激光熔覆-图文讲解.doc

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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。激光熔覆材料       激光熔覆的合金体系主要有铁基合金、镍基合金、钴基合金和金属陶瓷等。激光熔覆铁基合金适用于要求局部耐磨且容易变形的零件。铁基

6、合金涂层酌基材采用铸铁和低碳钢；熔覆镍基合金适合于要求局部耐磨、耐热腐蚀零件，所需的激光功率密度比熔覆铁基合金的略高；钴基合金涂层适合于要求耐磨，耐蚀和抗热疲劳的零件；陶瓷涂层在高温下有较高的强度，且热稳定性好、化学稳定性高，适用于耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。此外，还开发了铜基合金、银基合金、非晶态和准晶涂层。1、镍基合金镍基合金的合金化原理是运用钼、钨、铬、铁、钴等元素进行奥氏体固熔强化；运用Al、Ti、Nb、Ta等获得金属问化合物γ′相沉淀强化；添加B、Zr、Co等元素实现现晶界强化。激光熔覆镍基合金粉末的合金元素选择也是基于以上几个方面来选

7、择的，但考虑到激光熔覆工艺的特点，合金元素的添加量有所差别。此外，研究表明，添加稀土元素对镍基高温合金稳定性有利、对合金高温抗氧化性、耐硫腐蚀等也均有重要作用。添加一定量的碳化物可显著提高涂层耐磨性。激光熔覆钴基合金主要用于铜和铁基合金基体上，关于钴基合金的成分设计，品种较少，所用元素主要有Cr、W、Fe、Ni和C，此外添加B、Si以形成自熔合金。 3、熔覆层增强颗粒      增强颗粒在激光熔覆中将发生分解、析出及长大，这些对熔覆层的微观组织形态有/很大影响，从而影响最佳性能。熔覆层选用的增强颗粒，其性质可分为三种类型：金属键类、共价键类和离子键类。熔

8、覆所用基材广泛，有碳钢、合金钢、铸铁、铝合金、铜合金、镍基高温合金等，但对于一定