激光熔覆圖文講解

1、激光熔覆-圖文講解作者:日期:一、激光熔覆的原理激光溶覆是利用高能激光束輻照，通過迅速熔化、 擴展和凝固，在基材 表面熔覆一層具有特殊物理 化學(xué)或力學(xué)性能的材料 構(gòu)成一種新的復(fù)合材料，以 彌補基體所缺少的高性能。能充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，克服彼此的不足?？梢愿鶕?jù)工件的工況要求，熔覆各種(設(shè)計)成分的金屬或非金屬，制備耐熱、 耐蝕、耐磨、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面覆層。通過激光熔 覆，可在低熔點材料上熔覆一層高熔點的合金，亦可使非相變材料(AI、Cu、 Ni等)和非金屬材料的表面得到強化。在工件表面制備覆層以改善表面性能的方法很多，在工業(yè)中應(yīng)用較多的是堆焊、熱噴涂和等離子噴焊等， 與上

2、述表面強化技術(shù)相比，激光熔覆具有下述優(yōu)點：(1)熔覆層晶粒細小，結(jié)構(gòu)致密，因而硬度一般較高，耐磨、耐蝕等性能亦更 為優(yōu)異。(2 )熔覆層稀釋率低，由于激光作用時間短，基材的熔化量小，對熔覆層的 沖淡率低(一般僅為5%-8盼,因此可在熔覆層較薄的情況下，獲得所要求的 成分與性能，節(jié)約昂貴的覆層材料。(3 )激光熔覆熱影響區(qū)小，工件變形小，熔覆成品率高。(4 )激光熔覆過程易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，覆層質(zhì)量穩(wěn)定，如在熔覆過程中熔覆厚度 可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，這在其他工藝中是難以實現(xiàn)的。由于激光熔覆的上述優(yōu)點，它在航空、 航天乃至民用產(chǎn)品工業(yè) 領(lǐng)域中都有較廣闊的應(yīng)用前景，已成為當(dāng)今材料領(lǐng)域研究和開發(fā)的熱點。激光熔

3、覆技術(shù)應(yīng)用過程中的關(guān)鍵問題之一是熔覆層的開裂問題,二、激光熔覆工藝方法激光熔覆工藝方法有兩種類型：12、二步法 （預(yù)置法）該法是在激光熔覆處理前，先將熔覆材料置于工作表面，然后 采用激光將其熔化，冷凝后形成熔覆層。預(yù)置熔覆材料的方式包括：（1 ） 預(yù)置涂覆層：通常是應(yīng)用手工涂敷，最為經(jīng)濟、方便、它是用粘結(jié)劑將 熔覆用粉末調(diào)成糊狀置于工件表面，干燥后再進行激光熔覆處理。但此法生產(chǎn)效率 低，熔覆厚度不一致，不宜用于大批量生產(chǎn)。（2 ） 預(yù)置片：將熔覆材料的粉末加入少量粘結(jié)劑模壓成片， 置于工件需熔覆 部位， 再進行激光處理。此法粉末利用率高，且質(zhì)量穩(wěn)定，適宜于一些深孔零件, 如小口徑閥體,采用此法

4、處理能獲得高質(zhì)量涂層。2、一步法（同步法）這是在激光束輻照工件的同時向激光作用區(qū)送熔覆材料的工藝, 它乂有兩種方/法。同步送粉法：使用專用噴射送粉裝置（見圖）將單種或混合粉 末送入熔池，控制粉末送入量和激光掃描速度即可調(diào)整熔覆層的厚度。由于松散的 粉末對激光的吸收率大，熱效率高，可獲得比其他方法更厚的熔覆層，容易實現(xiàn)自 動化。國外實際生產(chǎn)中采用較多。4同步送絲法：此法工藝原理雖與同步送粉法相同 但熔覆材料是 預(yù)先加工成絲材或使用填充絲材> 此法便利且不浪費材料，更易保證熔覆層的成分 均勻性 尤其是當(dāng)熔覆層是復(fù)合材料時，不會因粉末比重或粒度大小的不同而影響 覆層質(zhì)量，且通過對絲材進行預(yù)熱的

