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0431-81702023
光学工程
激光熔覆应用
激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷,是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法,在基材表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。
由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热过程,激光熔覆对基材的热影响较小,引起的变形也小。控制激光的输入能量,还可将基材的稀释作用限制在极低的程度(一般为2%~8%),从而又保持了原熔覆材料的优异性能。
激光熔覆可将高熔点的材料熔覆在低熔点的基材表面,且材料的成分亦不受通常的冶金热力学条件限制,因此所采用的熔覆材料的范围是相当广泛的,包括镍基、钴基、铁基合金、碳化物复合合金材料以及陶瓷材料等,其中合金材
料和碳化物复合材料的激光熔覆较为成熟,并已获得实际应用。1、常用激光熔覆材料。
目前,激光熔覆常用的材料主要是热喷焊或热喷涂类材料,其类型包括自熔性合金材料、碳化物弥散或复合材料、陶瓷材料等。
这类材料具有优异的耐磨、耐蚀等性能,通常以粉末的形式使用,并采用火焰喷焊等方法熔覆,可获得表面光滑且与基材结合较好的覆层,已被广泛用于机械、冶金、水电、航空、造纸和玻璃等工业。将其用作激光熔覆材料亦可获得较满意的效果,尤其是自熔合金粉末、自熔性碳化物弥散或复合粉末等。
(1)自熔性合金粉末。
自熔性合金粉末可分为镍基自熔合金、钴基自熔合金、铁基自熔合金,其主要特点是含有硼和硅,因而具有自我脱氧和造渣的性能,即所谓自熔性。
这类合金在重熔时,合金中的硼和硅被氧化,在覆层表面形成薄膜。这种薄膜既能防止合金中的元素被氧化,又能与这些元素的氧化物形成硼硅酸盐熔渣,从而获得氧化物含量低、气孔率少的喷焊层。硼与硅还降低合金的熔点,增加合金的浸润作用,对合金的流动性及表面张力产生有利影响。自熔合金的硬度与合金的含硼量与含碳量有关,随硼、碳含量的增加而提高,这是由于硼和碳与合金中的镍、铬等元素形成硬度极高的硼化物和碳化物的数量增加所致。
由于基材含有较高的铬等元素,所以合金还具有优异的耐蚀和抗氧化性。
为提高自熔合金的硬度及耐磨性,也可在其中加入较多的WC,形成自熔合金与WC的混合物。
(2)碳化物复合粉末。
碳化物复合粉末系由碳化物硬质相与金属或合金作为粘结相所组成的粉末体系。这类粉末中的粘结相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解,特别是经预合金化的碳化物复合粉末,能获得具有硬质合金性能的涂层。
(3)自粘结复合粉末。
自粘结复合粉末是指在热喷涂过程中,由于粉末产生的放热反应能使涂层与基材表面形成良好结合的一类热喷涂材料,其最大的特点是具有工作粉和打底粉的双重功能。
(4)氧化物陶瓷粉末。
氧化物陶瓷粉末具有优良的抗高温氧化能力,还有隔热、耐磨、耐蚀等性能,是一类重要的热喷涂材料,也是目前极受重视的激光熔覆材料。此类陶瓷粉末主要分为氧化铝、氧化锆两个系列,其中氧化锆系陶瓷粉末比氧化铝系陶瓷粉末具有更低的热导率和更好的抗热震性能,因而主要被用作热障层材料。2、激光熔覆的工艺流程。
预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位,然后采用激光束辐照扫描熔化,熔覆材料以粉、丝、板的形式加入,其中以粉末的形式最为常用。
同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中,使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入,有的也采用线材或板材进行同步送料。
预置式激光熔覆的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。
同步式激光熔覆的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。按工艺流程,与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。

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