激光熔覆 作业
2015 年春季学期研究生课程考核
（读书报告、研究报告）
学生所在院（系）:材料学院
学生所在学科:材料加工工程
学生姓名:王保全
学号:14S D09004
铝合金的激光熔覆
摘要：阐述了铝合金激光熔覆的研究进展，介绍了激光熔覆的原理、方法、特点等，提出了今后铝合金激光熔覆工艺的发展趋势。
关键词：激光熔覆；铝合金；表面强化
Laser Cladding on Al Alloys
Abstract: The research development of laser cladding on Al alloy surface was summarized. The principle, procedure, characteristics, etc. of laser cladding on Al alloys was introduced. Finally, the development trend of laser cladding on Al alloys was put forward.
Key words: laser cladding; Al alloys; surface hardening
1前言
铝合金分为两类，即变形铝合金和铸造铝合金。铝合金由于合金元素的加入大大提高了强度，同时又保留了铝的其他特性，因此在许多场合是其他材料难以取代的，被大量应用于各行各业。作为一种轻金属，铝合金除在航空航天领域广泛使用外，也越来越受到交通运输等部门的高度重视，如铝质发动机已广泛应用于轿车之中，而全铝结构轿车也已经问世。
但是，对有些要求表面具有良好耐磨性的零件，采用常规铝合金往往不能满足使用要求。如为了提高铝质发动机阀座和活塞等零件的耐磨性，不得不采用整体合金化或镶嵌铜质垫片等方法。这些方法或者造价昂贵或者工艺复杂。因此，对铝合金表面进行强化处理是提高表面耐磨性的必由之路，而使用激光则是最有效的途径。
激光熔覆的实验研究始于20 世纪70 年代,早期对激光熔覆的研究主要集中于熔覆层性能、熔覆工艺、熔覆层的微观组织结构以及激光熔覆工艺应用等方面的研究。现代激光熔覆主要集中在激光熔覆基础理论和模型，激光熔覆专用材料研制，激光熔覆机制，激光熔覆过程检测与控制，激光熔覆送粉系统研制用激光熔覆制备新材料，基于激光熔覆的快速成形与制造技术等领域的研究。
总体来说，激光熔覆的研究主要包括熔覆材料，工艺参数设计，涂层组织性能研究，熔覆过程的数值模拟和专用设备研制等方面。
2激光熔覆原理和方法
激光熔覆是材料表面改性技术的一种重要方法，它是利用高能密度激光束将具有不同成分、性能的合金与基材快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层的快速凝固过程。
根据合金供应方式的不同，激光熔覆可以分为两种（图1），即合金预置法和合金同步供应法。
合金预置法是指将待熔覆的合金材料以某种方法预先覆盖在基材表面，然后采用激光束在合金预覆层表面照射，合金预覆层表面吸收激光能量使温度升高并熔化，同时通过热传导将表面热量向内部传输，使整个合金预覆层及部分基材熔化，激光离开后熔化的金属快速凝固而在基材表面形成冶金结合的合金熔覆层。
（a）（b）
图1 激光熔覆原理示意
（a）预置式；（b）同步式。
合金材料可以是粉末，也可以是丝材或板材。对于粉末类合金材料，主要采用热喷涂或粘结等进行预置。热喷涂包括火焰喷涂和等离子喷涂，其主要优点是喷涂效率高，涂层厚度均匀且与基材结合牢固。不足之处是粉末利用率低，需要专门的设备和技术。粘结法是采用粘结剂将合金粉末调和成膏状涂在基材表面，该方法的主要缺点是效率低，且难以获得厚度均匀的涂层，故通常只在实验室使用。
对丝材类合金材料，既可以采用专门的热喷涂设备进行喷涂沉积，也可以采用粘结法预置。对板类合金材料主要采用粘结法或者将合金板材与基材预压在一起。
合金同步供应法是指采用专门的送料系统在激光熔覆过程中将合金材料直接送入激光作用区，在激光的作用下合金材料和基体材料的一部分同时熔化，然后冷却结晶形成熔覆层。合金同步供应法工艺过程简单，合金材料利用率高，可控性好，可以熔覆甚至直接成型复杂三维形状的工件。合金同步供应法使用的合金材料可以是粉末、丝材或板材。由于激光熔敷合金材料多数为粉末形式，从80年代以来，同步送粉激光熔覆技术受到高度重视。图2所示为同步送粉激光熔覆系统示意图。送粉系统主要包括送分器和送粉头两部分。
图2同步送粉激光熔覆系统示意
送粉器根据粉末送出原理一般分为自重式、气送式或两者兼用。气送式送粉器具有较高的柔性，是激光熔覆应用的首选。其原理和结构与等离子体粉末用送粉器没有本质的区别，但对送粉精度和送粉的稳定性要求较高。
简单的送粉头是由粉末自重流出，或通过气流喷射。这种送粉方式粉末束形状和落点均无法有效控制，更无法配合光束形状，因此无法保证熔覆层质量的均匀性，且粉末浪费严重。我国国家产学研激光中心研制开发的一种汇聚粉末束的喷粉装置克服了这种缺点。该系统利用通州保护气，通过喷头将粉末束汇聚在气帘中。根据光斑形状，喷头有圆形和矩形两种结构形式。图3所示为圆形喷头粉末自由束流与同轴气保护汇聚束流的比较，这种汇聚束流使粉末具有良好的挺度和可控性，可用于任意复杂工件表面的激光三维熔覆。
