镁合金表面激光熔覆技术的研究进展

综述了镁合金表面激光熔覆技术的研究进展状况。介绍了镁合金表面激光熔覆工艺特点和工艺方法;阐述了工艺参量对熔覆层性能的影响;总结了当前镁合金表面激光熔覆的主要材料体系及其熔覆层的组织和性能;展望了镁合金表面激光熔覆技术今后的发展方向。     

基于神经网络的Co基硬质合金激光熔覆工艺优化

建立了Co基硬质合金激光熔覆工艺优化的BP人工神经网络模型,应用该模型对熔覆粉末中TiC百分含量和熔覆工艺参数对硬质合金熔覆层质量的影响进行建模学习训练,成功地预测了熔覆工艺参数对其熔覆层显微硬度和气孔数的影响。当激光功率一定时,熔覆层的显微硬度随扫描速度的增加而增大;激光光斑为2.5mm×6mm的椭圆光斑。在激光输出功率为2900W、扫描速度为18mm/s的优化实验条件下,所得到的Co基硬质合金熔覆层平均显微硬度高达HV0.21197且具有较少的气孔缺陷。结果表明,所建模型有利于Co基硬质合金粉末成分设计和工艺参数优化。     

同轴送粉和压片预置激光熔覆NiCoCrAlY涂层工艺比较

采用同轴送粉与压片预置激光熔覆工艺制备NiCoCrAlY涂层, 对两种激光熔覆工艺粉末利用率、涂层稀释率、熔覆层硬度及熔覆层微观组织形貌进行了比较。结果表明, 在涂层界面能形成良好冶金结合的优选工艺参数条件下, 同轴送粉激光熔覆粉末利用率和加工参数密切相关, 最高不超过0.4, 而压片预置激光熔覆粉末利用率高于0.9; 同轴送粉激光熔覆制备涂层熔合区为垂直于界面的柱状晶, 上部为均匀的等轴晶, 压片预置激光熔覆涂层的枝状晶贯穿整个涂层; 但是压片预制熔覆涂层的硬度略低于同轴送粉熔覆涂层。     

激光熔覆WF218合金粉末的研究

本文对激光熔覆用WF—218合金粉末的激光熔覆工艺和熔覆层组织、性能进行了研究,获得了WF—218钴基合金粉末激光熔覆层厚度和宽度与最小比能量关系曲线和熔覆层的性能数据,为用户选择和使用激光熔覆WF—218合金粉末和在气门等产品上应用提供了依据。     

激光熔覆技术应用于轴类零件表面修复的实验研究

本文通过两种铁基合金粉末对45号钢调质态棒料,用宽带(矩形光斑)激光光束,以不同的工艺参数,按同步供料法分别进行激光熔覆修复实验;并对实验结果进行分析比较,选出最佳工艺参数及熔覆层数;研究熔覆层和基材的冶金结合程度;分析在一定送粉率下,激光熔覆工艺参数的改变,熔覆层质量和显微组织变化情况;使之为工业应用奠定基础.     

激光熔覆技术研究

利用激光在PCrNi1Mo钢上熔覆纯Cr粉末,采用多道搭接激光熔覆技术获得了最佳的激光熔覆工艺参数。实验结果表明,激光熔覆层均匀连续,无宏观气孔和裂纹,激光熔覆层与基体发生了冶金结合。     

人工神经网络的激光熔覆层特征分析

为了分析激光熔覆层特征状态，提高激光熔覆质量，对基于人工神经网络的激光熔覆层特征分析方法进行设计。首先制备激光熔覆样本；将样本制作工艺参数输入遗传算法神经网络，建立激光熔覆层特征变化规律预测模型，分析几何特征与激光工艺参数间关联，依据关联分析熔覆层特征的变化情况。结果显示：该方法能够预测激光熔覆层特征变化征规律，宽度最大误差仅为0.003 mm,高度最大误差仅为0.002 mm,稀释率最大误差仅为0.002;不同的扫描速度下，熔覆层的稀释度特征呈现出明显差异，并且在激光功率、送粉速度的变化下，熔覆层特征均发生不同程度的变化。     

