激光熔覆技术兴于20世纪70年代,是通过不同的添料方式,并利用高能密度激光束使基材表面添加熔覆材料与基材表层一起快速熔凝,形成与基材表面冶金结合良好涂层的表面改性技术。与传统的化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属)、电镀、堆焊、喷涂等相比,该技术具有熔覆层晶粒细小、结构致密及稀释率低等一系列优点,目前在航空**、模具、石油化工等行业成为表面工程领域研究发展的热点。 激光熔覆技术按熔覆材料的供给方式分为两类,即预置粉末激光熔覆和同步送粉激光熔覆。预置式是指将待熔覆的合金粉末预先置于基材表面,然后利用激光束在合金覆盖层表面扫描,使覆盖层及一部分基材熔化,激光束离开后熔化的金属快速凝固在基材表面形成冶金结合良好的熔覆层。同步式是指在激光熔覆过程中采用专门的送粉系统将合金粉末直接送入激光作用区,在激光的作用下使供料和熔覆同时完成,之后冷却结晶形成熔覆层。预置式的手工涂覆效率较低;同步式的熔覆工艺过程简单,效率高,可控性好,易于实现自动化,适合大规模工业生产。 影响熔覆层质量的因素众多,包括激光功率、光斑尺寸、激光扫描速度及激光作用在基材表面的吸收率,基材的预处理和后处理,材料的热物理特性等。但激光功率、扫描速度、光斑尺寸是激光熔覆中*主要的参数,通常用比能量进行优化设计。 激光熔覆是一个典型的快速加热、冷却的过程,特别是在熔覆硬质陶瓷相时,由于熔覆材料与基体材料在物理性能上的差异,易产生残余应力,进而导致熔覆层的开裂。这种裂纹问题可通过调控材料间热胀系数的匹配来解决,而在选定材料的基础上,一般通过优化工艺方法及工艺参数来抑制熔覆层的开裂。另外,还可以减少温度梯度(如预热、保温);在合金粉末中添加增韧、增塑的元素以达到抑制裂纹产生、增加熔覆层抗裂的目的。 关于气孔的形成机制,普遍的观点认为:气孔是由于残余的保护气体或在激光熔覆过程中形成的气体没有足够的时间从熔池中逸出而形成的。对于气孔的控制,可以通过优化工艺参数、减少气体来源(如烘干熔覆合金粉末)、预热缓冷、略微延长熔池时间来实现。
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