激光熔覆的主要目的是在廉价金属表面形成高性能的合金层，达到降低成本、提高零件表面耐磨、耐蚀、耐高温抗氧化等综合性能。因此，希望合金层处于最能保持其本身性能的状态，即在保证与基材冶金结合的同时，最少地被基材稀释。基于以上原因，激光熔覆要求其稀释率要尽可能的低。一般认为其稀释率应小于10%，最好在5%左右，以保证高的表面涂层性能。
3铝合金激光熔覆特点及适用范围
与其他表面强化处理相比，激光表面强化具有以下特点：
⑴加热、冷却速度快，处理效率高。
⑵激光能量、光斑大小和形状以及激光照射时间可以精确控制，强化效果
好。
⑶只在需要的部位改性处理，热输入低，工件变形小，甚至基本无变形。
⑷激光束易于传输和导向，因此可以对复杂零件表面进行处理，如深孔和
沟槽表面。
⑸易于实现自动化控制，劳动生产率高。
⑹节省能源，不产生环境污染。
激光相变硬化原理是在激光照射下使材料表面快速加热至奥氏体化温度，随后通过热量往机体内部的传导，使被加热表面以很快的速度冷却，从而获得细小的马氏体组织，以提高零件表面的耐磨性。它还可以通过在表面产生压应力来提高疲劳强度，但仅适用于固态具有多形性转变的钢铁类材料。
激光熔凝硬化是在激光照射下使材料表面局部区域快速加热至熔化，随后借助于冷态的基体金属的热传导作用，使用化区域快速凝固，形成组织结构极其细小的非平衡铸态组织。这种组织硬度高，耐磨，抗蚀性好。当加热速度很快或激光照射时间极短时，对于某些合金，熔化层快速凝固后将得到非晶表面，具有极好的耐磨损和抗腐蚀性能，这就是激光非晶化，有时也叫激光玻璃化。变形铝合金中，那些不可以用热处理方法强化的铝合金多为单相合金，其强度的获得只是靠固溶强化和冷作硬化。对于这类合金，采用激光熔化处理后，硬度的增加并不明显。对于变形铝合金中那些可以热处理的强化的铝合金，激光重熔后的强化效果取决于合金的初始状态。
激光合金化中为了使合金化元素对铝基体产生强化作用，引入的合金元素必须与铝基体满足液态互溶、固态有限互溶或完全不容的热力学条件，这样才能在
激光照射后的快速凝固条件下达到固溶强化、沉淀强化或第二相强化等效果。
激光熔覆是以激光束为热源在工件表面熔接一层成分和性能完全不同于集体而又与基体具有冶金结合的合金表层，以提高表面的耐磨、抗蚀性能。激光熔覆技术作为材料表面改性技术的一种有效手段，可以显著改善金属材料表面的强度、硬度、耐磨、抗高温氧化和耐腐蚀等性能。与表面合金化不同，激光熔覆要求基体材料仅在表面一极薄层熔化，以保证熔覆材料最大限度地不被熔化的基体材料所稀释。这样的合金熔覆层基本保持了其原有成分和性质不变。在这种情况下，稀释被认为是一种污染，将降低熔覆层的性能。比之合金化，激光熔覆能更好地控制表层的成分、厚度和性能。
4铝合金激光熔覆应用举例及误差分析
在铝合金零件表面熔覆一层特殊耐磨合金已开始走向工业应用。在汽车工业中，现在已开始大量采用铝质发动机。但是，铝合金的耐磨性差，对于要求表面耐磨的零件，可以采用激光熔覆技术在零件表面熔覆一层耐磨合金层。
除了传统意义上的修复受损零件、材料表面改性等应用外，激光熔覆还可以快速制造金属原型零部件。熔覆过程也可结合填丝技术。图示出一种活塞环内体阀座齿圈的熔覆技术。采用了药芯焊丝做填充材料，直接涂敷在各道齿圈内表面上。激光束和焊丝均沿设计的倾斜角度送达涂敷部位，可有效地完成内表面的熔覆加工。相对送粉熔覆，涂层质量较光整。
铝合金激光熔覆技术已开始在工业中得以应用，其典型代表是日本丰田汽车公司在汽车发动机铝合金缸盖上激光熔覆铜合金直接制备出气阀座圈，取代传统粉末冶金座圈的镶压工艺，使得气阀座的耐磨性、润滑性、耐咬粘性及冷却性均得到了提高。延长了阀座寿命，改善了汽车发动机的性能。现在，这种工艺在日本和美国等国家均已得到应用，并已建立了工业生产线。当前，我国的航天航空和汽车工业正处于发展阶段，尤其是汽车有着广阔的市场。高强度铝合金的应用必将越来越广泛。因此，铝合金激光熔覆技术的开发和应用有着巨大的潜力。
送粉精度和送粉的稳定性要求较高，激光作用时间控制需要准确控制。
5结语
随着科学技术的不断发展和进步，激光熔覆技术将具有更为广阔的发展前景。但仍需解决以下问题才能适应其发展：①研制开发适合熔覆专用的材料体系②采取有效的手段检测熔覆过程中的应力，从根本上消除应力造成的裂纹问题③建立起适用的量化理论!通过数值模拟方法提高熔覆层的质量④激光熔覆设备的改进和研制，研制出光束质量高而且稳定的熔覆装备。
参考文献
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[2] LIN Gang, WAN Guigen, HUANG Anguo. Status and Development of Laser Cladding on Al Alloys.
Material&Heat Treatment 2010,Vol.39,No.10
[3] Zuo T C etc. Laser Materials Processing of High Strength Aluminum Alloys.
