20081182098-激光熔覆技术的应用.doc

激光熔覆技术在航空领域中的应用激光熔覆技术可显著改善金属表面的耐磨、耐腐、耐热水平及抗氧化性等。目前有关激光熔覆的研究主要集中在工艺开发、熔覆层材料体系、激光熔覆的快速凝固组织及与基体的界面结合和性能测试等方面。航空领域是关系到国家安全的重要领域,也是国家重点支持的战略行业。如何将激光熔覆技术更好的运用于我国的航空制造具有极为重要的战略意义。航空材料是武器装备研发与生产的重要物质基础和科技先导,强化航空材料基体硬度和耐磨性能对于航空材料的改进具有极为重要的意义。如大功率激光器的开发和应用,为航空材料表面改性提供了新的手段,也为材料表面强化技术的发展开辟了一条新的途径。陶瓷材料具有金属材料不可比拟的高硬度和高化学稳定性,因此可以针对零件的不同服役条件,选择合适的陶瓷材料,利用高能密度激光束加热温度高和加热速度快的特点,在金属材料(如钛合金)表面熔覆一层陶瓷涂层,从而将陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀性能与金属材料的高塑性、高韧性有机地结合起来,可大幅度提高航空零件的使用寿命。激光熔覆技术在飞机零件制造中的应用飞机机体和发动机钛合金构件除了在工作状态下承受载荷外,还会因发动机的启动/停车循环形成热疲劳载荷,在交变应力和热疲劳双重作用下,产生不同程度的裂纹,严重影响机体或发动机的使用寿命,甚至危及飞行安全。因此,需要研究航空钛合金结构的表面强化方式,发挥其性能优势,使之得以更广泛的应用。陶瓷分为氧化物陶瓷和碳化物陶瓷,氧化铝、氧化钛、氧化钴、氧化铬及其复合化合物是应用广泛的氧化物陶瓷,也是制备陶瓷涂层的主要材料。碳化物陶瓷难以单独制备涂层,一般与具有钴、镍基的自熔合金制备成金属陶瓷,该金属陶瓷具有很高的硬度和优异的高温性能,可用作耐磨、耐擦伤、耐腐蚀涂层,常用的有碳化钨、碳化钛和碳化铬等[7]。采用激光熔覆制备陶瓷涂层可先在材料表面添加过渡层材料(如NiCr、NiAl、NiCrAl、Mb等),然后用脉冲激光熔覆,使过渡层中的Ni、Cr合金与陶瓷中Al2O3、ZrO2等材料熔覆在基体的表面,形成多孔性,基体中的金属分子也能扩散到陶瓷层中,进而改善涂层的结构和性能。将陶瓷涂层激光熔覆用于航空发动机涡轮叶片是一项很有应用价值的高新技术,常用的激光熔覆材料见表1。飞机制造中较多采用钛合金,如Ti-6Al-4V钛合金用于制造高强度/重量比率、耐热、耐疲劳和耐腐蚀的零部件。但在这些钛合金的加工制造中,传统工艺方法有许多难以克服的弱点,如生产隔板是由数英寸厚和数十千克重的齿形合金板加工而成的,而获得这些合金板成品需要一年以上。因为难以加工,加工这种零件需要花费加工中心数百小时的工作量,磨损大量的***。而激光熔覆技术在这方面具有较大优势,可以强化钛合金表面、减少制造时间。激光熔覆是现代工业应用潜力最大的表面改性技术之一,具有显著的经济价值。20世纪80年代初,英国Rolls·Royce公司采用激光熔覆技术对RB211涡轮发动机壳体结合部位进行硬面熔覆,取得了良好效果。表2所示是激光熔覆在航空制造中应用的几个实例。近年来,美国AeroMet公司的研发有了实质性的进展,他们生产的多个系列Ti-6Al-4V钛合金激光熔覆成形零件已获准在实际飞行中使用。其中F-22战机上的2个全尺寸接头满足疲劳寿命2倍的要求,F/A-18E/F的翼根吊环满足疲劳寿命4倍的要求,而升降用的连接杆满足飞行要