激光熔覆技術(shù)2014

1、上海炬辰激光技術(shù)有限公司,激光熔覆技術(shù)簡(jiǎn)介,,,激光熔覆技術(shù)也叫做激光再制造技術(shù)、激光修復(fù)技術(shù)。激光熔覆技術(shù)是一種利用高能激光和納米材料對(duì)各類零件進(jìn)行合金強(qiáng)化處理的新興技術(shù)，處理后能夠顯著提高其表面硬度和耐磨性，延長(zhǎng)零件使用壽命，提高作業(yè)率，達(dá)到增產(chǎn)降耗的目的。其主要原理是：以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料，經(jīng)激光照射使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料形成冶金結(jié)合的表面涂層，

2、從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的工藝方法。,,激光熔覆技術(shù)簡(jiǎn)介,激光熔覆技術(shù)特點(diǎn),激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合,結(jié)合強(qiáng)度不低于原基體材料的 90%，因此可以用于一些重載條件下零件的表面強(qiáng)化與修復(fù)，如大型軋輥、大型齒輪、大型曲軸等零件的表面強(qiáng)化與修復(fù)。基體材料在激光加工過(guò)程中表面微熔，微熔層僅0.05~0.1 mm?；w熱影響區(qū)極小，一般為0.1~0.2 mm。 如圖 1。,,激光加工過(guò)程中基體溫升不超過(guò)

3、80℃,激光加工后熱變形小。因此適合強(qiáng)化或者修復(fù)一些高精度零件或者對(duì)變形要求嚴(yán)格的零件。激光熔覆技術(shù)可控性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，可以對(duì)幾何形狀復(fù)雜的產(chǎn)品零部件進(jìn)行修復(fù)，如渦輪動(dòng)力葉片等。熔覆層與基體均無(wú)粗大的鑄造組織,熔覆層及其界面組織致密， 晶體細(xì)小，無(wú)孔洞、夾雜、裂紋等缺陷，金相組織如圖 2 所示。,,激光熔覆技術(shù)特點(diǎn),激光熔覆復(fù)合層由底層、中間層以及面層各具特點(diǎn)的梯度功能材料組成（圖 3），底層具有與基體浸潤(rùn)性好、結(jié)合強(qiáng)度高等

4、特點(diǎn)；中間層具有一定強(qiáng)度和硬度、抗裂性好等優(yōu)點(diǎn)；面層具有抗沖刷、耐磨損和耐腐蝕等性能，使修復(fù)后的設(shè)備在安全和使用性能上更加有保障。激光熔覆技術(shù)可以任意仿形修復(fù)和制造零件，熔覆層厚度可以按需要達(dá)到預(yù)定的幾何尺寸要求。,,激光熔覆技術(shù)特點(diǎn),,45#鋼試棒激光熔覆316L合金試樣，激光熔覆試棒的熔覆部位是試棒的中部，然后進(jìn)行拉力試驗(yàn)，非激光熔覆試棒的斷裂部位是通常的中部，激光熔覆試棒的斷裂部位則不是通常的中部，而是在其他部位。,非激光熔覆試

5、樣,激光熔覆試樣,,,,激光熔覆技術(shù)特點(diǎn),激光熔覆是個(gè)坩堝冶金過(guò)程，采用合適的激光熔覆工藝，能使熔覆層十分潔凈，具有更高的機(jī)械性能和更好的化學(xué)性能。 而采用熱噴涂工藝形成的熱噴涂層是堆積起來(lái)的混合物，且氧化物夾雜嚴(yán)重。,激光熔覆-熱噴涂,左下方為激光熔覆層,上方為熱噴涂層,激光熔覆和熱噴涂金相組織圖,,對(duì)于高強(qiáng)度材料，激光熔覆層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度是基體抗拉強(qiáng)度的90%，對(duì)于強(qiáng)度較低的材料，熔覆層與基體之間的抗拉強(qiáng)度不低于基

6、體抗拉強(qiáng)度 熱噴涂涂層與基體之間的抗拉強(qiáng)度低于50N/mm²，一般情況下為20~30 N/mm²，所以熱噴涂不適用于沖擊和重載磨損的使用環(huán)境。,熔覆層與基體是冶金接合,噴涂層與基體是錨接,,激光熔覆-熱噴涂,常用熔覆材料,應(yīng)用于激光熔覆的材料較為廣泛。目前已成功開(kāi)展了在不銹鋼、模具鋼、可鍛鑄鐵、灰口鑄鐵、銅合金、鈦合金、鋁合金及特殊表面鈷基、鎳基、鐵基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。其中激光熔覆鐵基