Defense Indusry Publishing House，2002
激光熔覆技术介绍
激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。 为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。 激光熔覆的优势 激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件，使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相，已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础，受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。 目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、钛基、镁基等金属基复合材料。从功能上分类：可以制备单一或同时兼备多种功能的涂层如：耐磨损、耐腐蚀、耐高温等以及特殊的功能性涂层。从构成涂层的材料体系看，从二元合金体系发展到多元体系。多元体系的合金成分设计以及多功能性是今后激光熔覆制备新材料的重要发展方向。 最新的研究表明，在我国工程应用中钢铁基的金属材料占主导地位。同时，
激光熔覆
第五章 激光延寿技术 5.1激光熔覆表面处理技术 2、熔覆层的气孔和裂纹问题 熔覆层中的气孔是常见的缺陷。空气和保护气中的水分以及涂层（或粉）中吸附的水分是产生气孔的主要原因。在激光加热时，金属表面的预涂层中的水将逐步分解。分解出的水分和空气及保护气中的水分可以在激光作用的高温区直接分解产生H 。 同时，涂层中的碳粉也会和金属氧化物发生氧化还原反应产生二氧化碳。 这些H 溶入过热的激光熔覆的熔池中，随后在熔池的冷却结晶过程中析出而形成气泡，这些气泡如不能上浮逸出则成为焊接气孔。由于激光熔覆速度高，熔池的体积又很小，因此熔池的冷却结晶速度极快，不利于气泡的上浮逸出。 从冶金原理知道，对于一般熔覆火花，为防止产生气孔，可以从两方向着手：第一，限制氢溶入焊接熔池，或者减少氢的来源，或者减少氢与熔池的作用时间。第二，尽量促使氢从熔池析出，即在熔池凝固之前使氢以气泡形式及时排出。可以采取的办法：减少氢的来源即是彻底清除涂层中的水分，并加强对熔池的保护；减少熔池吸氢时间也就是减少熔池的存在时间，其中焊接速度是主要参数；对表面进行激光重熔处理。产生裂纹的原因为工艺原因、显微组织因素和残余应力。可以采取合适的办法降低裂纹的发生。如选择合适的熔覆材料，使熔覆层内的残余应力降低；优化激光熔覆技术的工艺方法和参数；合理设计熔覆层等。图2（a ，b ）是应用不同的掺杂和工艺参数获得熔覆层的裂纹检测。图2掺杂5％，10％合金。 HO H O H +→)(2汽2 CO M C O M y x +→+
图2 掺杂5％，10％合金粉末在不同功率下熔覆层裂纹检测 3、激光熔覆工艺参数与优化 脉冲激光可调参数较多，包括单脉冲能量、脉冲宽度、脉冲频率、光斑尺寸、光斑重叠率及激光扫描速度等，这些参数并不是孤立存在的，它们之间的关系以及对溶覆涂层质量的影响较复杂，因此在选择激光工艺参数时需综合考虑各参量，以获得满意的处理效果。 1．1激光工艺参数对熔覆层尺寸的影响 对工件表面进行激光溶覆处理后，表面粗糙度通常较大，因此在实际使用之前，往往需对工件表面进行磨抛处理，这就需要表面培覆层有一定的加工余量,以确保激光擦覆层在磨抛后仍有一定的强化深度。脉冲激光培覆工艺参数中对溶覆层尺寸影响最大的是单脉冲能量、脉冲频率和激光扫描速度,因此应该对这几个工艺参数与强化层尺寸之间的关系进行研究，例如采用粉体材料是50%镍+50%纳米Al 2O 3,采用单道熔覆。 1．2激光工艺参数对溶覆层表面质量的影响 脉冲激光作用下的熔覆层是由多个脉冲重叠而成,因此与连续激光熔覆相比,培覆层表面的粗链度较高,这就导致培覆后需磨抛去除的厚度较大。在激光溶覆过程中,应尽量减少磨抛去除厚度,增加表面光洁度。脉冲激光的工艺参数较多,而影响表面光洁度的主要参数是激光扫描速度和脉冲频率。 脉冲频率与激光扫描)%(560)(323C O B WO Ni a +++) %(1060)(323C O B WO Ni b +++
高速激光熔覆的加工成本是多少(1)
高速激光熔覆的加工成本是多少 高速激光熔覆近两年在金属表面处理行业博得很多的关注，相较传统表面处理工艺，高速激光熔覆技术从原理到应用有着诸多显著的优势。要想深入了解高速激光熔覆，那么激光熔覆是必然绕不开的话题。激光熔覆工艺已不算新鲜，与常见的电镀、热喷涂、堆焊、等离子焊等表面处理工艺类似，激光熔覆历经近15年的发展，设备技术及工业应用已经比较成熟。高速激光熔覆是在原有激光熔覆基础上发展而来，与普通激光熔覆相比具有熔覆加工效率高，熔覆表层平整以及熔覆成本低等优势。高速激光熔覆一经推出就刷新了人们对传统激光熔覆的认知，高速激光熔覆集成了电镀及热喷涂二者的优点，是最先进的绿色环保金属表面处理技术。 很多金属表面处理行业大型国企或领头企业纷纷开始引入该项技术，实现生产力的提高以及利润的提升。而对于一些还在观望的中小型企业甚至是个企，普遍关心的问题是高速激光熔覆工艺的生产成本问题，下面就这个问题做详细的介绍。以当前高速激光熔覆已广泛应用的煤矿液压支架行业为例，我们来计算高速熔覆修复一个平方面积的加工成本。 以目前市场占有率最多的中科中美6000高速激光熔覆设备为例，该台设备在客户现场实测加工修复液压支架时，熔覆层单边0.65mm厚度（简单抛磨后剩0.35mm)，实际效率为0.8㎡/h。 高速激光熔覆设备生产加工成本主要包括电费、易损件、气体、人员工资以及材料粉末的消耗成本这几大块。 （1）电费消耗。以中科中美ZKZM-6000为例，全套（机床+水冷+除尘+激光器）耗电功率约为34KW，这样以单平方加工需要电能为42.5KWh,按照工业用电1元每度，则单平方熔覆加工耗电费用约为42.5元。 （2）易损件消耗。普通激光熔覆工作时需要定期更换保护镜片。中科中美高速激光熔覆目前所有易损件质保期内免费赠送，因此该项费用可忽略。 （3）气体费用。高速激光熔覆设备在加工过程中需要使用氮气或氩气作为送粉气和保护气，在保证合适气压情况下，单平方米的熔覆加工使用的氮气消耗约为20元。 （4）人员工资。以城市平均工资6000元起算，月工作22天，每天工作8小时，以0.8㎡/h效率计算，高速熔覆单位面积人员费用为42元。 （5）金属粉末费用。中科中美6000W设备采用中心送粉技术，粉末利用率可达90%，以金属表面修复比较常见金属粉末来算，粉末单价约为70元/kg，则熔覆1个平米面积的金属粉末费用约为400元。 从上述几大费用来看，ZKZM-6000W高速激光熔覆设备加工1个平方米的面积，其费用约为505元。其中金属粉末成本占了整个消耗费用近80%。而普通激光熔覆因为其效率