激光熔覆参数对灰铸铁激光熔覆层裂纹的影响

通过调整激光熔覆工艺参数 ,对灰铸铁激光熔覆层裂纹问题的研究 ,发现表层裂纹率随激光扫描速度或激光功率的增加有最低值。结合激光熔覆工艺参数 ,分析了残余拉伸应力的变化 ,熔覆层树状晶的结晶方向及渗碳体组织长度和粗细程度的改变 ,同时也分析了珠光体的形态及分布与离异共晶的有无 ,解析了不同激光熔覆工艺参数形成不同裂纹率的原因。     

脉冲激光熔覆Ni60合金粉末的试验研究

采用脉冲Nd:YAG激光器对Ni60合金粉末进行了单道单层、多道单层的熔覆工艺试验研究.采用单因素试验方法,研究了激光工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量等)对熔覆层尺寸的影响,从而得到了单因素条件下最佳的工艺参数.同时对所形成的熔覆层进行金相组织分析,结果表明: 所形成的熔覆层与基体为良好的冶金结合; 内部组织由大量的枝晶和等轴晶构成且组织均匀、致密; 熔覆层硬度最高达823HV(为基体材料硬度的3～4倍),为激光快速成型零件提供了应用基础.     

送粉式激光熔覆获得最佳熔覆层的必要条件及其影响因素

在分析自动送粉式激光熔覆过程中熔覆材料颗粒加入方式及其在激光束中的行为的基础上,建立热平衡方程,推导出反映熔覆过程实际情况的参数：熔覆材料颗粒尺寸、在激光束中运动距离、加热温度、激光功率密度之间的相互关系式等。指出在自动送粉式激光熔覆中能够获得最佳熔覆层的必要条件是：熔覆材料颗粒进入激光束后直到其落到基体材料表面之前,必须始终在激光束中。激光束沿着扫描方向必须有足够的宽度是满足上述条件的关键,同时提出其计算方法及公式,并阐明获得最佳熔覆层的工艺参数之间的匹配原则     

激光扫描速率与熔覆层组织性能的规律研究

为了研究在激光熔覆修复工艺中，激光扫描速率对最终形成的熔覆层性能的影响，采用同步送粉法，利用激光熔覆工艺在QT500球墨铸铁上制备了不同扫描速率下的镍基合金熔覆层样本；利用金相显微镜观察熔覆层的显微金相，并使用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测定与分析，取得了熔覆层样品的硬度、显微金相组织以及样品稀释率等数据。结果表明，在其它条件不变下，随着激光扫描速率的增加，熔覆层组织更加致密、均匀，熔覆层的平均显微硬度得到了显著提高；以激光功率为1.9kW、扫描速率为5mm/s、光斑直径为4mm等参量得到的熔覆层组织与性能最优。此研究对激光熔覆表面强化工艺中合理选择工艺参量提供了理论依据。     

激光熔丝增材制造温度场的红外热像监测

为实现对增材制造成形件的精确控形控性，必须要对其热过程有一定科学认识。以真空环境下激光熔丝增材制造单道成形为例，利用红外热像技术对其热过程进行监测。比较分析送丝速度对温度场、热循环、冷却速率的影响规律，利用红外热分析对其成形熔敷道宽度及缺陷开展研究。结果表明:借助红外热像可实现对熔敷道温度场变化的监测，沿熔敷道长度成形方向，监测点对应最高温度和冷却速率分别呈现升高和降低趋势。随着送丝速度的增加，熔敷道长度1/4、2/4、3/4处监测点对应的冷却速率随之减小。此外，基于红外热分析可实现对熔敷道宽度预测以及对缺陷位置的定位。     

核阀密封面激光熔覆层耐磨性能研究

采用 5KW横流CO2激光器对 1Cr1 8Ni9Ti核阀密封面进行了钴基合金激光熔覆处理 ,测试了激光熔覆层的耐磨损性能 ,并将其微观结构及质量、耐磨损性能与等离子喷焊处理的同种试件进行了对比分析 ,结果表明 :激光熔覆层具有更高的抗擦伤磨损和抗高温冲击滑动磨损的性能 ,具有组织细密均匀、晶粒度高、硬度高与稀释率低的特点。在此基础上对激光熔覆层的耐磨损性能进行了分析探讨     