5、精細處理可提高熔覆速率但是絲材表面光滑, 對激光的反射較強，激光利用率相時較低；此外，線材制造過程較復(fù)雜，且品 種規(guī)格少。果用一步法和二步法譴打版先熔H的小總惺<）一步注小二方法激光熔覆材料激光熔覆的合金體系主要有鐵基合金、鍥基合金、鉆基合金和金屬陶瓷等， 激光熔覆鐵基合金適用于要求局部耐磨且容易變形的零件。鐵基合金涂層酌基材采用鑄鐵和低 碳鋼：熔覆鍥基合金適合于要求局部耐磨、耐熱腐蝕零件，所需的激光功率密度比熔覆鐵基 合金的略高：鉆基合金涂層適合于要求耐磨，耐蝕和抗熱疲勞的零件：陶瓷涂層在高溫下 有較高的強度，且熱穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性高，適用于耐磨、耐蝕、 耐高溫和抗氧化性 的零件。此

6、外，還開發(fā)了銅基合金、銀基合金、非晶態(tài)和準晶涂層，、鍥基合金A銀基合金的合金化原理是運用鋁、鴇、M、鐵二鉆等元素進行奧氏體固熔強化：運用AL Ti、Nb、Ta等獲得金屬問化合物Y ' 相沉淀強化；添加B. Zr , Co等元素實現(xiàn)現(xiàn)晶 界強化。激光熔覆鍥基合金粉末的合金元素選擇也是基于以上幾個方面來選擇的，但考慮到激 光熔覆工藝的特點，合金元素的添加量有所差別.此外，研究表明，添加稀土元素對銀基高溫 合金穩(wěn)定性有利、對合金高溫抗氧化性、耐硫腐蝕等也均有重要作用.添加一定量的碳化物 可顯著提高涂層耐磨性。激光熔覆鉆基合金主要用于銅和鐵基合金基體上，關(guān)于鉆基合金的成分設(shè)計，品種較少，所 用

7、元素主要有Cr、W、Fe、Ni和C ,此外添加B、Si以形成自熔合金。陸及口總合金口明實MI Hc«1cIIaj20t13.6-1.!煙忸n.w空61.4i.it».6?AE1.41.4)aj6*51.41.21.43、熔覆層增強顆粒M增強顆粒在激光熔覆中將發(fā)生分解、析出及長大，這些對熔覆層的微觀組織形態(tài)有/很大影響，從而影響最佳性能。熔覆層選用的增強顆粒，其性質(zhì) 可分為三種類型：金屬鍵類、共價鍵類和離子鍵類.熔覆所用基材廣泛，有碳鋼、合金鋼、 鑄鐵、 鋁合金、銅合金、銀基高溫合金等，但對于一定工作環(huán)境下，對某一基體而言，存 在最佳的合金涂層，因此，必須相互合理匹配。*MX

8、.畬，易訓(xùn)NUM 門儀知艮t» N","仆.戈較為ILWl .ta.-M.TA J.U激光熔覆防開裂對策抑制激光熔覆的開裂對開拓激光熔覆技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用具有現(xiàn)實意義，目前所采用 的抑制熔覆開裂的方法主要有：（1）調(diào)整應(yīng)力狀態(tài)，盡可能降低拉應(yīng)力預(yù)熱和熔覆后續(xù)處理：對熔覆的基體材料和熔覆粉末進行一定溫度預(yù)熱， 可降低激光處理中的熱應(yīng)力，有利于抑制熔覆裂紋的產(chǎn)生。預(yù)熱的實質(zhì)是降低溫度梯度，所以 如果在滿足使用性能要求的前提下， 適當(dāng)降低熔覆材料的熔點，這對抑制熔覆層的開裂也無 疑是有利的。激光熔覆后進行后續(xù)處理的目的是降低或消除其殘余應(yīng)力， 這可以避免熔覆層 在使用過程中