(完整)激光熔覆镍基二硫化钼高硬度耐磨涂层技术讲解
申请书正文 1．项目名称 激光熔覆镍基二硫化钼高硬度耐磨涂层技术的研发 2. 研究工作的科学意义 2.1研究的理论与实际意义 激光熔覆作为新兴的表面改性技术，利用高功率激光的快速熔覆效应，可以在低成本基材表面获得优异耐蚀、耐磨、耐热等性能的涂层，能控制稀释率，可局部熔覆，微观结构细致，热影响区小，并使涂层材料快速熔化和冷却而与基体材料形成良好的冶金结合，结合强度高。和传统的表面改性技术相比，激光熔覆技术具有如下独特的优点：（1）技术经济效益好，可灵活地在一些表面性能差、价格便宜的基体金属表面制备出耐磨损、耐腐蚀、耐高温的不同成分的合金，用以取代昂贵的整体合金，从而大大降低成本； （2）可在同一基体上通过激光熔覆灵活地制备出各种不同成分和性能的表面合金层，并可在同一零件的不同部位根据需要进行不同的熔覆；根据零件耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化的实际工况要求，可任意配制熔覆的成分； （3）激光束能量密度高（激光熔覆所需功率为激光淬火的2~4倍），凝固时冷却速度快（105~106℃/s），激光熔覆层凝固组织细小，凝固偏析很轻，并有可能产生过饱和相、亚稳相和非晶相； （4）所形成的熔覆层与基体间的结合为冶金结合，在结合界面附近，熔覆涂层组织具有明显的梯度渐变特征，保证了熔覆涂层与基体之间良好的结合力。 基于当前工业生产中高温、高湿环境对零部件耐磨涂层提出更高要求，当前国内外相关科研机构对形成熔覆层的基体材料展开大量研究，二硫化钼作为机械磨损领域最重要的固体润滑剂，特别适用于高温高压下。它还有抗磁性，可用作线性光电导体和显示P型或N型导电性能的半导体，具有整流和换能的作用。二硫化钼还可用作复杂烃类脱氢的催化剂。它也被被誉为“高级固体润滑油王”。与传统的液体润滑剂相比，其具有如下优势：（1）彻底地消灭了漏油，干净利索，大大的促进了文明生产； （2）能节省大量的润滑油脂； （3）改善运行技术状况，延长检修周期，减轻了维修工人的劳动强度，节约劳动力； （4）由于二硫化钼的摩擦系数低，摩擦设备间产生的摩擦阻力小，可以节约电力消耗，根据兄弟单位的测定可节约电力为12%； （5）能减小机械磨损，延长摩擦设备的使用寿命，减少设备零件的损耗，提高设备的出勤率； （6）应用二硫化钼润滑，可以解决技术关键，提高工作效率和工作精度；
激光熔覆技术工艺及案例分析
在很长一段时间内，传统的工业制造加工或者再修复，需要通过电镀技术，这一技术虽然曾一度在金属表面防护、装饰加工等方面发挥了很大的作用，但长期以来带来的污染问题让许多制造企业头疼不已，因此为减少污染，新的激光熔覆技术受到人们的欢迎。 激光表面熔覆具有能量密度高，熔覆质量致密，结合强度高，熔覆层组织的稀释率低、热影响区小等特点。激光表面熔覆为非接触式加工且输入热量可控，采用的规范激光修复方法可以解决其它焊接方法造成焊接残余应力和开裂倾向。因此可以先采用机械加工的方法去除牌坊表面的腐蚀层和磨损的疲劳层，然后选取耐腐蚀性和耐磨性都优于基材的粉末，采用激光熔覆的方法对牌坊进行修复，这样既避免了多次去除材料给牌坊造成的强度下降的缺陷，又避免了堆焊造成的因应力集中导致的变形问题，而且提高了牌坊的耐腐性和耐磨性。 激光熔覆技术是使用激光将金属粉末直接熔融，逐层沉积成型。激光熔覆技术完成的熔覆涂层冶金质量高、稀释率低、变形小、表面光洁度高，属于先进环保的再制造加工技术，在工业再制造领域极大地减少企业的后续机加工成本，能有效延长产品使用周期，在钢铁行业轧机牌坊修复中大受欢迎。
现场激光修复案例分析 1、修复加工方法 因为轧机机架体积及重量大，附属管路等多，拆卸、安装、运输繁杂，另外有大修时间限制。轧机牌坊材质是ZG25，设计使用寿命年限为40年，牌坊工作面腐蚀失效深度1~2.5mm。通过现场勘察及使用工况的调研，综上因素，在考虑满足使用要求的前提下，确定针对轧机牌坊现场修复方法为： 通过在线机械加工，去除牌坊失效工作面（四块衬板下面及两个轧机轴承座底面）表面腐蚀疲劳层，上半面腐蚀较轻，下半面较严重，平均铣去大约2或3mm的深度，为激光熔覆前基体表面处理做准备。在通过机械加工去除材料，清除牌坊表面腐蚀层过程中，要保证恢复失效工作面（和安装面）的垂直度、平面度及粗糙度要求。再通过激光熔覆技术将特殊耐腐蚀材料熔覆到前面加工的基体表面，彻底改变了牌坊表面的特性。预计熔覆涂层寿命在十年以上，避免了对牌坊表面频繁的机加工修复带来的危害，彻底解决轧机牌坊磨损腐蚀的难题。 另外对各工作面原有螺栓孔的处理方法是：清理各螺栓孔，清除断折的螺杆，损伤螺纹
激光熔覆_图文讲解
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。
激光熔覆技术分析与展望讲解
激光熔覆技术分析与展望 作者：张庆茂激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。为推动激光熔覆技术的产业化， 作者：张庆茂 激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。 为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。 激光熔覆的优势 激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件，使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相，已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础，受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。 目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、
激光熔覆工艺参数对熔覆层表面平整度的影响
