激光表面合金化ppt课件.ppt

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1、激光表面合金化一、激光合金化概述激光合金化(LaserSurfaceAlloying，LSA)是金属材料表面局部改性处理的一种新方法，激光合金化工艺属于材料表面改性处理的范畴。它是指在高能量激光束的照射下，使基体材料表面的一薄层与根据需要加入的合金元素同时快速熔化、混合，在很短的时间（0.1~10s）内形成厚度为10-2000um的表面熔化层，熔化层在凝固时获得的冷却速度可达l05-108℃／s，相当于急冷淬火技术所能达到的冷却速度，又由于熔化层液体内存在着扩散作用和表面张力效应等物理现象，使材料表面仅仅在报短时间内(50us-2

2、ms)形成具有要求深度和化学成分的表面合金化层，快速熔化非平衡过程可使合金元素在凝固后的组织达到很高的过饱和度，从而形成普通合金化方法不容易得到的化合物、介稳相和新相，还能在合化元素消耗量很低的倩况下获得具有特殊性能的表面合金。这种合金化层由于具有高于基材的某些性能，所以就达到了表而改性处理的目的。激光表面合金化工艺的最大特点，是只在熔化区和很小的影响区内发生了成分、组织和性能的变化，对基体的热效应可减少到最低限度，引起的变形也极小。它既可满足表面的使用需要，同时又不牺牲结构的整体特性。由于合金元素是完全溶解于表层内，因此所获得的

3、薄层成分是很均匀的，对开裂和剥落等倾向也不敏感。其另一显著特点是所用的激光功率密度很高(104-108W/cm2)。熔化深度由激光功率和照射时间来控制，在基体金属表面可形成深度为0.01-2mm的合金层。由于冷却速度高，所以偏析极小，并且细化晶粒效果显著。利用激光合金化技术可使廉价的普通材料表面获得有益的耐磨、耐腐蚀、耐热等性能，从面可以取代昂贵的整体合金；并可改善不锈钢、铝合金和钛合金的耐磨性能；亦可制备传统治金方法无法得到的某些特殊材料，如超导合金，表面金属玻璃等。所以对节能、节材，提高产品零件的使用寿命具有重大的意义。与普通

4、电弧表面硬化和等离子喷涂相比，激光合金化有下列优越性①激光辐射能量高度集中，通过空气可以进行远距离传播。②是一种快速处理方法，能有效利用能量。③能准确地控制功率密度与加热速度，从而变形小，而电弧硬化与等离子喷涂采用的是不均匀加热和冷却，在急冷过程中有热冲击，造成交形和开裂，往往需要校直和打磨加工。④能使难以接近的和局部的区域合金化，而且利用激光的深聚焦，在不规则的零件上可得到均匀的合金化深度。基于上述特点，激光合金化在金属加工工业中逐渐开始获得各种应用。迄今适合于激光合金化的基材有普通碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、钴合金和铝合金，合

5、金化元素包括Cr、Ni、W、Ti、Mn、B、V、Co、Mo等。二、激光表面合金化的强化机制1、合金层硬度以WC/Co为添加粉末合金化后，主要获得M6C型碳化物，硬度约为1300HV，由于碳化物量很高，呈细网格分布，基体又为马氏体组织，所以表面硬度达1000HV以上。Cr3C2合金化以后，组织特征为基体上分布着网状碳化物，析出的碳化物为M7C3型，这种碳化物硬度高达2100HV，由于合金碳化物在基体中分布较稀。故表层硬度也只有1000HV左右。在WC/Co中加入Ni粉以后，合金层中碳化物类型并不发生变化，但基体中出现奥氏体。Ni的加

6、入量越多，奥氏体量越高。硬度也随着下降。激光表面合金化，可以根据合金化成分来控制，得到高硬度的合金层。当然，并不是所有的合金元素或化合物都能很好的与基体金属达到激光合金化的理想效果。为达到预期目的和实际生产的需要,在研究中普遍遵循如下的原则；1）必须考虑到合金化元素或化合物与基体金属熔体间相互作用的特性,如可熔解性、形成化合物的可能性、浸润性、线膨胀系数及比容等。2）必须考虑在合金化区形成的物相对合金化强化效果的影响,如硬度、耐磨性、耐蚀性及高温下的抗氧化行为等。3）必须考虑表面合金层与基体间呈冶金结合的牢固性,以及合金层的脆性、

7、抗压、耐弯曲等性能。2.激光表面合金化的磨损性能静载滑动磨损时，在单束斑扫描条件下，以WC/Co合金化时的耐磨性比45钢（淬火态），提高17倍以上，比Cr3C2/Ni-Cr提高12倍。宽带扫描时，用WC/Co合金化后，耐磨性提高28倍。在冲击磨损条件下，合金化后材料的耐磨性也有很大的提高。WC/Co合金层的耐磨性相当于45钢（淬火态）的6倍。在C/Co中加入Ti20％(质量分数，下同）和TiC30％后，耐磨性也分别提高3仿与5倍。激光表面合金化的强化机制，是相变硬化、固溶强化和碳化物强化的综合强化结果。WC/Co合金化后基体为马氏

8、体，M6C型碳化物的硬度为1300HV左右，在磨损时，将首先选择性磨损马氏体基体，碳化物渐渐露出磨面，由于碳化物网的支撑作用，所以合金化展表现出极高的耐磨性。在Cr3C2/Ni-Cr的合金化层中，基材含有较多奥氏体；硬度较低（600～800HV）。