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终于弄明白了,激光熔覆为何如此神奇
关键词:激光熔覆
2020-02-25

一、什么是

      是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低,与基体成冶金结合的表面涂层,显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法,从而达到表面改性或修复的目的,既满足了对材料表面特定性能的要求,又节约了大量的贵重元素。


      与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比,激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点,因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。


二、激光熔覆工艺特点

1、激光熔覆层与基体为冶金结合,结合强度不低于原基体材料的95%;

2、对基材的热影响较小,引起的变形也小;

3、材料范围广泛,如镍基、钴基、铁基合金、碳化物复合材料等,可满足工件不同用途要求,兼顾心部性能与表面特性;

4、熔覆层及其界面组织致密,晶粒细小,无孔洞,无夹杂裂纹等缺陷;

5、可对局部磨损或损伤的大型设备贵重零部件、模具进行修复,延长使用寿命;

6、熔覆工艺可控性好,易实现自动化控制;

7、对损坏零部件,可实现高质量、快速修复,减少因故障停机时间,降低设备维护成本。


三、激光熔覆的工艺原理

      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。

      激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类,即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

      预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基体材料表面的熔覆部位,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,其中粉末的形式最为常用。预置式激光熔覆的主要工艺流程为:基体材料熔覆表面预处理-预置熔覆材料-预热-激光熔化-后热处理。

 预置式激光熔覆



      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。同步式激光熔覆的主要工艺流程为:基体材料熔覆表面预处理-送料激光熔化-后热处理。


终于弄明白了,激光熔覆为何如此神奇


四、激光熔覆与航空制造

1 、激光熔覆成形用于零件制造

      激光熔覆成形技术在无需任何硬质模具或模型的情况下,能快速制备出不同材料的复杂形状的金属零件,该技术突破了常规的机械制造概念,能够制造出形状任意的复杂金属实体零件,对零件形状复杂程度的适应性非常强,为复杂零件的制造提供了一条有效途径。

终于弄明白了,激光熔覆为何如此神奇

      航空航天工业正快速地采用较新的合金如ti-6al-4v,来制造高强度/重量比率、耐热、耐疲劳和耐腐蚀的零件。但在这些新型合金的加工上,传统工艺方法有许多难以克服的缺点,如生产隔板是用数英寸厚数千磅重的齿形合金板加工,得到这些合金板的时间要一年或一年以上。因为难以加工,加工这种零件需要花费昂贵的加工中心数百小时,磨损大量的刀具。而激光熔覆成形技术则在这方面具有较大优势,可以降低库存和减少制造时间。


2、 激光熔覆成形用于零件修复

      激光熔覆成形技术对当前的修复工艺产生直接的影响,其优点包括工艺自动化、低的热应力和变形等等。由于人们期望对飞机的寿命不断延长,需要更加复杂的修复和检修工艺。涡轮机齿片、叶轮和转动空气密封垫等零件正是通过更新可以延长已有结构寿命的零件,其中一些零件可以通过表面硬化得到修复,然而许多其他零件需要更为复杂的修复工艺,并且由难加工的材料制成。激光熔覆修复工艺能应用于大范围的材料而不降低母材性能,比起零件或工具的置换节约75%以上的成本。例如用激光熔覆技术修复裂纹,由于非穿透性裂纹通常发生在非薄壁零件,其深度无法直接测量,其他修复技术无法发挥作用。此时采用激光熔覆技术,视情况多次打磨和探伤将裂纹逐步清除,打磨后的沟槽用激光粉末多层熔覆工艺填平,即可重建损伤结构,恢复其性能。

激光熔覆修复齿轮表面


3、 激光熔覆技术用于航空材料的表面改性

      采用激光法制备陶瓷涂层,可在金属表面预先进行陶瓷涂敷,然后再进行激光处理,使得涂层组织更加细密。也可以直接进行激光涂层:先喷涂过渡层(如nicr、nial、nicral、mo等)材料,再用脉冲激光涂敷陶瓷材料,使过滤层中ni、cr合金与陶瓷中al2o3、zro2附在基体表面,形成多孔特性,使基体中的金属分子也能扩散到陶瓷中,进而改善涂层的结构与性能。

      随着航空燃气涡轮机向高流量比、高推重比、高进口温度方向发展,燃烧室中的燃气温度和压力不断提高。陶瓷热障涂层用于燃气轮机的高温合金表面,起到隔热作用,可降低金属表面温度,提高燃气温度,从而提高燃气轮机效率,延长其使用寿命。利用大功率激光器直接辐射陶瓷或金属粉末,将其熔化后在金属基体上快速凝固形成涂层,陶瓷与金属基体为冶金结合,得到垂直于表面的柱状组织,形成性能良好的热障涂层。




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