第37卷 第1期中 国 激 光 Vol.37,No.12010年1月 CHIN ES E J OURNAL OF LAS ERS J anuary ,2010 文章编号:025827025(2010)0120296206 激光熔覆工艺参数对熔覆层表面平整度的影响 朱刚贤 张安峰 李涤尘 (西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安710049) 摘要 为了获得平整的熔覆层表面质量,对316L 不锈钢激光熔覆工艺参数对熔覆层表面平整度、平宽比(表面平整度与单层熔覆宽度比值)及平高比(表面平整度与单层熔覆高度的比值)的影响进行了实验研究。分析了单层熔覆宽度、单层熔覆高度与轨迹间的中心距及搭接率之间的相互关系,并进行了单层熔覆宽度、单层熔覆高度及表面平整度的测试。实验结果表明,随激光功率增大、送粉量增大及扫描速度的减低,熔覆层表面的平整程度降低;随载气流量增大,熔覆层表面的平整程度先增加后降低。 关键词 激光技术;激光熔覆;成形质量;工艺参数;表面平整度 中图分类号 TN249;T G 39 文献标识码 A doi :10.3788/CJL 20103701.0296 Ef f ect of P r oces s P a r a met e rs on S u rf ace S m oot h nes s i n L as e r Cl a ddi n g Zhu Gangxian Zhang Anf eng Li Dichen (St a te Key L abor a tor y f or Ma n uf act u ri ng S yste ms Engi neeri ng ,Xi ′a n J i aotong U niversit y , Xi ′a n ,S ha a nxi 710049,Chi n a ) Abs t r act To obtain the smooth surface quality of cladding layer ,the effects of p rocess parameters on surface smoothness and the ratios of the width and height of cladding layer to surface smoothness were studied by experiments in laser cladding.The relationships of the height and width of cladding layer with center distance and overlapping ratio were analyzed ,and the height ,width and surface smoothness of cladding layer were tested.The experimental results indicate that the degree of surface smoothness decreases with the increase of laser power and powder mass flow rate and the reducing of t raverse speed ;the degree of surface smoothness firstly increased then decreased with the growth of carrier gas flow rates. Key wor ds laser technique ;laser cladding ;forming quality ;p rocess parameters ;surface smoothness 收稿日期:2009202209;收到修改稿日期:2009203227 基金项目:国家973计划(2007CB707704)、国家自然科学基金(50675171)和长江学者和创新团队发展计划 (PCSIR T0646)资助课题。 作者简介:朱刚贤(1980—),男,博士研究生,主要从事复杂构件的高能束控形控性制造方面的研究。E 2mail :gxzhu2005@https://www.wendangku.net/doc/9a3529455.html, 导师简介:李涤尘(1964—),男,博士,教授,主要从事快速成形制造、生物制造和复合材料成形等方面的研究。E 2mail :dcli @https://www.wendangku.net/doc/9a3529455.html, (通信联系人) 1 引 言 激光熔覆技术是利用高能激光束为热源,以预 置或同步供给方式在基材表面添加金属粉末(丝)使之具有优异的耐磨、耐蚀及耐热等性能的表面改性技术。在激光熔覆过程中,激光、粉末材料及基体间相互作用形成熔覆层是一个较复杂的熔化2凝固冶金过程,这就导致熔覆层的成形质量很难得到准确控制。提高熔覆层的成形质量一直是国内外关注的 热点和追求的直接目标,而加工工艺参数(如激光功 率、扫描速度、送粉量及载气流量等)对熔覆层成形质量起决定性作用,在已有的研究中主要关注的是送粉量、激光功率、扫描速度、保护气流量等加工参数对熔覆层成形宽度、高度的影响规律,也有研究搭接率对表面成形质量的影响[1～7],而熔覆层的表面平整度作为衡量熔覆层成形质量的一个重要指标,目前尚缺乏系统的研究。本文在扫描路径一定的条
高速激光熔覆加工参数
高速激光熔覆相关技术参数介绍 高速激光熔覆是一种快速激光表面处理技术，主要涉及技术参数分为两个方面，一是激光熔覆过程中，设备的调试设置参数，称为加工参数；二是熔覆完成后，对熔覆效果质量的测评衡量参数，称为检测参数。 加工参数主要包括激光功率、光斑形状、光斑尺寸、加工距离、搭接率、熔覆速度、送粉方式、保护气气压共8项关键参数。 （1）激光功率，激光器单位时间内输出的能量。高速激光熔覆一般用KW级激光器，如ZKZM-2KW和ZKZM-4KW在市场上推广应用较多，可满足大部分的领域使用需求。 （2）光斑形状，常见的光斑形状分圆形和矩形两种，用户根据加工对象特点选择使用。 （3）光斑尺寸，光斑尺寸主要影响光功率密度，即单位面积的光能量大小，同等功率条件下，光斑尺寸越小，光功率密度越大，高功率密度光斑适宜熔覆高熔点的金属粉末。 （4）加工距离，指激光出光口距基体表面的距离。加工距离过远，金属粉末容易发散，粉末利用率低；加工距离近，激光熔覆头受激光辐射表面温度过高，严重造成粉末堵塞。 （5）搭接率，搭接率是影响熔覆层表面粗糙度的主要因素，搭接率提高，熔覆层表面粗糙度降低。但搭接部分的均匀性很难得到保证。每道熔覆层之间相互搭接区域的深度与每道熔覆层正中的深度有所不同，从而影响了整个熔覆层。高速熔覆的搭接率高达70%-80%(普通熔覆的搭接率为30%-50%)。 （6）熔覆速度，熔覆线速度和熔覆面积速率均可表示熔覆速度大小。中科中美高速激光熔覆实测线速度为30m/min-100m/min，在熔覆厚度0.2-0.5mm时，熔覆效率每小时0.7-1.2平方米。 （7）送粉方式，高速激光熔覆送粉方式主要有环形送粉和中心送粉两种方式，中心送粉较环形送粉粉末利用率高，但设计难度较大，光束需呈环形围绕送粉管一周，目前市场上环形送粉应用较多。 （8）保护气气压，保护气压力大小加工时可调。保护气一般使用氮气或氩气，主要用于送粉以及在激光熔覆熔池周围形成保护区域，减少氧化。