7、合金粉末適用于要求局部耐磨，而且容易變形的零件。鎳基合金粉末適用于要求局部耐磨、耐熱、耐腐蝕及抗熱疲勞的構(gòu)件。鈷基合金粉末適用于要求耐磨、耐腐蝕及抗熱疲勞的零件。陶瓷涂層在高溫下有較高的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性高，適用于要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。B和Si在自熔合金中起著革命性作用：⑴降低合金熔點(diǎn)；⑵熔融過(guò)程脫氧，使熔覆層凈化；⑶脫氧過(guò)程放熱；⑷沒(méi)有燒完的B、Si在合金中起著固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用。在上述自熔合

8、金添加WC等高耐磨成分形成新牌號(hào)。,,激光熔覆_基體要求,要想得到高質(zhì)量的熔覆層，需要了解基體材質(zhì)、當(dāng)前組織狀態(tài)和加工狀態(tài)；需要明確熔覆部位和范圍；需要了解熔覆件的熔覆層厚度和工作層厚度要求，以及工作層性能要求；需分析熱影響區(qū)對(duì)基體力學(xué)性能影響。便于工藝設(shè)計(jì)。影響變形的一個(gè)主要因素為基材自身的應(yīng)力狀態(tài)，基材存在內(nèi)應(yīng)力會(huì)引起材料的變形。,,激光熔覆工藝,激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預(yù)置式激光熔覆和同步式激光熔覆。預(yù)

9、置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中以粉末的形式最為常用。同步式激光熔覆則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時(shí)完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進(jìn)行同步送料。,,激光熔覆工藝流程,預(yù)置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預(yù)處理---預(yù)置熔覆材料---預(yù)熱---激光熔化---后熱處理。,同步式激光熔覆的主要工藝流程為：

10、基材熔覆表面預(yù)處理---送料激光熔化---后熱處理。,,激光熔覆工藝參數(shù),激光熔覆的工藝參數(shù)主要有激光功率、光斑直徑、熔覆速度、離焦量、送粉速度、掃描速度、預(yù)熱溫度等。這些參數(shù)對(duì)熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性等有很大影響。各參數(shù)之間也相互影響，是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，須采用合理的控制方法將這些參數(shù)控制在激光熔覆工藝允許的范圍內(nèi)。對(duì)于易變形的材料在工藝上可采用消除基材應(yīng)力、選擇較薄的熔覆層、預(yù)熱和后熱工藝或者工裝夾具

11、固定等方法。,,激光熔覆工藝參數(shù),激光功率：激光功率越大，融化的熔覆金屬量越多，產(chǎn)生氣孔的概率越大。隨著激光功率增加，熔覆層深度增加，周圍的液體金屬劇烈波動(dòng)，動(dòng)態(tài)凝固結(jié)晶，使氣孔數(shù)量逐漸減少甚至得以消除，裂紋也逐漸減少。當(dāng)熔覆層深度達(dá)到極限深度后，隨著功率提高，基體表面溫度升高，變形和開(kāi)裂現(xiàn)象加劇，激光功率過(guò)小，僅表面涂層融化，基體未熔，此時(shí)熔覆層表面出現(xiàn)局部起球、空洞等，達(dá)不到表面熔覆目的。,,熔覆速度：熔覆速度V與激光功率P有相似的

12、影響。熔覆速度過(guò)高，合金粉末不能完全融化，未起到優(yōu)質(zhì)熔覆的效果；熔覆速度太低，熔池存在時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，粉末過(guò)燒，合金元素?fù)p失，同時(shí)基體的熱輸入量大，會(huì)增加變形量。,,激光熔覆工藝參數(shù),光斑直徑：激光束一般為圓形。熔覆層寬度主要取決于激光束的光斑直徑，光斑直徑增加，熔覆層變寬。光斑尺寸不同會(huì)引起熔覆層表面能量分布變化，所獲得的熔覆層形貌和組織性能有較大差別。一般來(lái)說(shuō)，在小尺寸光斑下，熔覆層質(zhì)量較好，隨著光斑尺寸增大，熔覆層質(zhì)量下降。但光斑直徑過(guò)