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各類零件進行合金強化處理的新興技術(shù)，處理后能夠顯著提高其表面硬度和耐磨性，延長零件使用壽命，提高作業(yè)率，達到增產(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)簡介,激光熔覆技術(shù)特點,激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合,結(jié)合強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化與修復(fù)?；w材料在激光加工過程中表面微熔，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。,,激光加工過程中基體溫升不超過

3、80℃,激光加工后熱變形小。因此適合強化或者修復(fù)一些高精度零件或者對變形要求嚴(yán)格的零件。激光熔覆技術(shù)可控性好，易實現(xiàn)自動化控制，可以對幾何形狀復(fù)雜的產(chǎn)品零部件進行修復(fù)，如渦輪動力葉片等。熔覆層與基體均無粗大的鑄造組織,熔覆層及其界面組織致密， 晶體細小，無孔洞、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,激光熔覆復(fù)合層由底層、中間層以及面層各具特點的梯度功能材料組成（圖 3），底層具有與基體浸潤性好、結(jié)合強度高等

4、特點；中間層具有一定強度和硬度、抗裂性好等優(yōu)點；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到預(yù)定的幾何尺寸要求。,,激光熔覆技術(shù)特點,,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，然后進行拉力試驗，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,激光熔覆是個坩堝冶金過程，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,,對于高強度材料，激光熔覆層與基體之間的結(jié)合強度是基體抗拉強度的90%，對于強度較低的材料，熔覆層與基體之間的抗拉強度不低于基

6、體抗拉強度 熱噴涂涂層與基體之間的抗拉強度低于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；⑵熔融過程脫氧，使熔覆層凈化；⑶脫氧過程放熱；⑷沒有燒完的B、Si在合金中起著固溶強化和沉淀強化作用。在上述自熔合

8、金添加WC等高耐磨成分形成新牌號。,,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)對基體力學(xué)性能影響。便于工藝設(shè)計。影響變形的一個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，是一個非常復(fù)雜的過程，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，動態(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)熔覆層深度達到極限深度后，隨著功率提高，基體表面溫度升高，變形和開裂現(xiàn)象加劇，激光功率過小，僅表面涂層融化，基體未熔，此時熔覆層表面出現(xiàn)局部起球、空洞等，達不到表面熔覆目的。,,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，熔池存在時間過長，粉末過燒，合金元素?fù)p失，同時基體的熱輸入量大，會增加變形量。,,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。一般來說，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