功能梯度材料1217020321
功能梯度材料的制备、应用与发展状况及展望 摘要：近年来，功能梯度材料(Functionally Gradient Materials，FGM)由于其优异的性能和特殊的功能，得到了迅速发展，展现出极大的应用价值。FGM的制备方法主要有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、自蔓延高温燃烧法等。FGM在航空航天、电磁工程、生物工程、核能和电气工程等领域都有广泛的应用。文章综述了FGM的制备方法、特性、在各领域的应用以及发展现状，对未来的发展做了一些展望。 关键词：功能梯度材料；制备方法；特性；应用；发展前景 正文： 引言 功能梯度材料(functional gradient material, FGM)，是指材料的组成、结构、孔隙率等要素沿厚度方向由一侧向另一侧连续变化，使材料的物理、化学、生物等性能沿着厚度方向也发生连续变化，可以适应不同环境，具有特殊功能的新型复合材料。航天技术的发展对材料的性能提出了新的要求，航天飞机长时间在大气层中飞行，机头尖端和燃烧室内壁承受的温度高达2000℃，同时航天飞机中的某些部件一侧要承受高温热负荷，另一侧用液氢冷却，两侧温差高达1000℃，使部件内部产生巨大的热应力，传统的单相材料已无法承受这种高温和高温差下的环境。为使材料能在较大温差下的环境中正常工作，20世纪80年代后期，日本学者新野正之等首先提出功能梯度材料的概念。为使材料能在较大温差下的环境中正常工作，功能梯度材料通过金属、合金、陶瓷、塑料等无机物和有机物的巧妙组合，在高温环境和两侧高温差的情况下表现出良好的耐热性、热应力缓和，是传统陶瓷基复合材料无法实现的。很快引起多个国家宇航领域科技工作者的极大关注,功能梯度材料的研究在各国迅速展开,二十多年来,国内外在功能梯度材料的组织结构、性能、制备工艺、设备以及材料的应用方面都取得了令人瞩目的成果。 功能梯度材料制备方法 功能梯度材料的制备方法很多，还有些处于探索研究阶段，常用的方法有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、自蔓延高温合成法、气相沉积法等。 2.1粉末冶金法 粉末冶金法是将10μm～100μm粒径的粉末(金属、陶瓷)充分混合，按设计的梯度分布方式逐层填充或连续成分控制填充，压实后烧结制备FGM。粉末冶金法具有设备简单、易于操作、成本低等优点，但需要对烧结温度、保温时间和冷却速度等工艺进行严格控制。现在用粉末冶金法制出的有W-Cu梯度热沉材料、 HA-Ti/Ti/HA-Ti轴对称生物功能梯度材料、B4C/C功能梯度材料等。 2.2等离子喷涂法 等离子喷涂法以刚性非转移等离子弧为热源，将原料粉末以熔融状态喷射到基体表面形成涂层，通过控制喷涂材料的组分，调节等离子射流的温度和流速，在基体表面获得梯度过渡的涂层。该方法使用粉末作喷涂材料，以气体作载体将粉末吹入等离子射流中, 依靠等离子弧将粉末熔化,熔融的粒子被进一步加速,然后以极高的速度打在经过净化和粗化处理的基材表面,产生强烈的塑性变形,相互挤嵌、填塞,形成扁平的层状结构涂层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例，调节等离子射流的温度及流速，即可调整成分和组织，获得FGM涂层。该方法的优点是可以方便地控制喷涂粉末的成分，沉积效率高，易得到大面积的块材；缺点是得到的材料孔隙度高，层间结合力差，易剥落，强度低。尤其适合于大面积表面热障FGM
单元设计--激光熔覆成型(LCF)技术工艺参数(精)
浙江工贸职业技术学院 单元教学设计 2016 —2017 学年第二学期 课程名称：3D打印工艺实践 授课班级： 任课教师：金露凡 所在院（系）：材料工程系
单元教学设计基本框架 第一部分：组织教学和阐述本部分知识的总体概况（时间：2分钟） 1、回顾激光熔覆成型（LCF）技术的基本原理、过程 2、总述本次课学习 激光熔覆工艺对于熔覆成型的质量起到至关重要的作用。学会激光熔覆工艺第二部分：学习新内容 【步骤一】说明主要教学内容、目的（时间：3分钟）教学内容：激光熔覆工艺流程及工艺参数 教学目的：了解激光熔覆成型过程中主要的工艺流程及工艺参数 掌握激光熔覆工艺参数的调节方法 掌握工艺参数的优化方法以及不同工艺参数对熔覆结果的影响 【步骤二】新知识的引入（时间：20分钟）激光熔覆技术兴于 20 世纪 70 年代，是通过不同的添料方式，并利用高能密度激光束使基材表面添加熔覆材料与基材表层一起快速熔凝，形成与基材表面冶金结合良好涂层的表面改性技术。与传统的化学热处理( 渗氮、渗碳、渗金属) 、电镀、堆焊、喷涂等相比，该技术具有熔覆层晶粒细小、结构致密及稀释率低等一系列优点，目前在航空航天、模具、石油化工等行业成为表面工程领域研究发展的热点。 激光熔覆是一个复杂的物理、化学冶金过程，传统的熔覆工艺面临着熔覆层开裂敏感性高，易产生气孔及效率较低等问题。裂纹现象和行为牵涉到激光熔覆的很多方面，熔覆工艺是决定熔覆质量及效率的关键因素。 激光熔覆技术按熔覆材料的供给方式分为两类，即预置粉末激光熔覆和同步送粉激光熔覆。预置式是指将待熔覆的合金粉末预先置于基材表面，然后利用激光束在合金覆盖层表面扫描，使覆盖层及一部分基材熔化，激光束离开后熔化的金属快速凝固在基材表面形成冶金结合良好的熔覆层。 同步式是指在激光熔覆过程中采用专门的送粉系统将合金粉末直接送入激光作用区，在激光的作用下使供料和熔覆同时完成，之后冷却结晶形成熔覆层。预置式的手工涂覆效率较
激光熔覆工艺参数和材料等因素对熔层裂纹关系影响的探讨与思考