激光熔覆石化阀门密封面熔覆层裂纹控制的研究

采用5kW横流CWCO2激光器,对不同基体材料的石化高参数阀门密封面进行激光熔覆,所用合金粉末为CoCrWB与NiCrFeBSi合金粉末。在研究解决了厚层单道熔覆裂纹问题基础上,得到了厚2mm～3.5mm,表面平整、无质量缺陷的激光熔覆层。结合激光熔覆阀门零件的试验研究,分析探讨了影响熔覆层,特别是厚层熔覆层裂纹形成的各种因素及其综合影响,提出了关于建立判断熔覆层裂纹形成的应力判据模型的思路。     

柱塞Co基粉末激光熔覆工艺研究

为增强1Cr18Ni9Ti不锈钢零件的硬度及耐磨性,采用激光熔覆技术在其表面制备Co基合金熔覆层。利用光学显微镜,分析了熔覆层的微观组织;应用显微硬度计测试了熔覆层的硬度;应用浓度为2%的硝酸溶液做腐蚀剂,测试了熔覆层的耐腐蚀性。并与等离子热喷涂、Ni基合金熔覆等其它表面改性技术进行比较,结果表明:1Cr18Ni9Ti不锈钢柱塞Co基合金激光熔覆层硬度达到HV520,具有较好的耐磨性,其抗酸腐蚀性能也达到检验标准要求。     

大功率半导体激光熔覆高速钢研究

使用2kW半导体激光在工具钢表面熔覆高速钢粉末。在同轴送粉的粉末汇聚点与激光的聚焦点可获得无裂纹的熔覆层。随着激光功率的增加,熔覆层厚度和粉末利用率增加,同时基体对熔覆层的稀释率下降。获得的熔覆层的硬度达到800Hv0.3,基体硬度200Hv0.3,表明大功率半导体激光在表面熔覆领域具有很好的应用前景。     

飞秒激光加工对熔覆层侧壁粗糙度的影响

针对熔覆成型件表面粗糙的难题,提出了在成形过程中对熔覆层侧壁进行飞秒激光精密加工的方法,重点研究了精密加工过程中飞秒激光的能量密度、能量分布、光斑重叠率对熔覆层侧壁粗糙度的影响规律,结果表明:当焦平面处飞秒激光的能量为高斯分布,加工得到的熔覆层侧壁表面粗糙度Ra 3 m时,激光能量密度介于0.12~0.34 J/cm2之间;当能量为平顶分布并且加工后熔覆层侧壁表面粗糙度Ra 3 m时,最佳能量密度范围为0.13~0.66 J/cm2;同等参数条件下,平顶能量分布激光加工得到覆层侧壁粗糙度小于能量高斯分布时的粗糙度数值。熔覆层侧壁粗糙度随光斑重叠率的增加先减小后增大,实验获得的最佳重叠率范围为78%~85%。     

扫描速率对激光熔覆镍基合金涂层性能的影响

为了提高材料表面强度和硬度,在材料的表面采用激光熔覆技术熔覆合金涂层以提高其表面性能。相同的激光功率下采用不同的激光扫描速率在材料表面激光熔覆制备镍基（Ni60）复合涂层,取得了在基材表面获得理想熔覆层的工艺参量,并对熔覆层的性能进行了检测。结果表明,随着激光扫描速率的增加,表面粗糙度变大,熔覆层的宽度、高度、基材的熔化深度都有一定程度的降低,裂纹出现增大趋势,熔覆层显微硬度高出基材显微硬度约500HV,激光熔覆技术在一定范围内可以实现对基材的表面硬化。该结果为材料表面强化的研究提供了参考。     

温度梯度对激光熔覆层裂纹产生的影响

为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹，在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型，通过热电偶测温验证模型的可靠性，利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明，最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘，使得此处成为金属熔池凝固的极端条件，导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时，可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度，温度梯度的降低越明显，越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。     

工艺参数对钴基合金激光熔覆层显微组织及开裂性的影响

研究不同搭接宽度和层数对激光熔覆的显微组织及开裂性的影响。结果表明：随着搭接宽度和层数的增加,显微组织变大;随着搭接宽度的增加,开裂性降低;随着熔覆层数的增加,开裂性增加。