- 相關(guān)推薦
激光熔覆工藝方法以及熔覆材料現(xiàn)狀論文
激光熔覆技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代,美國(guó)AVCO公司就汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)許多易磨損件進(jìn)行了激光熔覆技術(shù)的研究。按熔覆材料的供給方式不同，激光熔覆工藝方法分為兩種：激光熔覆合金預(yù)置法和合金同步送粉法。熔覆材料的加入形式通常有粉末、絲材、板材三種，其中以粉末的形式最為常用。
關(guān)鍵詞：激光熔覆，工藝方法，熔覆材料
1. 激光熔覆技術(shù)
激光熔覆技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，美國(guó)AVCO公司就汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)許多易磨損件進(jìn)行了激光熔覆技術(shù)的研究。1981年英國(guó)Rolls.Royce公司成功在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上涂覆鈷基合金面并顯著提高了其耐磨性。由于這一新技術(shù)具有巨大的發(fā)展?jié)摿�，并能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，因此，在生產(chǎn)中獲得了廣泛推廣及應(yīng)用。
激光熔覆技術(shù)在目前材料表面改性技術(shù)中應(yīng)用較廣泛。激光熔覆是在基體上添加不同成分的材料，利用高能激光束輻照基體，熔覆粉末和基體形成一薄層，這一薄層快速熔化并凝固成形，且基體對(duì)熔覆層稀釋度極低，因此熔覆層與基體冶金結(jié)合良好，可以制備耐熱、耐蝕、耐磨、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面保護(hù)涂層。
2. 激光熔覆工藝方法
按熔覆材料的供給方式不同，激光熔覆工藝方法分為兩種：激光熔覆合金預(yù)置法和合金同步送粉法�？萍颊撐摹�
2.1 合金預(yù)置法
合金預(yù)置法是在基體的表面上通過(guò)一些方法將預(yù)涂材料置于其上，然后采用高能激光束輻照，涂層表面吸收能量使熔覆部位迅速升溫、氣化和熔化，激光束離開(kāi)后，熔覆層與基體呈現(xiàn)良好的冶金結(jié)合。
熔覆材料的加入形式通常有粉末、絲材、板材三種，其中以粉末的形式最為常用。預(yù)置法一般包括粘結(jié)法和熱噴涂法。對(duì)于粉末類材料，預(yù)置的兩種方法都可以。熱噴涂主要優(yōu)點(diǎn)是噴涂效率高、容易控制沉積厚度的均勻性，且與基材接合牢固，這種方法不足之處是粉末利用率低，受工件形狀限制和成本相對(duì)較高。粘接法是利用粘結(jié)劑，在基底材料的表面上，將粉末調(diào)和成膏狀涂上，這種方法的不足之處在于效率低，很難得到厚度均勻的涂層，可能會(huì)妨礙熔化或引起過(guò)渡稀釋；同時(shí)由于沉積層的導(dǎo)熱性不好，會(huì)消耗更多的能量；通常僅對(duì)熔覆面積較小的工件適用，這種方法在實(shí)驗(yàn)室里采用。對(duì)于絲類合金材料，既可利用預(yù)置粘結(jié)法，也可利用熱噴涂法進(jìn)行噴涂，但板類合金材料主要利用預(yù)置粘結(jié)法�？萍颊撐�。
2.2 合金同步送粉法
合金同步送粉法是將材料直接送入激光工作區(qū)，使供料和熔覆同時(shí)完成。利用激光作用，把熔覆材料和基體一起熔化，然后冷凝成熔覆層。這種方法可以把激光能量充分利用，大大降低了熔覆層的不均勻性，同時(shí)還減少了激光對(duì)基體的熱作用。合金同步送粉法過(guò)程比較簡(jiǎn)單，而且耗材少，同步送粉法可控性好，在實(shí)際應(yīng)用中是很好的方法。與預(yù)置法相比，同步送粉法是激光熔覆技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
3. 激光熔覆材料體系現(xiàn)狀
激光熔覆粉末按照材料成分構(gòu)成不同，主要分為自熔性合金粉末、陶瓷粉末和復(fù)合粉末等。
3.1自熔性合金粉末
自熔性合金粉末指加入具有強(qiáng)烈脫氧和自熔作用的Si、B等元素的合金粉末。目前常用的是Ni基、Co基和Fe基自熔性合金粉末。
Ni基合金粉末：這種合金粉末應(yīng)用廣泛，具有合理性價(jià)比和良好材料性能，如具有良好的韌性、抗氧化性等性能，因而在激光熔覆材料中被研究的最多、應(yīng)用的最廣。Ni基自熔性合金粉末可分為Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si兩個(gè)合金系列。Ni基自熔性合金粉末主要適用于局部要求耐磨、耐熱腐蝕的構(gòu)件，熔覆Ni基的功率密度比鐵基要高一些。Ni基合金粉末不足之處是耐高溫性能較差。Ni基合金粉末中常用的是Ni60，Ni45。