激光熔覆工艺参数和材料等因素对熔层裂纹关系影 响的探讨与思考 摘要：激光熔覆中裂纹是影响熔层质量的关键因素，本文就激光熔覆中裂纹产生的原因主要是应力方面进行分析，从而从激光工艺参数、材料等方面进行考虑消除裂纹，希望对以后的裂纹控制有所帮助。 关键词：应力；裂纹；工艺参数；材料 Research on the Effect of Laser Cladding Process Parameters and Materials to the Crack Melt Layer Relationship Factors Abstract：The crack is key factors of laser cladding layer’s quality ,this paper mainly analysis the effect of stress to the crack, thus from laser process parameters and materials to consider eliminating crack and offer advices to the later research. Key words: stress; crack; process parameters; materials 1引言 众所周知，激光熔覆过程中由于各种应力包括热应力、组织应力和约束应力等，以及温度梯度和熔池对流传质等的影响都会导致熔覆层出现裂纹等不良因素，这些不良因素严重的妨碍了激光熔覆技术对实验对象质量的可靠性和性能优良性的应用，为此我们必须想办法消除这些裂纹。而在大多数情况下，裂纹的出现和消除极大程度上取决于激光熔覆工艺参数的选取以及材料选取等其他因素的影响，因此我们对这一参数进行一一分析并总结得出了解决裂纹的办法。 。本文综合国内外研究成果，分析了激光熔覆的影响因素，认为热应力、组织应力和约束应力足产生激光熔覆裂纹的主要因素。并从激光工艺和材料选择两个方面剖析了产生熔覆裂纹的内在原因，从激光功率、扫描速度、光斑大小和材料等方面探讨了消除激光熔覆裂纹的方法。 2激光熔覆裂纹产生的机制 我们知道裂纹出现的原因主要是各种应力的影响，包括热应力、组织
激光熔覆技术
激光熔覆技术的研究现状及应用 陈宝洲 （南华大学机械工程学院湖南衡阳邮编：421001） 摘要：本文逐次介绍了激光熔覆技术的原理、特点、材料体系、激光熔覆存在的问题、激 光熔覆层裂纹产生的原因及防止措施，阐述了其工业应用，最后分析了其发展趋势。 关键词：激光熔覆；材料体系；应用 Laser cladding technology research and Application Chen Baozhou (College of Mechanical Engineering, University of South China, Heng Yang, 421001, China) Abstract: This paper introduces the technology of laser cladding by the principle, characteristics, material system, the problems of laser cladding, laser cladding crack causes and prevention measures, and expounds its application in industry, finally analyzes its development trend. Key words: laser cladding; material system; application 1 引言 激光熔覆技术是一项新兴的零件加工于表面改型技术。具有较低稀释率、热 影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化 等优点。激光熔覆技术应用到表面处理上，可以极大提高零件表面的硬度、耐磨 性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能，可以极大提高材料的使用寿命。同时，还可以 用于废品件的处理，大量节约加工成本。激光溶覆应用到快速制造金属零件，所 需设备少，可以减少工件制造工序，节约成本，提高零件质量，广泛应用于航空、 军事、石油、化工、医疗器械等各个方面。 激光熔覆是一个复杂的物理、化学冶金过程，熔覆过程中的参数对熔覆件的 质量有很大的影响。激光熔覆中的过程参数主要有激光功率、光斑直径、离焦量、 送粉速度、扫描速度、熔池温度等，他们的对熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙 度以及熔覆零件的致密性都有着很大影响。同时，各参数之间也相互影响，是一 个非常复杂的过程。必须采用合适的控制方法将各种影响因素控制在溶覆工艺允 许的范围内。 随着控制技术以及计算机技术的发展，激光熔覆技术越来越向智能化、自动 化方向前进。国外在这方面做的比较好。从直线和旋转的一维激光熔覆，经过X 和Y两个方向同时运动的二维熔覆，到上世纪90年代初开始向三维同时运动熔 覆构造金属零件发展。如今，已经把激光器、五轴联动数控激光加工机、外光路 系统、自动化可调合金粉末输送系统(也可送丝)、专用CAD/CAM软件和全过程 参数检测系统，集成构筑了闭环控制系统，直接制造出金属零件。标志着激光熔 覆技术的发展登上了新的台阶。各国在激光控制方面的研究的新成果往往都以专 利的形式进行保护，如高质量的同轴送粉熔覆系统以及闭环反馈控制系统等。 国内西北工业大学、清华大学、北京工业大学、上海交通大学和中国科学院等单
综述激光熔覆材料的若干问题_李春彦
