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工艺参数对激光熔覆的影响
关键词:激光熔覆工艺
2020-04-23

一、工艺参数对的影响

在实验里升温和冷却都非常迅速,时间短暂。有很多因素对此技术造成很大的影响,如激光功率 p,光点大小( 光束直径 d) ,激光的扫描速度 v,预置厚度、送粉量等。在熔覆实验里,激光熔覆的质量也往往是通过改变以下三种工艺参数来改善其质量。

( 1) 激光功率 p。激光功率的大小决定着激光束功率密度,随着激光功率的增大,激光束的功率密度会增大,熔覆层的深度会有所增大,熔池温度也会有所升高,这会造成部分粉末产生“气化”现象。此外,功率过大还会使基材受热升温,使其造成开裂等不良后果,影响质量,所以,激光的功率不能过大,当然,也不宜过小。使用太小功率的激光会对材料有可能会造成熔化不彻底,导致出现空洞等不良结果,使其质量下降。所以,选择合适的功率非常重要。

( 2) 激光光束直径 d。激光束一般是圆形,光斑尺寸的不同,激光束的能量不同,会引起熔覆层表面能量分布不同。当光斑直径较小时,熔覆层的质量较好,但随着光斑尺寸的增大,熔覆层质量在下降,因此要正确选择激光直径 d。

( 3) 扫描速度 v。它对熔覆工艺的作用体现在涂层的外观形貌,硬度,耐磨等方面。熔覆速度 v 过大,会使激光与粉末接触的时间过短,容易使粉末飞离熔池,熔池的温度低导致合金熔化不彻底,会使产品质量下降。熔覆速度过小,便会延长在熔池的过程,熔池温度过高,粉末容易过度熔化,使合金元素受到损失,此外,基材温度升高,会产生更多的变形现象,所以要合适选择扫描速度 v。

这些参数对熔覆层品质并不是各自不相关,而是它们之间综合作用,因此比能量( es ) 的概念被提出,即:

es= p/dv       ( 1)


稀释率也是对熔覆层造成很大影响,一般以合金在熔覆层所占比例来表示,通常可用成分法或者面积法来表达。

①成分法。根据熔覆层化学成分的变化来计算稀释率( λ ) 。稀释率可以定量描述由于熔化的基材混入后而引起熔覆层成分的变化。

λ =ρp( xp b-xp )/{ρb( xb-xp b )   ρp( xp b-xp )}    ( 2)

式中 ρp —熔覆材料熔化时的密度;ρb —基材材料的密度;xp —熔覆材料中元素 x 的质量分数;


xp b —熔覆层搭接元素 x 的质量分数; xb —基体材料中元素 x 的质量百分数。


②面积法。是指根据熔覆层横截面的面积大小对稀释率进行计算的方法。

λ = a2 /( a1 a2 ) × 100%    ( 3)

式中 a1 是熔覆层的横截面积,mm2,a2 是基材的横截面积,mm2。

稀释率可以利用调节熔覆层横截面内基材的熔化面积 a来调整,而基体的熔化面积由激光比能量 es 来决定的,比能量值直接影响着稀释率的多少。当稀释率过大,基材熔化越多混入熔覆层中,影响着熔覆层的机能; 当稀释率不足,熔覆层与基材做不到生产高质量的冶金结合,容易出现熔覆层脱落现象,通常来讲激光熔覆的稀释率大约应为 10%,所以要制造优良的熔覆层必须对稀释率进行合理控制,过大过小均会影响激光熔覆的质量。


二、结论

激光熔覆是一种新型的表面改进技术,激光在原材料在表层上形成冶金结合的涂层,这样可显著提高材料性能的方法,激光熔覆的工艺参数对其质量的影响很大,可以显著地改变其质量,因此在激光熔覆之前合理选择工艺参数对整个实验起着重要的作用。



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