Co基合金粉末：具有良好耐高溫性能，耐磨耐蝕性能也比較強(qiáng)，經(jīng)常被應(yīng)用于石化和冶金等領(lǐng)域。另外，鈷基粉末合金在熔化時(shí)有很好的潤(rùn)濕性，其熔點(diǎn)相比碳化物要低，受熱后Co元素最先熔化，與合金凝固時(shí)最先形成新物相，得到光滑平整的熔覆涂層，提高熔覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。目前，常用的Co基合金的主要元素是Ni、C、Cr 和Fe 等，其中Ni元素用來(lái)降低Co基合金熔覆層的熱膨脹系數(shù),減小合金的熔化溫度區(qū)間，有效抑制熔覆層開(kāi)裂現(xiàn)象,提高熔覆層對(duì)基體的潤(rùn)濕性。Co基合金粉末不足之處是價(jià)格較高。
Fe 基合金粉末：Fe基合金作為激光熔覆材料，適用于溫度要求不高(溫度小于400℃)的耐磨零件，基體多為鑄鐵和低碳鋼,其最大優(yōu)點(diǎn)是成本低耐磨性強(qiáng)。科技論文。Fe基合金的主要元素是Ni、B、Si及Cr 等元素，其中B、Si及Cr元素是用來(lái)提高熔覆層的硬度和耐磨性，Ni元素用來(lái)提高熔覆層的抗開(kāi)裂能力。由于鐵基合金成本低，經(jīng)常代替鎳基合金使用，與Ni基合金相比，鐵基合金作為激光熔覆層的不足之處是熔覆層韌性稍差。
綜上，Ni基或Co基合金具有良好的自熔性和抗氧化性，較高的耐蝕性能，Ni基或Co基合金粉末的自熔性比Fe基合金粉末要好，但價(jià)格也比Fe基自熔性合金粉末高； Fe基合金粉末雖然比Ni基或Co基合金粉末便宜，但自熔性差，抗氧化能力差。具體使用時(shí)，應(yīng)合理選擇自熔性合金粉末。
3.2陶瓷粉末
陶瓷粉末主要有兩種：硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末,其中用的最多的是氧化物陶瓷粉末。陶瓷粉末作為熔覆層有很多優(yōu)點(diǎn)，如耐磨耐蝕等性能都比較強(qiáng)，所以陶瓷粉末常被用于制備高性能熔覆層；目前，研究生物陶瓷材料也是一大熱門(mén)。
激光熔覆金屬陶瓷可以通過(guò)高能激光束作用，在金屬表面熔覆一層陶瓷材料，結(jié)合區(qū)形成均勻、致密且與基體結(jié)合牢固的復(fù)合層。陶瓷材料作為熔覆層有耐磨耐蝕的優(yōu)點(diǎn)，但陶瓷材料作為熔覆層也有不足之處，這種材料與基體的熱膨脹系數(shù)、彈性模量及導(dǎo)熱系數(shù)等差別較大,這些性能的不匹配造成熔覆層開(kāi)裂現(xiàn)象和空洞現(xiàn)象。近年來(lái)，用激光的高能量熔覆涂層技術(shù)，可以得到高硬度和耐磨損的陶瓷涂層。
3.3復(fù)合粉末
復(fù)合粉末是指陶瓷材料和金屬合金混合在一起的粉末，作為熔覆材料，這種粉末相比金屬粉末具有更強(qiáng)的材料特性，在目前材料表面改性方面應(yīng)用比較廣泛。陶瓷材料包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等硬質(zhì)材料。復(fù)合粉末和不同成分的合金粉末進(jìn)行機(jī)械混合的粉末不同。不同點(diǎn)在于復(fù)合粉末中的單個(gè)粒子的組成成分，至少要有兩種或兩種以上不同成分的固相材料，而且不同成分的固相材料有明顯的相界面，不同成分的固相組元之間一般為機(jī)械結(jié)合。利用激光熔覆技術(shù)，把復(fù)合粉末制備成陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合涂層,這種熔覆層很好地將合金材料的高強(qiáng)度、高韌性和陶瓷顆粒相優(yōu)異的耐磨、耐蝕和耐高溫等性能結(jié)合在一起。
復(fù)合粉末能大大提高熔覆層的耐磨性能，應(yīng)用最多的是鈷包碳化鎢和鎳包碳化鎢。在復(fù)合粉末中，碳化物顆粒的加入方式有兩種：第一種方式是直接加入激光熔池；第二種方式是直接與金屬粉末混合成粉末。其中第二種方式是比較有效的，因此用的比較多。
4 結(jié)論
除自熔性合金粉末、陶瓷粉末和復(fù)合粉末外，激光熔覆粉末材料還包括銅基、鈦基、鋁基、鎂基等以及金屬間化合物基材料等。這些材料多數(shù)是利用合金體系的某些特殊性質(zhì)使其達(dá)到耐磨減摩、耐蝕、導(dǎo)電、抗高溫、抗熱氧化等多種功能。
【激光熔覆工藝方法以及熔覆材料現(xiàn)狀論文】相關(guān)文章：
齒輪曲面激光熔覆應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬05-19
旋覆花在園林上的應(yīng)用前景05-27
高速公路道路熱熔標(biāo)線分析08-16
國(guó)內(nèi)硅烷法制備電子級(jí)區(qū)熔用多晶硅的進(jìn)展分析論文08-18
試論金屬材料加工工藝中激光技術(shù)的應(yīng)用10-29