综述激光熔覆材料的若干问题 李春彦1 张 松1,2 康煜平1 刘常升2 (1沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳 110023)(东北大学,沈阳 110004) 提要:综合评述了激光熔覆材料的设计原则、体系分类,提出了激光熔覆材料应用中存在的主要问题及解决途径,并指出了熔覆材料的发展趋势。 关键词:激光熔覆,材料体系,复合涂层 Comment on material system for laser cladding Li Chunyan1 Zhang Song1,2 Kang Y uping1 Liu ChangSheng2 (1S chool of M aterials Science and Engineering,Shenyang Univers ity of Technology,Shenyang110023) Abstract:This paper describes the rul es of design,material system of the las er cladding materials.The main probl ems and the solutions of the laser cladding materials application are pres ented.The development tendency of cl adding materials is pointed out. Key words:laser cl adding material system,compos ite coatings 1 引言 激光熔覆技术是指在被涂覆基体表面上,以不同的添料方式放置选择的涂层材料,经激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化,快速凝固后形成稀释度极低、与基体材料成冶金结合的涂层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能的工艺方法〔1～9〕。它是一种经济效益较高的表面改性技术,可以在低性能廉价钢材上制备出高性能的合金表面,以降低材料成本,节约贵重稀有金属材料〔10～12〕。 激光熔覆是一个复杂的物理、化学冶金过程,是一种对裂纹敏感的工艺。在考察熔覆材料、扫描速度、激光功率、离焦量和基材等因素对裂纹敏感性的影响时,发现熔覆材料的影响排在首位。激光熔覆技术从七十年代中期发展至今〔13〕,选择涂层材料仍是个关键的问题。覆层材料的选择是否适当,将直接影响到激光熔覆层的使用性能及激光熔覆工艺。为此本文将对激光熔覆材料的研究进展情况做一综合评述。 2 激光熔覆材料设计的一般原则 激光熔覆材料要根据使用要求与基体的状况来选配〔14〕。对于一定工作环境,对于某一基体而言,存在一最佳涂层合金〔15～17〕。目前,对于涂层材料及基体材料的许多物理性质无法知道,因此如何去度量涂层材料与基材是否具有良好的匹配关系,成为激光熔覆技术的一个重点。另外,在设计时,不能一味地追求涂层材料的使用性能,还要考虑涂层材料是否具有良好的涂覆工艺性,尤其是与基材在热膨胀系数、熔点等热物理性质上是否具有良好的匹配关系。 2.1 激光熔覆材料与基材热膨胀系数的匹配 激光熔覆层中产生开裂、裂纹的重要原因之一是熔覆合金与基材之间的热膨胀系数的差异〔15,18,19〕,所以在选择涂层材料时首先要考虑涂层与基材在热膨胀系数上的匹配,考虑涂层与基材的热膨胀系数差异对涂层的结合强度、抗热震性能,特别是抗开裂性能的影响。目前,大多数研究都是根据激光熔覆层与基材热膨胀系数的匹配原则进行熔覆材料的选择及成分设计的。传统的观点认为,为防止涂层开裂和剥落,涂层和基材的热膨胀系数应满足同一性原则,即二者应尽可能地接近〔20,21〕,考虑到激光熔覆的工艺特点,基材和涂层的加热和冷却过程不同步,熔覆层的热膨胀系数在一定范围内越小,熔覆层对开裂越不敏感。为此,文献〔19〕给出了激光熔覆层材料与基材热膨胀系数的匹配原则,即二者的相关参数应满足下式: σ2(1-γ)/(E·ΔT)<Δα<σ1(1-γ)/(E·ΔT)式中σ1、σ2分别为熔覆层与基材的抗拉强度;Δα为二者的热膨胀系数之差;ΔT是熔覆温度与室温的差值; E、γ分别为熔覆层的弹性模量和泊松比。 从上式可以看出,熔覆层的热膨胀系数并不是越小越好,而是需有一定的范围。超出上述的范围,易在基材表面形成残余拉应力,甚至造成涂层和基材开裂。 吴新跃等选择了Fe基、Co基、Ni基三个系列十几种牌号的合金粉末,对34CrN i3M o合金调质钢进行了对比实验,结果选定了一种Co基合金粉末。而Ni基合金及其它一些热喷涂不易发生裂纹的合金,反而在激光熔覆实验中不适用,作者认为这是所选择的合金粉末与基体的热膨胀系数之间的匹配性引起的〔15〕。2.2 激光熔覆材料与基材熔点的匹配 2001年12月8日收稿
激光熔覆加工油缸技术规范书
激光熔覆油缸修复技术说明 一、油缸描述： 1.此修复的油缸为电镀油缸，在熔覆前需将电镀层以及疲劳层车削掉，对于锈蚀较严重的区域采取合理的工艺进行修复，然后整体熔覆以达到此批油缸的加工要求。 2.油缸母材材料：27SiMn 3.油缸的使用环境： 下采区煤层开采厚度1.58-7.90m，平均4.5m。环境温度：上限+40℃，下限20℃。相对湿度：相对湿度95%（在25℃时）。在具有瓦斯、煤尘混合物的爆炸气体的场所，有腐蚀金属的气体和蒸汽。煤质中硬，厚度1.58-7.90m，平均4.5米。煤层岩性为泥岩、粉砂岩，结构较简单有断层。煤层赋存稳定，倾角8-18o。煤质中硬，厚度1.58-7.90m，平均4.5米。煤层岩性为泥岩、粉砂岩，结构较简单有断层。煤层顶板为中、细砂岩，少数为泥岩或粘土岩。底板为泥岩及粉砂岩，局部受到冲刷变薄，绝大部分厚度较大且稳定。工作面煤层倾角8-18o。工作面涌水量约160m3/h，水质PH值约8.3，碱性水，有腐蚀性。造成液压支架立柱及各千斤顶密封件损坏，漏窜液严重。影响工作面支护安全。 4.现出现问题： 采煤机油缸、转载机的各类千斤顶在使用过程中，因操作频繁，造成密封件、液压杆磨损，出现漏油现象及推拉力达不到额定要求。液压支架立柱及千斤顶是采掘工作面主要的支撑部件。在综采工作面生
产过程中替换下来的千斤顶，存在不同程度的串液、漏液、缸体和活塞杆变形现象，为保证安全生产需进行全面检测、维修。 二、激光熔覆工艺 1.采用高功率半导体激光器进行熔覆，此激光器具备输出功率稳定，可持续性工作能力强等特点，可保证整根油缸的熔覆效果。 2.待修复油缸退镀层要求单边减车削，并保证同轴度不大于0.05mm。成品油缸的熔覆层尺寸厚度为单边1.2mm。 3.激光熔覆修复过程 熔覆第一层：使用铁基打底粉（硬度HRC20左右），熔覆厚度≦0.5mm （单边）。本熔覆层主要作用是增强中缸、活柱的抗腐蚀性，并保证涂层与基材结合。 熔覆第二、三层：分别使用专用立柱粉（硬度HRC50左右），熔覆厚度至可加工尺寸。本熔覆层主要作用是增强中缸、活柱的耐磨性和硬度。 在每次熔覆前用钢丝刷将油缸表面氧化物清理干净。 三、激光熔覆优势 1、激光熔覆涂层致密，对于调质基材热输入和畸变较小。在保证工件原有机械性能的前提下进一步加强其表面各项性能。 2、涂层稀释率低，与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，更不容易脱落。 3、通过激光熔覆修复后，其涂层厚度是电镀涂层的10倍以上。增强耐磨、耐腐蚀和表面硬度。