如小口径阀体,采用此法处理能获得高质量涂层。

2、一步法(同步法)

这是在激光束辐照工件的同时向激光作用区送熔覆材料的工艺,它又有两种方/法。

同步送粉法:使用专用喷射送粉装置(见图)将单种或混合粉末送入熔池,控制粉末送入量和激光扫描速度即可调整熔覆层的厚度。由于松散的粉末对激光的吸收率大,热效率高,可获得比其他方法更厚的熔覆层,容易实现自动化。国外实际生产中采用较多。

同步送丝法:此法工艺原理虽与同步送粉法相同,但熔覆材料是预先加工成丝材或使用填充丝材。此法便利且不浪费材料,更易保证熔覆层的成分均匀性,尤其是当熔覆层是复合材料时,不会因粉末比重或粒度大小的不同而影响覆层质量,且通过对丝材进行预热的精细处理可提高熔覆速率。但是丝材表面光滑,对激光的反射较强,激光利用率相时较低;此外,线材制造过程较复杂,且品种规格少。

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