9、由于外界因素的誘導(dǎo)而產(chǎn)生裂紋。關(guān)于退火處理對消除激光熔覆層的殘余拉應(yīng)力 不能一概而論，只有對那些熔覆材料具有較低熱膨脹系數(shù)的熔覆系統(tǒng)才有益，因為只有當(dāng)熔覆 層有較低的熱膨脹系數(shù)時，退火后熔覆層中才產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，壓應(yīng)力在許多的情況是有益 的。與此相反，當(dāng)基材具有較低的熱膨脹系數(shù)時，退火后冷到室溫時，會在熔覆層中產(chǎn)生比原 來更大的拉應(yīng)力。（2）添加合金元素，提高熔覆層抗開裂能力合金化增加韌性相：對激光熔覆層通過添加某種或幾種合金元素，在滿足其 使用性能的基礎(chǔ)上，增加其韌性相， 提高覆層的韌性，對抑制熱裂紋的產(chǎn)生是一種有效的方 法。研究表明，在Ni-Cr-B -Si合金中分別加入3% （質(zhì)量分數(shù)

10、）的FeV 、FeTi . FeSi合金，熔覆層中韌性相（Y相）明顯增加，同時熔覆層開裂敏感性顯著下降：Ni基合 金中加入Ni、C。能降低合金熔覆層開裂的敏感性 這主要是使熔覆層Y中韌性相增加， 同時熔覆層組織由共晶組織向非共晶組織變化，而樹枝狀非共晶組織可以降低熔覆層開裂敏 感性，3、優(yōu)化工藝方法和參數(shù)，盡可能減少熔覆層開裂針對具體熔覆材料體系和使用要求，可采用不同的改進途徑，減少熔覆層 開裂，特別在激光熔覆較厚的陶瓷涂層時， 由于熔覆層材料與基體之間在性能上的大差異， 更易導(dǎo)致熔覆層孔洞或變形開裂。激光熔覆工業(yè)應(yīng)用激光熔覆在現(xiàn)代工業(yè)中已顯示出明顯的經(jīng)濟效益，應(yīng)用范闈涉及許多工業(yè)領(lǐng)域，主要有

11、以下幾個方面：A1、航空航天工業(yè)禽航空航天工業(yè)是首先吸取激光熔覆的優(yōu)點， 用于生產(chǎn)的部門。它不僅用于加 工零部/件，亦用于修理方而。1 9 8 1年美國首先將激光熔覆技術(shù)用于強化RB-21偵察表炸 機的噴氣發(fā)動機渦輪葉片，在鑄造的Ni基合金渦輪葉片上用2kWC02激光，配合同步送粉 技術(shù)熔覆一層三元合金獲得成功。據(jù)報導(dǎo)， 雖然激光熔覆的費用很高，但比原來采用電弧焊 技術(shù)的制造成本低85%,由于激光技術(shù)先進，熱影響區(qū)小，產(chǎn)品質(zhì)量好、成品率高，而且可 省略熔覆后磨削加工，并大量節(jié)約昂貴的硬化材料、經(jīng)濟效益十分顯著。在修理方而采用激 光熔覆修復(fù)被磨損的H型渦輪機葉片因為技術(shù)要求修復(fù)層必須是冶金結(jié)合，不允許任何機械 連結(jié)方法 由于制造渦輪機葉片的Ni基合金對熱裂紋極敏感 一般的熔覆技術(shù)應(yīng)用受到限制， 只有采用能量大、作用時間短的激光熔覆技術(shù)，可以獲得光滑平整的表面，且生產(chǎn)效率高。2、汽車制造工業(yè)在美國采用激光熔覆技術(shù)A1S14130鋼制的管道閘閥和4 10鋼制閥板熔覆 Co基合金和WCo由于激光熔覆加熱速度快，冷卻速度高，工件變形小，加工余量小，并 能獲得高的沉積硬化效果、硬度高、 耐磨性好，無疏松等缺陷， 而且熔覆層與基材為