激光熔覆.doc

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***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